基于BIM5D的施工資源動態管理研究

王　婷　任瓊瓊　肖莉萍

(南昌航空大學土木建筑學院，南昌　330063)

基于BIM5D的施工資源動態管理研究

王婷任瓊瓊肖莉萍

(南昌航空大學土木建筑學院，南昌330063)

【摘要】在實現施工管理精細化的進程中，BIM技術在施工階段的應用探索具有重要價值。本文通過介紹當前施工資源管理的內容與現狀，提出基于BIM5D技術的施工資源動態管理方法。通過創建3D模型、進度計劃信息以及計價文件信息，在信息集成平臺上為項目的進度、成本、物料管控等提供精確信息，協助管理人員有效決策和精細化管理，實現了工程量的動態查詢、施工資源的可視化動態管理、成本的跟蹤對比與施工資源的分析，為實現施工資源的精細化控制與管理提供參考。

【關鍵詞】建筑信息模型；BIM5D；資源動態管理

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.11

施工資源管理是項目管理的重要內容，傳統的施工資源管理過程中暴露出來的由于圖紙問題和進度計劃調整等原因，致使出現項目不能及時完工、資源需求計劃不準確、工程二次返工、成本管理混亂等問題，主要是因為管理人員通過二維數據傳遞，依靠經驗進行交流與管理。隨著施工項目復雜程度的越來越高，對施工資源管理的精細度也有了更高的要求，近幾年BIM技術的在項目全壽命周期的應用為項目的精細化管理提供了新方法，而BIM在施工階段的應用深度也在不斷深化，有效提升了項目的進度、成本和質量等工程項目水平。

1施工資源管理的研究現狀

對于施工資源使用方面，當前我國處于建設大生產的環境下，需消耗大量的鋼材、水泥等建筑資源，還需占用土地、植被等自然資源，在主要原材料紛紛告急短缺、土地供應緊張的矛盾下，資源的合理分配與優化使用已成為關注的焦點[1-2]。而建筑施工的資源投入量大、參與人員眾多與施工管理技術的落后等特征，致使建筑業落后于已實現精細化管理的制造業等領域，施工資源的精細化管理迫不及待，BIM技術的出現為建筑行業的前進探索提供了重要價值。

1.1施工資源管理現狀

項目施工過程具有周期長、工序繁多、資源投入用量大等特點，施工資源管理過程中，一般是管理人員依靠經驗和橫道圖、網絡圖來管理，但是施工資源管理的現狀不盡人意。施工資源管理往往涉及到多工種勞動力，不同規格、數量的材料，種類繁多的機械設備等，正是由于其復雜性，導致在實際管理過程中，資源管理出現資源管理軟件功能不全、資源靜態控制不及時、資源管理不精細、優化過程復雜等問題[3-4]。

在施工資源管理方面，國外主要利用數學算法優化資源的分配，Padilla and Carr[5]開發了仿真模型模擬項目在決策過程中的資源分配的不同策略，Karaa and Nasr和Senouci and Adeli[6]提出了一個利用數學方法來優化資源，Moonseo Park[7]提出基于模型提供準確資源用量。

國內的施工資源管理依靠經驗與輔助的管理軟件對施工工期和施工資源的優化配置理論、要素、方法與途徑進行優化。天津大學的張連營[8-9]等采用遺傳算法找出關鍵路徑中的資源優化方案，徐華[10]改進啟發式算法解決了動態聯盟項目管理資源的平衡優化問題，張紹陽[11-12]利用基于Petri網的資源強度柔化方法實現了資源的事中控制。

綜上所述，目前的資源管理方法主要是在二維項目管理軟件中關聯進度計劃中的資源信息，利用內置的啟發式算法進行資源管理，但是在實際中管理人員依舊需要經驗管理項目。計算機的發展和建筑業的需求，促使BIM技術應運而生。通過實踐發現，高效資源管理可以實現10%到30%的成本節約[13]，BIM技術融合傳統的管理方式，通過信息集成平臺的信息管理為施工資源管理提供了解決方案。

1.2BIM技術在施工資源管理的應用

目前，在施工管理階段，越來越多的企業、項目使用BIM技術，BIM技術融合傳統的管理理論為項目各相關方帶來了施工管理的新視角。在進度計劃管理階段和集成管理等方面BIM技術可使項目各參與方高效溝通和協調，提高施工效率、縮短工期、節約成本。

國外BIM技術的研究和應用開展較早，主要應用在項目的設計階段、招投標階段、施工階段及運維階段。在Linderoth[14]對國際上應用BIM的情況統計中，發現BIM集中應用在設計、施工模擬、管線安裝和檢查等方面。BIM應用模式最成熟的美國已結合IPD管理模式，將各參建方形成利益共同體，大大提高資源管理效率。

我國工程建設行業從2003年開始引進BIM技術，目前的應用以設計公司為主，施工行業的BIM應用雖然剛剛起步，但是發展迅速。在施工資源管理方面，各學者主要集中研究資源調度、統計原理、分配方法與資源優化等方面。牛博生等[15]構建基于BIM的4D系統，通過構件屬性可查詢到已完工程量、進而計算出資源與成本量。蔡蔚等[16]提出基于BIM的軌道交通動態籌劃管理方法，幫助施工管理人員真正實現對施工資源的精細化管理。張建平教授[17-18]帶領的清華大學科研組綜合應用4D-CAD技術和BIM技術，實現對施工過程的工程量動態查詢，工期、資源的動態管理，成本的實時監控以及場地布置的優化。

目前，在施工管理方面，主要是建立建筑信息模型，通過數據化模型，實施數字化的技術與經濟的管理。通過集成平臺，BIM技術可實現信息集成、進度管理、成本管控、合同管理、設備管理和圖紙管理等，為施工資源管理的精細化提供思路。

25D信息集成平臺的構建

三維可視化的數據模型集成了項目構件的幾何、物理、空間和功能等信息，在此基礎上添加時間維度可進行施工模擬，論證施工方案的可行性，但3D和4D技術側重于模擬建筑項目施工過程的可施工性和各種改進方案的可行性，在實際的施工項目中，除了施工進度，施工成本、工程預算、資源用量以及合同等方面的管理是保證施工按期完成的必要條件。在4D基礎上關聯成本信息，形成5D信息模型。以BIM模型為載體的BIM5D信息集成平臺包括5D信息模型、進度信息、成本信息、質量信息和合同信息等，在此平臺可實現施工過程的精細化資源動態管理。

2.15D信息模型的創建

5D信息模型是由三維模型附加進度信息與成本信息集成形成，如圖1。使用三維建模軟件分別創建各專業模型，在3D模型的基礎上與進度信息關聯，形成4D建筑信息模型，以此實現構件可視化的施工模擬以及施工進度管理；通過導入進計價文件，3D模型與清單的關聯，實現項目的多算對比等。三維模型與進度信息和成本信息的關聯是以模型構件為基礎，以WBS分解為核心進行關聯，從而實現施工項目的進度管理、成本管理和資源管理等。

圖1　BIM5D信息集成流程

2.25D信息之間的相互關聯

三維模型集成進度文件和計價文件形成5D信息模型，三者之間的對應關系是根據項目的實際需求制定，創建關聯關系，在BIM5D信息集成平臺上根據特定的計劃作業對象自動形成資源用量。

2.2.13D模型與進度計劃的關聯

4D模型是以具有類型、材料、幾何、工程量和其他屬性信息的3D模型關聯進度信息，形成的以項目構件為基礎，WBS為核心的信息模型，如圖2所示為4D模型集成的原理。附加了包含各施工任務的計劃與實際開始與結束的時間信息的進度計劃，通過WBS與3D模型關聯，可模擬施工的整個流程，提取WBS節點下構件的工程量，對比任務的計劃完成時間與完成時間，避免因工作面沖突等原因影響施工進度。

圖2　4D信息模型集成原理

2.2.23D模型與計價文件的關聯

導入計價文件后，將清單計價文件與3D模型中的構件進行關聯匹配，選擇需套用的工程消耗量定額，定額中包含了該工作所需的人工、材料和機械工日(用量、臺班)，如圖3。完成3D模型與計價文件的三者關聯后，根據WBS分解的內容可計算出每個工序的成本和資源用量，實現施工成本的跟蹤對比。

圖3　預算信息模型集成原理

3D信息模型和各數據文件以WBS為核心，相互關聯形成5D信息模型，再集合其他工程信息，在一個以BIM模型為載體的信息集成平臺對施工項目的過程數據集成，通過BIM模型載體實時動態查詢各個任務的工程量、進度和資源用量等信息，實現施工過程的動態管理。

3基于BIM5D的施工資源動態管理分析

本文結合江西省某辦公大樓作為工程案例，在BIM5D信息集成平臺集成三維信息模型、進度文件和計價文件，對施工過程中的資源管理進行動態控制，實現了施工過程中的施工工程量和資源的動態查詢、成本的跟蹤對比分析等。

辦公大樓為框架剪力墻結構體系，建筑總高度(室外地面至大屋面)為38.1m，共12層，地下2層(地下一層為架空層)，地上10層，總建筑面積62 761.03m2，建筑占地面積9 946.4m2。本工程工期緊、專業工程隊多、材料用量大，施工方在進度管理、成本管理和資源管理方面存在難點，引進BIM技術對項目進行管理，主要體現在以下幾個方面。

3.1精細化施工管理，提高工作效率

在施工管理方面，項目部的生產、技術、工程、物資、商務等部門根據項目計劃開展工作，但是經常會出現溝通不當導致的工作失誤，應用BIM5D軟件進行項目管理，項目的各參與部門可通過例會形式進行有效交底溝通。本工程的總工期是540天，為實現此項目目標，法定節假日和夜晚需適當加班。應用BIM5D軟件進行進度管理，在每周工程例會時，在平臺中查看本周的任務狀態，發現滯后的任務，項目部經理及時調整任務安排，更新5D模型，重新按照進度計劃指導施工，確保周計劃的精確管控。最后工人正常作息工作并提前46天完成工程。

此種工作模式通過在BIM5D平臺中關聯進度文件和計價文件，實時為進度計劃提供人、材、機的消耗量和成本的精確計算。以往管理人員需要花費至少一天的時間按照進度計劃進行工作分解并提取相應工作的工程量，浪費了管理人員的寶貴時間，如圖4，為物料準備以及勞動力估算提供了準確依據，避免以往憑二維圖紙和經驗進行物資管理，在平臺中管理人員可根據需要按照時間、樓層、流水段等方式或者按照構件工程量和清單工程量，提取所需的資源用量，在做項目總控物資計劃、月備料計劃和日提量計劃、節點提前，快速形成并提交報表給相關部門。通過BIM5D信息集成平臺，可以實現施工過程中各業各部的過程數據的集成，為總包單位向業主報量、分包工程量核算、變更工程量計算和甲方工程量審批提供數據支撐，有效地提高施工管理效率。

圖4　模型、進度與計價文件三者的關聯與資源用量統計

圖5　模型可視化與模型數據計算

3.2物資提量與領料精準，降低成本

在項目物資管理過程中，管理人員對模板、腳手架等周轉材料的工程量的統計是根據二維圖紙和經驗進行，難以實現對現場大量材料的實時調配，浪費施工過程中的大量材料，導致成本增加。通過BIM5D平臺，管理人員根據需要按照樓層、專業、部位、工序、流水分區，依據進度信息準確查詢到每月、每周、每日的周轉材料與物資消耗，并記錄材料的進出場時間對場地工作面的使用進行充分利用。通過在BIM5D平臺對資源的有效管理，極大地減少了項目材料的非必需消耗，合理降低了項目成本，也為以后類似項目的投入提供可靠的參考依據。

3.3可視化與數據支撐，優化施工資源管理

在以往的項目中，流水段的管理都是項目負責人對現場的流水進度、流水提量、流水計劃等工作進行安排，由于分包隊伍多、工作專業多、多級計劃、工序交叉造成作業面沖突頻繁，現場協調困難。在BIM5D平臺通過工作面的劃分、理論勞動力的計算、可視化的模擬過程來對關鍵節點的措施、工作面進行合理布置，以此判斷進度計劃的合理性，通過對進度計劃完成情況的檢查與分析，優化資源調配，如圖5。

4總結

BIM5D技術與項目管理系統的有機結合，針對當前施工資源管理過程中存在的問題，有效提升了施工項目管理的精細化管理程度，BIM5D技術為快速統計資源用量、資源的合理供應等提供了精細化的管理方案，實現了施工工程量的動態查詢、施工資源動態管理、成本的跟蹤對比等。

BIM5D技術為建筑施工企業的技術創新和發展產生了巨大影響力，它的推廣和應用大大提高了建筑工程的集成化程度和精細化管理程度，保證了工程的質量和施工效率，為施工企業提升效益。

參考文獻

[1]中國系統工程學會決策科學專業委員會．決策科學理論與實踐[M]．海洋出版社，2010.

[2]龔國華，王國才．生產與運營管理——制造業和服務業[M]．上海：復旦大學出版社，2010.

[3]高全順．論工程施工項目資源管理[J]．呂梁高等專科學校學報，2010，26(2)：41-42.

[4]周伯成．施工項目資源管理的主要原則[J]．建筑經濟，2004：51-52.

[5]E.Padilla，R.Carr，Resource strategies for dynamic project management，Journal of construction engineering and management[J]．1991，117(2)：2779-293.

[6]F．Karaa，A．Nasr，Resource management in construction，in：Journal of construction engineering and management．1986，112(1)：28-34.

[7]Moonseo Park．Model-based dynamic resource management for construction projects．Automation in Construction[J].2005，14(5)：585-598.

[8]駱剛，劉爾烈，王健．遺傳算法在網絡計劃資源優化中的應用[J]．天津大學學報，2004，37(2)：179-183.

[9]張連營，張金平，王亮．工程項目資源均衡的遺傳算法及其MATLAB實現[J]．管理工程學報，2004，18(1)：52-55.

[10]徐華．動態聯盟項目管理資源優化算法研究[J]．內蒙古師范大學學報，2005，34(3)：302-305.

[11]張紹陽，王選倉．基于Petri網的公路施工資源瓶頸識別和消除[J]．長安大學學報：自然科學版，2006，26(1)：38-42.

[12]張紹陽，王選倉．基于Petri網的公路施工資源總體優化方法[J]．長安大學學報：自然科學版，2007，27(4)：33-36.

[13]International Alliance for Interoperability(IAI)，Available from：http：//www．iaiinternational．org/2010.

[14]Linderoth H．Understanding Adoption and Use of BIM As the Creation of Actor Networks[J]．Automation in Construction，2010，19(1)：66-72.

[15]牛博生．BIM技術在工程項目進度管理中的應用研究[D]．重慶：重慶大學，2012.

[16]蔡蔚．基于BIM 的軌道交通車站動態籌劃及資源管理，中國市政工程，2014，2.59-64.

[17]張建平．基于BIM和4D技術的建筑施工優化及動態管理[N]．信息化．2010.

[18]張建平，曹銘，張洋．基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統[J]．工程力學，2005，22：220-227.

[19]Jerry Laiserin．HISTORy of BIM[D].

Dynamic Management Research on Construction Resources based on BIM5D

Wang Ting，Ren Qiongqiong，Xiao Liping

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，NanchangHangkongUniversity，Nanchang330063,China)

Abstract:In the process of realizing the fine construction management,the application and exploration of BIM in the construction stage has important value.The method of dynamic management of construction resources based on BIM5D technology is put forward in this article through the introduction of current construction resource management methods and current situation.Through the methods such as the creation of 3D model,schedule plan information and valuation documents information provided accurate information of schedule,cost,material control of the project ,help the managers make the effective decisions and fine management in the information integration platform.And it has realized the dynamic query of engineering quantity,visual dynamic management of construction resources,the tracking and contrast of cost and analysis of construction resources and provides references for the realization of the fine control and management of construction resources.

Key Words：Building Information Modeling; BIM5D; Resource Dynamic Management

【作者簡介】王婷(1975-)，女，博士，高級工程師。主要研究方向：基于BIM的建筑業全壽命周期研究與應用。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)03-0057-06