BIM技術(shù)在市政工程施工管理中的應(yīng)用研究

董鵬飛

通號(hào)工程局集團(tuán)城建工程有限公司 山西 太原 030000

引言

大型市政工程具有點(diǎn)多面廣﹑專業(yè)分項(xiàng)多﹑工程總占地面積大﹑施工分散﹑工程量大﹑工期緊等特點(diǎn)，同時(shí)需與城市景觀相協(xié)調(diào)，營(yíng)造美好環(huán)境，為此對(duì)市政構(gòu)筑物的施工建造提出了更高要求。

1 市政工程施工特點(diǎn)

市政工程通常指與城鎮(zhèn)生活配套的各種公共基礎(chǔ)設(shè)施工程，是一個(gè)城市生存和發(fā)展必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。與市政工程相比，市政工程最大的特點(diǎn)是施工環(huán)境復(fù)雜，施工現(xiàn)場(chǎng)通常以線狀和網(wǎng)狀遍布城市的各個(gè)角落，除道路橋梁工程外，還有眾多地下管線和地下建（構(gòu)）筑物，加上露天作業(yè)居多，受自然因素影響概率較高，市政工程施工的不確定因素較多，稍有意外便會(huì)影響工程建設(shè)的順利進(jìn)行[1]。此外，市政工程往往還面臨施工場(chǎng)地狹小﹑動(dòng)遷量大﹑影響交通﹑工程進(jìn)度難以控制等挑戰(zhàn)；而市政工程往往又是政府投資的工程，工程準(zhǔn)備期一般較短，極易造成施工計(jì)劃不周密甚至違反常規(guī)；市政工程還具有一個(gè)項(xiàng)目涵蓋多個(gè)專業(yè)的特點(diǎn)，因此其設(shè)計(jì)﹑施工都會(huì)涉及眾多專業(yè)領(lǐng)域的作業(yè)交叉﹑碰撞﹑協(xié)調(diào)等問(wèn)題，對(duì)施工企業(yè)在管理和技術(shù)水平方面提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，要求施工企業(yè)必須重視施工技術(shù)和管理方法現(xiàn)代化更新，及時(shí)掌握最新技術(shù)，優(yōu)化質(zhì)量﹑安全﹑進(jìn)度和成本等方面的全面控制方法，以企業(yè)的高水平綜合實(shí)力完成高質(zhì)量工程產(chǎn)品。

2 BlM技術(shù)在市政工程管理中的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)管理過(guò)程中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)是市政工程的初始階段，應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?yàn)樵撾A段的管理提供支持，通過(guò)BIM技術(shù)能夠?qū)⒖睖y(cè)﹑地基建設(shè)﹑挖方以及審核等方面的施工情況直接呈現(xiàn)給管理人員，模擬各個(gè)階段施工，幫助制定工程工期，還可以幫助管理人員結(jié)合不同施工階段整理所需的材料及相關(guān)資源等。另外，應(yīng)用BIM技術(shù)的模擬設(shè)計(jì)功能，能夠更好地分析圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在的不足，及時(shí)進(jìn)行完善。比如應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建圖示數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬運(yùn)算測(cè)試重點(diǎn)結(jié)構(gòu)的連接情況。通過(guò)這種方式可提前排除工程中的安全隱患，保障市政工程建設(shè)安全，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 虛擬施工

虛擬施工是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真內(nèi)力分析計(jì)算技術(shù)對(duì)施工方案的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化，具有先試后建﹑避免返工﹑節(jié)約成本等特點(diǎn)。BIM模型的建立是虛擬施工技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)建立BIM模型進(jìn)行了許多優(yōu)化研究，還提出將智能優(yōu)化算法與模型相結(jié)合的策略，為市政工程中虛擬施工的應(yīng)用提供一定的理論支撐。除了對(duì)BIM模型優(yōu)化與虛擬施工進(jìn)行研究以外，國(guó)內(nèi)學(xué)者和各大建設(shè)單位都在致力于將BIM技術(shù)應(yīng)用在不同實(shí)際工程中，但真正應(yīng)用虛擬施工技術(shù)的市政工程項(xiàng)目還相對(duì)較少，主要集中在道路橋梁方面。

2.3 施工進(jìn)度管理

相比于傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目進(jìn)度管理軟件，通過(guò)在BIM模型中增添時(shí)間維度的方式實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目施工進(jìn)度的仿真模擬，使得施工進(jìn)度管理邁出了革命性的一步。該方法有利于施工人員實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目的進(jìn)展，動(dòng)態(tài)合理分配必要資源，提高建設(shè)項(xiàng)目管理的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[2]。同時(shí)，把施工計(jì)劃與實(shí)際施工進(jìn)度相比較，以分析進(jìn)度情況，為后續(xù)的進(jìn)度管理提供指導(dǎo)意見(jiàn)，防止工期延誤。自Tulke在2007年提出使用BIM模型對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行管理的建議后，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從施工進(jìn)度管理理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究2個(gè)角度出發(fā)對(duì)基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度研究進(jìn)行了全面探索。也有很多學(xué)者將基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度管理應(yīng)用在不同的實(shí)際市政工程中，如歐陽(yáng)業(yè)偉等提出基于BIM的地鐵工程項(xiàng)目進(jìn)度管理方法，并提供了4D虛擬施工技術(shù)和圖形化的進(jìn)度管理，將施工進(jìn)度可視化以及碰撞檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法與工程實(shí)踐相結(jié)合。

2.4 任務(wù)管理

任務(wù)管理功能主要是上級(jí)給下級(jí)布置任務(wù)，并且可以和模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，指定任務(wù)的完成時(shí)間。通過(guò)任務(wù)管理，可以對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行逐層分解，最終可得到任務(wù)最小可執(zhí)行單元的項(xiàng)目計(jì)劃，包括具體的工作內(nèi)容﹑資源分配﹑進(jìn)度安排﹑人員安排以及物料需求等。任務(wù)管理模塊可使項(xiàng)目進(jìn)展情況一目了然，使其隨時(shí)處于監(jiān)控狀態(tài)，并可進(jìn)行調(diào)整。對(duì)已經(jīng)建好的任務(wù)可以在任務(wù)查詢中進(jìn)行快速查詢和匯總，同時(shí)也可根據(jù)任務(wù)本身的類型﹑狀態(tài)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，方便了管理。在任務(wù)詳情頁(yè)面，可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)情況添加過(guò)程記錄，并對(duì)任務(wù)進(jìn)行審批﹑轉(zhuǎn)交﹑關(guān)閉﹑刪除及導(dǎo)出等操作。

2.5 BIM技術(shù)在地形勘察管理中的應(yīng)用

市政工程涉及城市內(nèi)部的重新規(guī)劃，在工程開(kāi)展前需進(jìn)行地形勘察，為工程設(shè)計(jì)及施工方案等的制定提供參考。通過(guò)地形勘察了解市政工程地形狀況，結(jié)合地形狀況開(kāi)展項(xiàng)目可行性研究[3]。但傳統(tǒng)勘察方式的人工消耗量較大，需通過(guò)人工進(jìn)行地形及地質(zhì)等的測(cè)繪及勘探。這不僅增加了人力成本，還會(huì)受到地形的限制，若地形復(fù)雜，很難保障地形勘察的準(zhǔn)確性，而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用則可以有效避免這些問(wèn)題。通過(guò)無(wú)人機(jī)采樣，將地標(biāo)高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM軟件中，借助BIM軟件實(shí)現(xiàn)地形的模擬，使地形勘察更加便捷，數(shù)據(jù)信息更加精確。

2.6 施工質(zhì)量與安全管理

利用BIM技術(shù)構(gòu)建的三維信息模型來(lái)預(yù)知項(xiàng)目在施工過(guò)程中潛在的安全質(zhì)量問(wèn)題已然成為市政工程行業(yè)的研究熱點(diǎn)。BIM模型還可以用于仿真模擬市政工程項(xiàng)目中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工過(guò)程，從而論證施工組織方案的可行性，將很大程度上避免了施工過(guò)程中的質(zhì)量安全隱患。市政工程質(zhì)量安全管理中應(yīng)用BIM技術(shù)的相關(guān)研究成果和實(shí)際工程案例較少，僅局限于工程領(lǐng)域的安全信息化管理的基礎(chǔ)研究，絕大多數(shù)研究?jī)H僅將信息化需求提出，未從施工安全管理現(xiàn)狀出發(fā)提出加強(qiáng)工程安全管理中使用BIM技術(shù)﹑構(gòu)建工程安全管理體系的要求。

2.7 優(yōu)化配置施工資源，降低消耗

資源消耗是市政工程投資最大的環(huán)節(jié)，因此如何實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置非常關(guān)鍵，能夠?yàn)槭姓こ處?lái)更多經(jīng)濟(jì)效益[4]?；?BIM 技術(shù)建立的三維模型，可以更加全面地可視化反映出市政工程實(shí)際情況，包含了施工技術(shù)的應(yīng)用，各個(gè)項(xiàng)目的有效管理，包括施工中資源使用情況，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置的目標(biāo)，避免不必要的消耗與浪費(fèi)。另外BIM 技術(shù)具有自動(dòng)化算量功能，能夠仔細(xì)計(jì)算市政工程量，并提供準(zhǔn)確的工程清單，作為采購(gòu)原材料的重要依據(jù)和參考。同時(shí) BIM 技術(shù)能夠持續(xù)調(diào)整﹑完善施工計(jì)劃，檢驗(yàn)材料等資源的使用情況，并與工程量進(jìn)行有效對(duì)比，查看是否存在偏差，這種動(dòng)態(tài)控制的形式，有利于施工方案的隨時(shí)調(diào)整﹑優(yōu)化，全面提高資源優(yōu)化配置。

2.8 基于BIM平臺(tái)協(xié)同管理應(yīng)用

依據(jù)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模與階段，以及工作界面的劃分﹑三維可視化及移動(dòng)辦公等需求，平臺(tái)主要在市政項(xiàng)目工程中設(shè)計(jì)了會(huì)議管理﹑審批管理﹑信息預(yù)覽﹑資料管理等及手機(jī)App客戶端，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的整體利益進(jìn)行分析。主要包括以下重要因素[5]：①對(duì)溝通效率進(jìn)行優(yōu)化；②提升文檔管理協(xié)同性；③移動(dòng)辦公。各參與方可通過(guò)BIM建設(shè)管理平臺(tái)的三維可視化獲取市政項(xiàng)目工程信息，并及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題，所以BIM管理平臺(tái)不僅做到信息共享，而且有效提升解決問(wèn)題的效率。同樣，BIM平臺(tái)也可提供基礎(chǔ)的OA管理，增加在線審批等移動(dòng)辦公功能，縮減審批流程，提高決策效率。市政工程建設(shè)過(guò)程中存在很多問(wèn)題，主要為文檔數(shù)量多﹑不集中﹑易丟失﹑篩選困難及文檔權(quán)限未明確等難題。此次結(jié)合市政項(xiàng)目所出的BIM平臺(tái)按照文件管理的要求對(duì)圖紙模型﹑變更資料及各類文檔文件進(jìn)行統(tǒng)一劃分與管理，為保障項(xiàng)目資料的流轉(zhuǎn)和完整性，將BIM平臺(tái)的管理權(quán)限進(jìn)行分類設(shè)置，并對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)一化管理，且在平臺(tái)中展示。人員在現(xiàn)場(chǎng)的流動(dòng)﹑對(duì)于設(shè)備的使用隨處可見(jiàn)，從而大幅提升整個(gè)項(xiàng)目的移動(dòng)辦公效率。

2.9 BIM技術(shù)在資金管理中的應(yīng)用[6]

①可借助BIM技術(shù)準(zhǔn)確計(jì)算工程量，為資金投入提供參考依據(jù)。由于市政工程較為復(fù)雜，加之地勢(shì)不均勻﹑施工現(xiàn)場(chǎng)不平整等，使得土方開(kāi)挖和回填的工程量計(jì)算難度較大，采用人工計(jì)算的方式很容易出現(xiàn)誤差。針對(duì)這一問(wèn)題，可應(yīng)用BIM技術(shù)展示地形圖，結(jié)合地形圖中展示的回填高度和方位等進(jìn)行精確計(jì)算。通常工程量的計(jì)算都是通過(guò)套用公式計(jì)算，這種計(jì)算方式難以準(zhǔn)確把控各項(xiàng)損耗，嚴(yán)重影響了成本管理的精確性。應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)建模，以模型為基礎(chǔ)計(jì)算工程量，可以更好地保障計(jì)算的精確性，為資金管理提供有力的支撐。②由于市政工程資金周期較長(zhǎng)，應(yīng)用BIM技術(shù)可形成實(shí)際資金曲線，并與計(jì)劃資金進(jìn)行對(duì)比，可直接呈現(xiàn)資金的使用情況，更好地掌握資金結(jié)余以及虧損情況，同時(shí)BIM技術(shù)還可以分析資金使用情況﹑找出資金使用差異的原因。③管理人員借助BIM5D平臺(tái)，可直接掌握實(shí)際機(jī)械臺(tái)班與實(shí)際工日，且與計(jì)劃相對(duì)比，幫助管理人員分析臺(tái)班及工日浪費(fèi)原因，這極大地提升了資金管理水平，減少了浪費(fèi)現(xiàn)象。

3 BlM技術(shù)與無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

智慧城市等綜合性規(guī)劃理念的提出對(duì)城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，為了解決大量信息輸入的需求問(wèn)題，學(xué)者們通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)快速﹑準(zhǔn)確地獲取環(huán)境信息，較好地彌補(bǔ)了BIM技術(shù)應(yīng)用的短板。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)以輔助的形式并入到BIM平臺(tái)獲得了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的重視。邱永詳?shù)葘o(wú)人機(jī)+BIM配合的技術(shù)方案應(yīng)用在四川省自貢市某基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目中，全面探索了市政項(xiàng)目基于全過(guò)程咨詢管理的高收益應(yīng)用場(chǎng)景及其應(yīng)用價(jià)值，節(jié)約了拆遷以及土方平衡費(fèi)用近800萬(wàn)元[7]。另外，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)和BIM技術(shù)也被大量聯(lián)合應(yīng)用在市政道路設(shè)計(jì)和綜合管廊工程中。該類工程涉及面廣﹑考慮因素多﹑責(zé)任重大，常常發(fā)生與地下空間既有建（構(gòu)）筑物相互沖突或與地面結(jié)構(gòu)存在景觀沖突的情況。因而充分利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的實(shí)景模型數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，直觀﹑快捷地檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與實(shí)際施工環(huán)境的匹配程度，為軌道交通科學(xué)合理的選線設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。除了上述提到的工程應(yīng)用外，許多土石方工程因其工程量大﹑土方平衡難﹑施工條件復(fù)雜等特點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)始將BIM模型和無(wú)人機(jī)航拍得到的實(shí)際地理信息結(jié)合應(yīng)用于土方平衡和土石方測(cè)量計(jì)算，大幅度提高了工效，綜合效益顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前市政專業(yè)人才缺乏﹑軟件技術(shù)投入不足﹑缺少市政軟件﹑專業(yè)人才技能不足等問(wèn)題嚴(yán)重影響B(tài)IM技術(shù)在市政工程中的廣泛應(yīng)用與推廣。隨著城市迅速發(fā)展，市政工程建設(shè)質(zhì)量逐漸被重視，同時(shí)，因市政項(xiàng)目具有數(shù)量大﹑周期長(zhǎng)﹑對(duì)周?chē)h(huán)境影響大及施工組織復(fù)雜等特點(diǎn)，BIM技術(shù)符合市政工程項(xiàng)目需求，適合在市政基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中推行。