施工階段BIM應用風險及應對策略

李　智　王　靜

(建研科技股份有限公司 BIM與信息化研究中心，北京　100013)

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施工階段BIM應用風險及應對策略

李智王靜

(建研科技股份有限公司 BIM與信息化研究中心，北京100013)

【摘要】本文介紹了BIM技術應用的趨勢和普遍應用點，揭示了BIM在蓬勃發展背后容易被忽視的七大風險，并結合實際工程經驗提出了應對風險的解決方案，為其他項目在施工階段BIM技術的應用實踐提供借鑒。

【關鍵詞】BIM；施工；風險；策略

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.02

BIM在中國大范圍應用推廣至今已超過5年的時間并逐漸轉變為建筑行業最熱門的詞匯。設計院和施工單位紛紛成立BIM中心，在一些大型的地標性建筑的招標文件中往往也將BIM技術的應用水平作為考察投標單位的要點。與此同時，各種“BIM”的成功案例比比皆是，充斥互聯網及其他各種媒體，整體呈現出蓬勃發展的趨勢。

1BIM應用趨勢

BIM在國內發展已經進入深水區，一方面BIM技術已被行業內普遍認可，另一方面BIM深入應用的需求正在不斷加劇。設計階段的BIM應用模式已基本固定，施工階段和運維階段的成熟應用模式還未形成，總體來說呈現出以下的趨勢：

1.1BIM深層應用需求增多

BIM從2009年左右開始在國內逐漸火熱，此后經歷了2010年到2015年大發展的5年(圖1)，這段時期行業中各個層面都不同程度地起到了對BIM的推動作用，突出表現為以下幾個方面：

1.1.1政府層面的重視

參照美國的BIM實施經驗，政府對BIM的推動力不可或缺。BIM技術引入中國之后，政府層面對此也非常重視。在《2011～2015年建筑業信息化發展綱要》中曾多次提到BIM技術，明確指出：加快推廣BIM、協同設計、移動通訊、無線射頻、虛擬現實、4D項目管理等技術在勘察設計、施工和工程項目管理中的應用，改進傳統的生產與管理模式，提升企業的生產效率和管理水平[1]。建設行業已經把BIM作為支撐行業產業升級的核心技術重點發展。

1.1.2行業的普遍認可

BIM技術在行業內掀起了改革的風潮，行業BIM標準規范的編制工作也緊鑼密鼓地展開，由中國建筑科學研究院牽頭成立了“中國BIM發展聯盟”，聯合國內研究單位、院校、企業、軟件開發商共同承擔BIM標準的研究以及BIM軟件的開發。

1.1.3項目爆發式增長

在過去五年中，國內工程項目特別是大型的工程項目出現爆發式增長的趨勢。越來越多的業主，在項目規劃階段便頻頻與BIM團隊進行合作，甚至在施工階段招標文件中明確規定施工階段必須使用BIM技術。這樣的形勢造成BIM項目應用爆發式增長，但也帶來了質量參差不齊的問題。

1.1.4企業和從業人員活動增多

繼住建部2011年頒布住房城鄉建設部《2011～2015年建筑業信息化發展綱要》后，許多省市出臺政策鼓勵BIM推廣應用。為了使綱要內容落地，住建部組織編制了《建筑工程信息模型(BIM)應用統一標準》等BIM標準。各地方也出臺了地方標準，如：北京市、上海市、深圳市、四川省、陜西省、福建省等。這些標準約定BIM實施行為，促進了BIM的應用。BIM被公認為信息化“大眾創業、萬眾創新”的首選技術，沿著政府驅動、政策驅動、業主驅動、效益驅動的路線向前發展。BIM相關國際交流會議及BIM考察訪問也日益增多。

1.2BIM技術普遍應用點

雖然BIM應用一片火熱，但總結其應用點卻非常單一，當前國內大量項目還是圍繞以下四大方面在做應用和實施。

1.2.1可視化設計

可視化即“所見所得”的形式，BIM提供了可視化的思路，讓人們將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前，并能夠同構件之間形成互動性和反饋性。可視化設計是BIM的基礎應用。

1.2.2深化設計

BIM的信息集成和全生命周期的數據管理優勢對于深化設計具有重要的意義，利用BIM可以很好地解決深化設計過程中的信息沖突問題，保證深化設計能夠準確地體現設計意圖并進行效果還原[2]。深化設計是BIM的普遍應用。

1.2.3方案模擬

施工模擬，有效協同。三維可視化功能再加上時間維度，可以進行虛擬施工。隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，同時進行有效協同，施工方、監理方、甚至非工程行業出身的業主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。這樣通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現場視頻監測，大大減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。方案模擬是BIM的特色應用。

1.2.4工具軟件應用

目前，突出的BIM拓展應用是基于BIM模型的“ND”應用，在一般的應用場景中， 3D代表三維幾何模型， 4D加載時間屬性， 5D加載成本屬性， 6D加入經營數據， 7D附加運維數據， 8D附加安全數據[3-4]。國內外很多軟件開始4D， 5D的探索，但是大都處于初步探索階段，真正在項目上成功的案例并不多見。方案模擬是BIM的強化應用。

1.3BIM正在改變傳統施工模式

BIM時代的到來，整個行業都在發生變化，在這個大趨勢的影響下，“變革”成為行業技術發展的主流，可以說唯一不變的就是變革本身。在過去的三年中我們看到BIM對建筑行業各個分專業都產生了巨大的影響，對施工領域的影響可細化為以下幾個方面：

1.3.1變革進度管理模式

通過分析BIM模型與施工進度之間、各種施工設施之間、材料供給與需求之間等諸多復雜的依存關系，將模型和施工進度計劃鏈接起來，建立場地4D模型，實現4D施工技術在項目上的應用。

1.3.2變革成本管理模式

通過專用的工程量清單信息關聯功能，為模型中的各個族(類型)關聯對應的工程量清單和定額項目，對應的人工、材料、機械使用消耗進行分析計算，實現了工程量計算與計價的雙向數據銜接，當模型改動時能夠實時反映工程造價的變化。

1.3.3變革安全管理模式

在BIM模型建立階段即可對項目中潛在危險源進行識別和預制。BIM允許項目參與者直觀地評估現場條件和識別風險，并提供適當的解決方案。

1.3.4變革質量管理模式

項目施工和監理方可及時錄入工程質檢和安全數據，并與BIM模型關聯，可以實時查詢任意WBS節點或流水段及構件的施工安全質量情況，并可自動生成工程質量安全統計分析報表。

2BIM應用中的風險

在BIM在設計階段的一片繁華背后，如何用設計階段BIM成果支持施工階段甚至運維階段的應用，仍是目前面臨的一個重大難題。BIM項目實施過程中風險如影隨形，很多項目BIM應用的失敗實際上并不偶然，每個BIM項目從開始階段就面臨著一系列風險，如果沒有意識到這些風險，BIM應用往往很難達到預期。以下七大風險是最為常見且容易被人忽視的。

2.1風險之一：目標不明確

國內很多BIM項目，在實施之前普遍沒有確立好BIM應用的目標。由于業內目前尚無統一的BIM建模規范，BIM建模的精度要求應以滿足未來BIM應用的深度和廣度為依據，如果模型精度達不到應用要求，勢必對未來BIM應用造成障礙，這也是目前國內很多BIM項目中途停滯的重大原因；相反如果超出精度范圍，則會出現建模資源浪費的情況，同時更高精度的模型意味著對硬件資源的占用。以當前硬件配置水平，適當的模型精度是BIM應用的關鍵(圖2)。因此，目標不明確是目前BIM項目存在的首要風險。

2.2風險之二：規范不清晰

由于行業BIM標準正在編制過程之中，國內尚無統一的BIM標準體系，這給BIM的應用造成了一定程度的障礙。目前，很多企業(項目)的解決方式是通過制定企業(項目)自身的BIM標準，但整個過程中充滿個性化和不確定性，也給跨專業協同帶來了不小的難度(圖3)。更為復雜的是不同階段之間的數據交付，例如設計階段到施工階段的模型交付是目前BIM應用遇到的最大難題。因此，規范不清晰是目前BIM項目存在的本質風險。

2.3風險之三：數據不統一

BIM模型數據的跨軟件平臺應用已日趨普遍，例如在PC端，可用多種軟件進行模型的瀏覽和漫游，這些模型數據亦可通過接口在手持終端上加以呈現(圖4)，整個模式容易讓人產生的跨平臺的數據無縫連接的錯覺，但實際上數據傳遞的過程往往是分割開來通過人工來實現的，這個過程人為造成了很多信息孤島，同時傳遞過程存在著數據丟失的風險。因此，數據不統一是目前BIM項目存在的底層風險。

2.4風險之四：協同不徹底

碰撞檢查是BIM的熱點應用，也是典型應用之一，在很長的一段時間內成了BIM協同的代名詞。工作形式是通過“碰撞檢查”報告(圖5)，這些報告通常以Excel文檔的形式出現，協同方式是對照報告修改模型指定位置。在很多大型項目中，碰撞點往往有幾千條甚至上萬條，人工的一條條對照表格解決，容易造成錯行或漏行的失誤。因此，協同不徹底是目前BIM項目存在的運行風險。

2.5風險之五：內容不完整

設計階段的模型很難在施工階段應用，原因是多方面的。對比圖6的左右場景，我們會發現盡管模型已經模擬出實際建筑的輪廓，但離真正的施工應用尚存在差距，施工場地臨時設施和機械設備的缺失是模型不完整的重要原因。而模型不完整是施工階段BIM技術落地困難的重要原因。因此，內容不完整是目前BIM項目存在的基礎風險。

2.6風險之六：整合不全面

BIM建模軟件有多種選擇，每種建模軟件的優勢和側重各有不同，一個項目中很可能用到多種建模軟件，此時模型整合就變得尤為重要。模型的整合不僅僅是幾何形體的整合，更重要的是材質，體積等數據信息的整合。事實上，整合導致的信息丟失的案例比比皆是(圖7)。因此，整合不全面是目前BIM項目存在的潛在風險。

2.7風險之七：理念不正確

從2013年開始，國內一些傳統工具軟件廠商開始往BIM軟件開發的方向轉型。由于缺乏BIM整體平臺級架構的思路，僅僅是將原有軟件產品三維化，未能體現BIM全生命周期管理的理念，反而把模型數據變成了一個個的信息孤島。

國外很多BIM管理軟件也紛紛登陸中國市場，但是普遍遇到了本土化的問題，無論是算量和計價的規則還是管理模式的區別，都給外來的BIM應用軟件設置了天然的門檻。同時，歐美的管理模式趨向精細化、標準化，目前國內企業尚未達到相應的管理水平，因此應用落地十分困難，理念不正確是目前BIM項目存在的最大風險(圖8)。

3應對策略

3.1策略之一：項目分析以明確目標

在項目開始之初，團隊一般會花費二到三周時間制定BIM項目管理方案(圖9)，對項目的實施方案、深度以及價值進行分析，明確最終BIM應用點，并反推建模階段工作內容，達到有的放矢的目的。雖然，前期的規劃工作會花費一定的時間，但對后期項目中BIM的成功應用起到決定性作用。

3.2策略之二：定制規則以確立規范

BIM的相關國家和行業的規范并未出臺，但建議企業或項目中建立內部規范，為企業BIM實施劃定標準。除了建模的規范之外，更重要的是BIM的相關管理規范，包含文件交付標準，工作流程以及協作管理制度(圖10)。這些規范的制定不僅要落實到紙面，更重要的是軟件平臺的固化，規范和管理制度如果沒有信息系統的固化很難得到貫徹。

3.3策略之三：搭建平臺以統一數據

在公司或項目部搭建中心服務器，所有的BIM模型和施工數據都存儲在服務器上。系統管理員負責服務器維護和基礎權限劃分；BIM工程師負責BIM模型和施工數據的關聯；項目執行人員一方面訪問服務器數據指導施工(例如利用4D數據指導施工現場進度管理)，另一方面將施工現場數據錄入中心服務器(例如將實際進度信息錄入到服務器)(圖11)；公司領導層和項目管理人員可登錄平臺，實時查詢基于BIM的施工管理數據，傳統的平臺只能看到的是二維數據，而BIM平臺可展示模型與數據的結合，更為直觀和生動。

BIM中心服務器分三層架構：底端是存儲層，模型和施工數據都在此層存儲；中間層是數據層，記錄模型和BIM數據的關聯關系；最上層是施工應用層，可實現基于BIM的包含進度管理、安全管理、質量管理在內的施工綜合管理(圖12)。

3.4策略之四：配置權限以實現協同

為實現BIM數據在項目管理中的應用，要將BIM模型按照項目管理的需求進行縱橫兩個維度的劃分。

1)縱向維度的劃分又稱模型劃分。

在施工現場，單個技術人員通常負責某一區域的施工任務。因此，需要將模型按照施工管理的細度進行劃分，又稱為基于BIM的WBS分解，通常的分解方式如圖13。

2)橫向維度劃分

在施工現場，不同專業的人員使用BIM從事不同的管理工作，例如：安全員借助BIM進行更好的安全管理，預算員借助BIM進行更方便的算量和計價。因此，在平臺上要預先確立好各參與人員相應的崗位職責，并用BIM管理平臺加以固化(圖14)。這種以管理的維度劃分權限的方式被稱作橫向維度的劃分。如圖，橫向維度劃分了不同崗位的人員利用BIM從事不同專業的工作。

縱橫兩個維度的劃分將BIM按照管理要求進行分解，將施工數據按照工作職責加以劃分，并通過系統后臺配置，初步實現基于BIM的數據集成。如圖15所示。

3.5策略之五：補充資源以完善模型

針對設計階段模型不完整的問題，需建模補充施工所需的臨時設施及機械設備的問題，目前最佳的解決方案是建立BIM施工資源庫如圖16所示，通過調用庫資源快速實現施工階段BIM建模。完善后的模型導入平臺，實現BIM施工階段信息的整合，如圖17所示。

3.6策略之六：信息跟蹤以全面整合

在建筑全生命期整合各階段信息，并實時將這些信息寫入模型，實現基于BIM的信息整合。例如：繼承設計階段所有信息，并在施工過程中將實際的進度計劃、工程量、質量和安全數據寫入模型，且為運維階段BIM應用留下數據接口。

3.7策略之七：多為應用以綜合管理

1)進度管理

傳統的進度管理很大程度上依賴于編織者的經驗，雖然有施工合同、進度目標和施工技術等客觀支撐，但編制方法和管理工具相對比較抽象[5]。通過BIM模型更加直觀管理進度和里程碑節點的信息，突破傳統僅用數字和圖表展示進度數據的局限性，實現模型數據和管理數據的雙向互動。如圖18-19所示。

圖20中左側的模型是計劃模型，反應的是計劃進度的模型和信息，右側是實際模型，反應的是實際進度的模型和信息。左右模型之間的差距代表計劃進度和實際進度之間的差距。傳統的管理過程中這種差距只是用橫道圖和數字表示，有了BIM數據做支持，進度的對比可用圖形顯示出來，更為直觀。圖中左側黑色標注的區域意味著進度滯后(黑色區域中的樓板是指按照計劃應當澆筑完畢，但實際尚未完成)，同樣，如果進度超前，在右側的模型將展示出超前的綠色建筑構件。

這種雙模型的對比，將施工進度的偏差非常直觀地展示在管理者面前，相比傳統的橫道圖形式更為生動，可以與用戶產生人機互動的效果。

2)BIM 工程量計算

正確和快速的計算工程量是這工程項目管理的核心任務之一，工程量計算具有工作量較大、繁瑣、費時、細致等特點，約占編制整份工程預算工作量的50%～70%，而且其精確度和快慢程度將直接影響預算的質量與速度。因此提升工程量計算效率和精度，對于提高概預算質量，加速概預算速度，減輕概預算人員的工作量，增強審核、審定透明度都具有十分重要的意義[6-7]。

通過BIM模型計算工程量具有高效率和高精度兩個天然的優勢：高效率是指BIM算量擺脫了“扒圖紙”的痛苦，算量通過計算機自動完成，節省了大量人工的同時大大縮短了算量的時間；高精度是指BIM使算量過程免于受人工誤差干擾，BIM模型由包含真實數據的構件組成，如果將算量規則在系統中定制好，算量精度會非常高。同時由計算機統計的數據可作為管理的依據，通過模型計算出的數據可與模型實時互動，實現工程量數據、曲線以及模型對比。傳統的工程量統計模式只能通過圖表和數字表現工程量的差距，BIM將提供可視化維度將計劃和實際工程量之間的對比表現得更為直觀。如圖21所示。

但是，由于BIM的構件劃分思路與國內現行施工圖設計階段的工程造價劃分并不一致，前者是按建筑構造功能性單元劃分，后者則以建筑施工工種或工作來劃分項目，兩種分類體系并非簡單的一一對應關系[5]。

3)安全管理

現在普遍應用的安全管理系統都是基于流程的表單管理，對于安全管理的具體位置通常是以文字的形式描述。一方面文字描述比較復雜且容易出錯，同時也增加了管理和監督人員對安全問題理解的工作量。BIM技術給施工安全管理帶來了新的應用點，在BIM平臺上確認安全管理的流程之后，施工人員按照標準流程進行施工管理，在整個過程中，隨時可以返回到模型查看安全管理具體位置，非常的形象和直觀。一方面提升了管理的效率，同時對安全問題的追溯和查詢起到了非常重要的作用。

一方面通過在模型中以不同顏色標注并配合列表的形式，在模型中形象直觀掌握安全管理具體位置；另一方面，通過BIM模型的信息載體特點，將安全管理的詳細信息附著于模型，實現基于BIM的全生命期安全管理。

通過在系統中固化企業或項目安全管理的流程，實現全過程安全管理。與普通信息化系統的最大區別是：施工人員可以隨時可以定位到模型相應的地點，不需要再用復雜的文字進行空間位置描述；安全信息通過BIM模型與進度等信息相關聯，可實現對每個進度節點上危險源信息的自動識別和統計。如圖22-24所示。

4)基于BIM的文檔管理

文檔管理指文檔、電子表格、圖形和影象掃描文檔的存儲、分類和檢索。傳統的建設項目文檔管理系統是根據項目各參與方各自的內部需求建立的，容易產生信息孤島，非常不利于建設項目各參與方之間的協同工作[8]。由于BIM模型體量一般較大，而在應用過程中版本更替非常頻繁。也正是由于這種特殊模式決定了無法使用傳統的文檔管理方式。同時，基于BIM的模型管理方式要求模型與文檔高度關聯，所有文檔數據關聯到模型指定的部位。因此，傳統的文檔管理系統很難滿足BIM應用的基礎要求，新型的基于BIM的文檔管理系統需要滿足大文件的傳輸和存儲，以及對大量變更的版本管理需求。如圖25所示。

BIM文檔管理的理念將模型作為信息的載體，所有的相關信息都和模型構件綁定。因此，原本孤立的數據由BIM作為中間媒介集成到了一起。施工現場的文檔、照片和視頻等數據都將直觀反映在模型指定部位。

通過對模型的高亮顯示，所有與文檔有關聯的構件也將在模型中標示出?；贐IM技術，文檔管理模式實現了從二維到三維的跨越。如圖26所示。

4總結

施工階段BIM應用正處于方興未艾的階段，項目中各種BIM應用層出不窮，但真正對管理產生作用的案例相對較少。BIM應用的實踐表明：只有發揮BIM技術可視化和信息性兩大優勢，從BIM項目開始之初就建立好明確的目標和規范，在項目執行過程中構建統一的數據平臺實現BIM協同，結合施工現場實際管理數據，并根據用戶不同需求，將實際施工現場的模型，包括設備、設施的模型與施工數據相關聯，才能最終實現施工全過程信息化、集成化、可視化和智能化的動態管理，即BIM模式下的施工全生命期管理。

參考文獻

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[8]姜韶華， 李倩.基于BIM的建設項目文檔管理系統設計[J].工程管理學報， 2012， 26(01)： 59-63.

Risks and Coping Strategies of BIM Application in Construction Stage

Li Zhi，Wang Jing

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013，China)

Key Words：BIM；Construction；Risk；Strategy

Abstract:This article introduces the trend of BIM technology and common points of application，reveals the seven neglected major risks behind the booming of BIM.Combining with practical engineering experience，it proposes solutions to deal with risks，which provides a reference for the BIM application in the construction stage.

【基金項目】國家科技支撐計劃課題“建筑行業設計服務共性技術集成平臺研究與應用”(編號： 2014BAH25F03)

【作者簡介】李智(1981-)，男，建研科技股份有限公司BIM與信息化研究中心副主任，PKPM BIM施工軟件產品開發負責人。長期從事BIM和施工企業信息化工作，并擔任國家“十二五”課題“面向服務的建筑施工集成系統研究與應用”課題技術開發負責人。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)02-0006-10