基于BIM技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)研究

湯 瑞 （安徽省路橋工程集團有限責任公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

受全球疫情和不穩(wěn)定的國外環(huán)境持續(xù)影響，當前建筑業(yè)在國民經(jīng)濟中仍是主要的支撐性產(chǎn)業(yè)，并帶動大量人員就業(yè)。智能化和信息化是提升建筑業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然途徑，其中BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為近幾年來的新技術，在建筑施工領域被大范圍應用。有部分學者研究了基于BIM 技術的高速公路、市政、房建等工程的項目管理，并詳細闡述了BIM 所發(fā)揮的作用，對項目管理水平有所提升。同時，BIM 技術在設計階段也有所應用，補充了CAD 的短板，被認為是繼CAD 之后建筑行業(yè)的第二次科技革命。此外，大量學者研究了BIM 和智慧工地的融合，并認為BIM 融合信息技術在異形構件施工、進度協(xié)同優(yōu)化、風險管控、數(shù)字信息處理等方面有良好的可行性，可實現(xiàn)智慧工地在質(zhì)量、進度、安全、物資、商務等方面的管理。

雖然大量學者都提出了基于BIM技術的項目管理，但多數(shù)在討論“BIM+智慧工地”管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過將BIM 模型載入智慧工地平臺，最終形成界面交互系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)僅將BIM應用停留在工程形象展示、施工方案模擬、技術交底等層面，對提升項目管控能力收效甚微。同時，“BIM+智慧工地”主要是以單一項目為依托，單一項目的生產(chǎn)數(shù)據(jù)往往單項匯集或無法匯集至公司級項目管理層面，導致出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)無法被高效利用的現(xiàn)象。此外，對于多數(shù)的施工企業(yè)，還停留在“BIM 技術+智慧工地”與企業(yè)級項目管理系統(tǒng)相互獨立的狀態(tài)，這就導致項目人員需要反復填報生產(chǎn)數(shù)據(jù)，造成了人員資源的浪費，不利于項目管理。

為此，本文將以企業(yè)自有的項目管理平臺為依托，融合BIM 技術和智慧工地平臺，打造三方數(shù)據(jù)互通的綜合信息化、智能化管理平臺。為其他施工企業(yè)升級項目管理平臺提供參考依據(jù)。

2 BIM技術研究現(xiàn)狀

2.1 BIM技術在測繪中的應用

在項目設計階段，往往需要大量的現(xiàn)場的踏勘和測繪工作，人工成本高且時間周期長。同時，路橋項目常位于地質(zhì)條件復雜，易出現(xiàn)現(xiàn)場工作空間受限的情況，導致人力資源消耗大、人員風險高等問題。隨著無人機和高清攝像的發(fā)展，對于風險高的項目，已采用無人機結(jié)合高清攝像采集現(xiàn)場地貌照片，并通過傾斜攝影技術構建三維模型，再與BIM技術結(jié)合，可輔助分析周邊建筑信息。

2.2 BIM技術在正向設計中的應用

BIM 正向設計的提出，是為了與“逆向”做區(qū)分。逆向設計是指從二維圖紙翻模得到三維模型的過程。由于二維模型本身就存在信息缺失，導致翻模后的三維模型往往需要再重新調(diào)整，如機電、管廊等。而正向設計是在三維環(huán)境中進行，模型中包含的信息將不斷傳遞至下游，貫穿設計、施工、運營全壽命周期。如通過三維模型的二維平面進行初步設計、在建筑模型中增加邊界力學特性進行結(jié)構計算、在三維模型中增加機電和管道以及鋼筋后進行碰撞檢查等。

為實現(xiàn)正向設計覆蓋項目全過程，需要協(xié)同各專業(yè)的數(shù)據(jù)信息和有效傳遞，這就要求建立統(tǒng)一的BIM 建模標準、模型手冊、族庫、BIM 構建庫、基礎資源庫等，各專業(yè)（建筑、結(jié)構、機電、裝飾）在BIM 平臺協(xié)同設計，實現(xiàn)快速出圖。隨后，需要將業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理的業(yè)務板塊多維掛接BIM 信息化平臺中。最終，實現(xiàn)業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理在BIM信息化集成平臺上對模型進行協(xié)同交付應用。

2.3 BIM技術中智慧工地中的應用

在信息化、智能化的發(fā)展，對項目管理平臺都有了較大的提升。目前，BIM技術在智慧工地應用較為廣泛，主要是以BIM 模型為數(shù)據(jù)載體并結(jié)合物聯(lián)、智能設備，從而形成單一項目智能化管理平臺。該類平臺主要功能包括進度、質(zhì)量、技術、安全、勞務、設備、節(jié)能環(huán)保等多模塊化管理。隨著智慧工地的大量普及后，企業(yè)將多個智慧工地匯集為一個平臺，形成企業(yè)級的智慧工地。在多個智慧工地簡單的疊加后，導致企業(yè)級智慧工地平臺與企業(yè)級項目管理系統(tǒng)相互獨立，兩者數(shù)據(jù)不互通。進而增加了現(xiàn)場人員反復填報兩套系統(tǒng)，浪費人力資源、難以達到管理精細化和效益最大化。

3 基于BIM+智慧工地的企業(yè)級管理系統(tǒng)

3.1 構建思路

基于BIM 技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，將BIM 技術與企業(yè)現(xiàn)有項目管理系統(tǒng)深入融合，主要體現(xiàn)在利用BIM 技術將當前項目管理信息系統(tǒng)中的抽象“結(jié)構物”實現(xiàn)具象化，并由智慧工地平臺展示，讓項目管理基礎數(shù)據(jù)的采集更加簡便，項目形象進度管理更加直觀，以此達到形象進度與產(chǎn)值統(tǒng)計相統(tǒng)一、勞務實名制管理手段更加有效、考勤數(shù)據(jù)更加真實、成本管理更加規(guī)范、安全管理更加智能。最終形成依托BIM 模型數(shù)據(jù)，以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為介質(zhì)，通過企業(yè)級項目管理平臺與智慧工地相互交互的綜合管理平臺，達到施工數(shù)字化和智能化管理，其系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

圖1 構建思路

3.2 數(shù)據(jù)載體

在系統(tǒng)中以BIM 模型、GIS 作為數(shù)據(jù)載體層，GIS 數(shù)據(jù)包括了高清遙感影像、傾斜攝影模型、DEM 等地理空間相關的數(shù)據(jù)。其中，傾斜攝影數(shù)據(jù)通過無人機搭載多臺不同角度傳感器獲取地面信息，再通過軟件處理成三維模型，如圖2所示。

圖2 GIS應用

在施工企業(yè)管理中結(jié)構物分解至關重要，將關乎后續(xù)項目施工、結(jié)算、支付等?？蓪IM 模型在結(jié)構WBS 編碼以多層級名稱，如“XX 項目-橋梁工程-XX橋梁-上部結(jié)構-……”。在輕量化處理模型后，以層級名稱來形成結(jié)構樹（如圖2、圖3 所示），以替代項目結(jié)構分解工作。其中BIM 模型結(jié)構樹的層級要根據(jù)后續(xù)應用的需求來劃定。同時，BIM模型還可掛接結(jié)構物的屬性信息，并通過輕量化處理后得到幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩個存儲文件，但該方法對后臺處理與儲存要求較高，也可以通過企業(yè)管理系統(tǒng)中增加結(jié)構物屬性信息，如圖3 所示。

圖3 基于BIM模型的結(jié)構物分解

3.3 項目管理應用

3．3．1 進度管理

依托BIM 模型所產(chǎn)生的結(jié)構物樹，按施工總進度、季度進度、月進度計劃掛接相應的結(jié)構物。并在相應的進度計劃中，根據(jù)緊前、緊后、平行施工等工序的邏輯關系，對結(jié)構物進行編寫計劃時間、完成時間、工程量等信息，該功能可利用圖3 中“編輯”功能進行實現(xiàn)。對于實際進度的填報，可采用圖3 中“編輯”功能進行人工錄入，也可以采用利用報驗程序，在報驗界面中設置BIM 構建選項和實際完成時間，系統(tǒng)抓取固定字符串，實現(xiàn)填報功能。保留人工錄入功能的好處在于項目在建設工程中可能存在突發(fā)事件如疫情、洪水等，所造成的工期可以進行索賠，不應該計入。

系統(tǒng)將自動對比計劃完成時間和實際完成時間，計算兩者的差值，以此區(qū)分項目建設是否滯后。如果兩者差值為負值則表示工期滯后，會在智慧工地反饋預警信息，反之則表示正常。同時，在智慧工地平臺中，會根據(jù)系統(tǒng)提供的進度信息，進行BIM 模型的渲染，可讓各級項目管理人員、業(yè)主等更加直觀了解和管控項目進度。

3．3．2 技術質(zhì)量管理

在技術質(zhì)量管理方面，傳統(tǒng)質(zhì)量檢查主要以現(xiàn)場檢查、發(fā)現(xiàn)問題后，下發(fā)整改通知單，該工作由最早的紙質(zhì)手寫整改單到現(xiàn)階段的電腦無紙化辦公，但在電腦中錄入，往往不是在問題現(xiàn)場而是在公司補錄，這就導致依舊存在手寫記錄過程。上述工作忽略了移動端的優(yōu)勢，為此開發(fā)移動端項目管理系統(tǒng)，包含技術質(zhì)量檢查模塊，與電腦端收據(jù)互通。此外，為了起到警示作用，將質(zhì)量問題掛接到對應的結(jié)構物中，使在智慧工地平臺BIM 模型中與之相應構建會顯示為紅色（見圖4）。

圖4 技術質(zhì)量管理模塊——質(zhì)量檢查

3．3．3 安全管理

在系統(tǒng)中安全管理模塊與技術質(zhì)量管理類似。同時，利用無人機實時或留存的航拍視頻、視頻監(jiān)控錄制視頻，平臺自動進行視頻實時處理，對現(xiàn)場實際工程情況進行記錄。此外，視頻監(jiān)控可同時在智慧工地平臺和公司級項目綜合管理平臺中進行查看，方便了多層級管理人員對項目的管控（見圖5）。

圖5 安全管理模塊——安全檢查

3．3．4 成本管理

通過對BIM 模型的結(jié)構物分解，并配合在項目管理系統(tǒng)中工程量的錄入，之后與業(yè)主清單和預算標準相映射，形成業(yè)主計量和對下支付。同時，將BIM模型關聯(lián)施工合同、專業(yè)分包合同、勞務合同清單等情況，后臺自動計算工程造價，形成工程產(chǎn)值、成本等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)BIM 模型、工程量、綜合單價的構件級的關聯(lián)。其次，在智慧工地平臺進度模型中，可實現(xiàn)不同時間和單位工程下，所產(chǎn)生的產(chǎn)值、成本等清單量，并與施工進度綁定，能夠更加直觀反映不同時期、不同單位、分部分項工程下工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，更好的輔助項目管理者進行項目管控和決策。此外，也通過對比形似工程，來分析不同專業(yè)分包單位、勞務單位的業(yè)務能力。

3．3．5 勞務管理

利用物聯(lián)網(wǎng)設備，進行身份證自動識別，快速錄入工人實名信息，自動采集考勤數(shù)據(jù)。在施工過程中利用人臉識別系統(tǒng)對項目勞務人員進行考勤，設置工人或勞務分包隊伍黑名單，在項目間共享并上傳至企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，可加強控制用工風險。

4 結(jié)論

通過研究BIM 技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，與傳統(tǒng)項目管理系統(tǒng)對比，得到如下結(jié)論：

①該系統(tǒng)打通了智慧工地和企業(yè)內(nèi)部項目管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)壁壘，通過企業(yè)內(nèi)部項目管理系統(tǒng)與BIM 模型數(shù)據(jù)的雙向映射，最終形成了以BIM、GIS模型為數(shù)據(jù)載體，智慧工地為形象展示，企業(yè)項目管理系統(tǒng)為核心引擎的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)；

②該套系統(tǒng)整合了多套平臺系統(tǒng)，消除了一線管理人員反復填報數(shù)據(jù)的工作，減輕了人力資源和管理成本，對項目管控起到積極作用。同時，該系統(tǒng)在進度、技術質(zhì)量、安全、成本管理等方面，均和BIM 技術相融合，在智慧工地中能夠直觀顯示數(shù)據(jù)信息，能夠極大提升各層級對項目的管控水平；

③該系統(tǒng)將滿足企業(yè)對項目高度集中信息可視化管理和日常管理機制，實現(xiàn)了企業(yè)項目一體化閉環(huán)管理，推動工程施工智慧化的發(fā)展。