交通建設項目管理BIM模型分解與編碼研究*

劉建華 李文雷 羅根傳 古建宏 劉代全 楊貴榮

(1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114；2.廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530022；3.北京中交京緯公路造價技術有限公司，北京 100025；4.廣東云茂高速公路有限公司，廣東 廣州 510699)

0 引言

交通建設項目點多、線長、面廣、專業多，參建單位多，持續時間長，管理復雜，要實現“投資、質量、進度、合同、安全環保、廉政”六大控制目標，項目建設過程中繁雜資料如何有效管理？各參建單位如何高效協同工作？業主的管理層面如何去掌握項目的整體狀況？這些一直是項目管理者要解決的核心問題。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)的出現，為解決上述問題提出了一種全新的思路與方法[1-3]。BIM是一種跨平臺、跨階段的生產方式與理念，是近幾年建筑業應用中先進的信息化技術，可以為項目的各個階段，參與各方創建一個全新的工作平臺，實現工作的協同開展、信息的互聯互通，保證項目質量，節約施工成本，提高效率，實現“三控兩管一協調”的管理目標[4-6]。

針對我國交通建設項目管理信息化現狀進行分析，這個系統整體上存在的問題主要是從工程項目的規劃、設計施工、運營等階段進行開發研究的，而施工階段占據了信息化應用的大量空間，其中造價、進度、質量、文檔、合同、資源等這些方面的管理應用也容納其中。正是這種模式使得項目在實施過程的各個階段與項目的各個業務管理分支之間沒有辦法實現信息數據的交換及共享；所以無論是參與項目的內部人員，還是參與項目的外部各方之間，或者是主管交通的部門，對此都沒有辦法實施信息集成和協同。

將BIM技術運用到交通建設項目當中，其協同管理信息可以分為微觀和宏觀兩部分。比如：在工程造價管理方面，從宏觀工程造價信息來考慮，其本質就是全方位地去描繪其活動變化和特征之間的變化關系。這種信息具有綜合性和概括性強的特點，反映的工程項目綜合管理范圍大，主要是為宏觀造價信息管理和決策而生。現在的系統可從項目概算合同清單、工程臺賬、計量支付這些方面來突出其對比關系，得到整個項目投資的變動情況。從微觀工程造價信息來考慮，其重心是用微觀的視角反映工程項目的綜合管理活動中每一部分的具體狀況和變化的特性，這種信息的數量龐大，時效性強，每時每刻都在生成與發展，這種信息是服務于工程管理部門、建設單位、監理單位和承包單位的。工作區域主要是包含以項目綜合管理為中心，對日常的投資控制(合同管理、中間交工、中間計量、中期支付、工程變更)、進度控制(計劃編制、形象進度、實時進度、進度統計)、質量控制(實驗檢測、質量評定、工序控制、工程指令、現場監理)、安全控制(視頻監控、工程指令、現場監理、安全源管理)等業務進行統一管理和規范。

成千上萬的重要元素和構件建立起了BIM中的項目模型。為統一項目的構成重要元素，參加不同工程項目的人員在項目進行的不同時段往往會編出不相同的編碼。這些編碼針對具體的管理系統與應用可以解決數據接口的問題，同時實現系統之間的數據與信息的傳輸與共享。但由于缺乏與三維實體模型的關聯，通常傳輸過來的有關交通建設項目的許多業務信息、資料以及相關數據不能夠自動加載、匹配到BIM上，這嚴重阻礙了參與各方，特別是監管部門更快更多地調用與建筑實體相關的有價值的信息與數據。BIM的編碼標準體系，國際上通用的是包含Master Format、UNIFORMAT II、Omni Class等，但在交通建設領域還沒有具體的細分方案與應用標準[7-10]。

我國尚未出臺與BIM有相關內容的政策，所以BIM的應用仍然是一個廣泛的概念。在使用BIM的技術方面，不僅僅要有碰撞、檢測等，還要能形成與質量安全、投資造價、進度與變更等現場管理相結合的多維度、多要素應用?，F在在BIM的實際應用中，模型的設計優化、動畫展示方面較多，而對于現場要素的管理研究與應用較少[11-13]。根據項目的目的性質不同，其分解結構對維度劃分的依據也不同，必定會在某些方面有所割舍，這導致不能應用到工程項目的全過程當中。目前，交通建設項目過程中的模型分解結構與編碼研究人員比較少，且多集中于房屋結構工程，如何基于BIM模型的分解與編碼實現造價、進度、質量等多業務的交通建設項目協同與集成，仍然是需要研究的課題。

本文提出的基于單位、分部、分項工程的交通建設項目BIM模型分解與編碼機制研究，主要考慮投資控制與質量控制兩條功能主線，是交通建設項目過程中多業務協同與集成的基礎。伴隨工程實踐的不斷發展與信息化的提升，全過程、全生命周期及多業務信息體系結構將會更便捷與高效地應用到項目實踐之中，為BIM在交通建設項目管理中的應用提供理論支持。

1 交通建設項目管理過程中BIM分解研究

對于現今規模大、業務多且復雜、參與者眾多的交通建設項目，策劃和實施階段將產生大量、多樣式、傳遞界面廣泛的項目信息，單個項目有不同類型和不同用途的信息內容，為了實現存儲信息時更加有組織和方便，可以對項目中的BIM進行編碼。但是過去運用的編碼體系無法完成信息的集成化，其原因主要有：

(1)眾多的參建方之間編碼體系的標準不統一，他們在業務交流時，容易出現一些阻礙，管理起來很不方便，易導致“信息孤島”。

(2)現今對于編碼系統的集成開發研究，并不用得到項目的多方認可。所以單位、分部、分項建設工程的編碼系統是指在工程系統分解結構(EBS)基礎上開發出的各種結構形式(如組織結構體系，費用結構體系等),而各個職能管理分項工作和EBS交織的點可以構成工作編碼，用這些編碼組成的體系可以成為以單位、分部、分項工程為基礎的系統的統一編碼體系。

在交通建設項目實施過程中，主要是實現投資、質量、進度三個方面的控制，三者是相互關聯、相互制約的，而投資控制與質量控制又是相對比較獨立的，其對于交通工程實體的分解存在一定差異，故交通建設項目BIM模型分解要考慮投資控制與質量控制兩條功能主線：以投資控制為主線，實現一體化綜合管理的架構，從技術上支持功能的擴展和定制，形成合同管理、計量支付、工程變更等業務實時報批；以質量控制為主線，形成質檢、竣工資料的自動生成，在統一的交通建設項目BIM編碼的基礎上，實現造價、進度、質量三者的協調與統一。

以投資控制為主線，其功能如下：

(1)可以在交通建設項目中建立項目的造價信息分析體系、比較體系，關聯有關的概算與工程清單(合同，復合)、概算的執行(合同，變更，計量，支付)數據信息，實行相關的動態對比和分析，實現業主方面的全面投資控制。同時允許概算的數據信息關聯映射機制，使概算的分析和推算更加靈活，可以在交通建設項目和合同方面做出相應的提前預警。

(2)在合同管理機制被實施以后，可以實現合同的變更管理、合同信息的登記、合同分包的管理、合同付款的管理，這樣能夠靈活導出合同臺賬。

(3)可以通過BIM去實現單件和體系的變更申請，審計和批復的流程化管理，還能有痕跡地保留，實現相關聯的變更附件和變更清單，工程臺賬的查閱。企業管理者可查閱所有項目、單項目的變更匯總情況，逐級查詢項目各施工單位(合同)所發生的變更情況，特別是能夠及時進行統計和篩分的重點監控，有保證地調整和變動建設項目的“價量”。

(4)實現清單計量與工程臺賬計量雙層模式、中間交工的填報與審批、中間計量的申報、審核和痕跡保留，項目支付報表和簽審單的樣式生成與數據自動填充。各級管理者可以查閱權限內項目、過程計量與匯總、過程中的交工與交驗，可逐級追溯各完成單位(合同)所發生的中間交工、中間計量細節情況。動態掌握項目投資執行情況、工程費用支出情況。尤其是各合同暫定金額及項目預備費、建設管理費等費用的使用情況。

(5)填報和審批有關項目的總體、年度、月計劃。各級管理人員可以查看單個項目內計劃的匯報總結情況，還可以按照等級查看施工單位(合同)計劃情況。實現項目層面與業主單位層面的進度以及其他統計數據的匯總，生成和查詢對比計劃和進度的情況，并以圖形化的結果輸出。

(6)對比項目的總體費用，進行建筑安裝費用的造價分析，多方位描述和分析項目，了解標段的合同總價、臺賬價費、計量支付數額的情況。實現設計概算、執行概算、合同清單、工程臺賬、中間計量、工程結算的表格和圖形輸出。支持表格格式，包括Excel表格；支持圖形格式，包括：柱狀圖、餅形圖、折線圖(趨勢分析)。

(7)實現系統自動計算、計算性能可靠、數據存儲、程序運行安全的統一管理，并提供與其他系統的接口。提供專業的工具支持工程臺賬的編制、審核和入庫。并以全流域地圖作為項目形象的操作導航，方便快捷定位到各建設項目，多渠道展現項目總體情況。

以質量控制為主線，其功能如下：

(1)建立一個網絡化的質量管理平臺，使質量控制自動化、規范化、程序化。

(2)實現業主、監理、承包人等對交通建設項目各方面工程質量管理信息(包括原始記錄表、試驗、檢驗、評定等業務)的實時收集與動態實時發布，實現對工程質量全方位、全過程、全要素的管理和控制。

根據《公路工程質量檢驗評定標準》，結合“工程竣工文件編制范本”，實現工程質量，包括原材料實驗、過程工序、分部分項質量評定與追溯等集成管理與控制。

按照時間的不同，全過程實時、動態監控施工質量控制的事前、事中、事后三個階段的情況；及時上報、簽認、審查批復與質量評定相關的資料信息；通過BIM平臺采集信息與數據，同步生成竣工資料，實行自動歸檔儲存，避免數據信息的造假，保證其時效性。

滿足公路建設實驗、檢測、評定控制管理需求是交通建設項目過程中質量控制的基礎，同時還能夠在分析相關實驗數據信息的基礎上自動評定驗收相應的工程質量工作，實行全過程、全方位的檢測管理。

(3)在竣工文檔管理中，按交通運輸部的規定結合項目實際情況，建立項目竣工文件目錄，實現竣工資料隨項目進度自動生成。

(4)各級管理數據集成在BIM模型上，便于實時發現問題并及時解決，從而實時掌握單位內部資料完成情況。

依照《交通運輸部竣工文檔編制規范》與相應“工程竣工文件編制范本”的相關規定，將公路項目建設過程中產生的海量數據與信息，包括設計文件、往來郵件與信息、相關會議及影像資料等，都可以全面地、系統地分類歸檔與永久保存，并作為竣工資料應用于工程驗收，為管理者的工作檢驗、質量檢驗及今后維護運營管理等工作提供依據，方便技術人員查詢資料和文檔。

BIM模型系統在交通建設項目工程結構分解中的總體思路為：以項目目標管理的體系為主線，以工程技術系統的范圍和項目的環境系統為依據，由上到下、由粗到細、由總體到局部地進行。其總的分解步驟為：

(1)根據BIM模型運行條件的要求，把工程分解成單個定義與范圍都明確的子部分(子系統)。

(2)對每個子部分的特點和結構規則進行具體研究，以做進一步分解。

(3)對各個層次的分解結果進行評價。

(4)以系統規則為依據將系統單元分組，組成系統的結構圖。

(5)對分解的程序性與完整性進行分析。

(6)由決策人對結構圖做出最后的決策，并且做出相應的文件。

(7)依據編碼規則對分解結果進行編碼。

2 交通建設項目過程中BIM編碼研究

在交通建設項目管理中，計量、支付、變更、質量、試驗、現場、工程指令等業務，都是針對每一個工程實體與構件的，而每一個工程實體與構件都有唯一標識的工程編碼，所以應用工程編碼對交通建設項目進行信息化管理，以BIM編碼為紐帶，以BIM模型為載體，實現各業務數據的互聯互通。

在對交通建設項目工程實體和構件進行編碼的時候要充分考慮讓有關代碼結構簡約，節約儲存的內存，減少冗長，提升信息處理時的速度與可靠度，還有就是要考慮如何集成。不僅要注意工程系統本身有編碼，而且在對建設項目的其他信息進行編碼時也要滿足工程系統分割的條件，并且在BIM編碼不變的條件之下，還要滿足其他信息對主系統的繼承性；其次，在適應性方面，BIM編碼要在各個階段都統一，這就要求這些編碼能夠去適應各個階段信息管理的要求，甚至要滿足這些工程的全生命周期，而這些要求完成的前提就是BIM編碼需要有較強的不同分類和索引能力。

基于上面對BIM編碼的要求，BIM編碼不僅要考慮唯一性，而且要能夠給使用者提供定位或者分類信息。在交通建設項目中,BIM的分解與編碼由以下部分組成：

(1)類別碼。表示工程或費用類別的代碼，由一個英文字母(不區分大小寫)表示。

(2)類別編碼。類別碼后加上數字編號稱為類別編碼，表示此類工程或費用類別的序列(第幾個、第幾處……)。

(3)工程樹。將工程或費用內容由整體到局部、由粗到細，逐級分解形成的樹形結構稱為工程樹。

(4)工程節點。工程樹中的數據元素稱為工程節點。一個工程節點的上一節點稱為其父節點，下一節點稱為其子節點。除起始的根節點外，所有節點都有唯一的父節點，父子節點代表從屬關系。

(5)工程屬性。指工程節點的具體名稱、特征、設計參數等，也稱節點屬性。

綜合考慮多業務管理的需要，工程實體結構分解編碼由工程區域編碼+專業工程編碼+工程實體BIM分解編碼組成。

1)工程區域編碼共14位，由國省編號、建設項目、公路等級、項目建設性質、一級工程區域、二級工程區域共6級組成，其形式見圖1。

圖1 工程區域編碼形式注：△為大寫英文字母或數字，□為大寫英文字母，×為數字。

國省編號由2位數字組成，各省(直轄市)對應代號見表1。

表1 各省(直轄市)對應代號表

建設項目由4位大寫英文字母或數字組成，由省級職能部門確定。

公路等級由一個數字表示，高速公路、一級公路、二級公路，三級公路，四級公路分別由0，1，2，3，4表示。

項目建設性質由一個數字表示，新建為1，改(擴建)為2，大修為3。

一級工程區域、二級工程區域表示在建設項目某區域，由一個大寫英文字母及2位數字表示，英文字母表示區域，數字表示區域序列(第幾個、第幾處)。數字從1開始按順序編號，不足2位的用0補齊。項目工程區域對應編碼見表2。

表2 一級、二級工程區域對應編碼表

(續)

2)專業工程編碼。交通建設項目專業工程分為路基、路面、橋涵、隧道、環保、交安、機電、房建八個專業。

3)BIM分解編碼。工程實體BIM分解編碼由四級編碼構成，形式見圖2。

圖2 BIM分解編碼形式

一級編碼由2位大寫英文字母及2位數字編號組成，第1位英文字母T為預留碼，第2位英文字母表示專業類型，編號表示標段序列，專業類型對應編碼見表3。

表3 專業類型對應編碼

二級編碼由1位大寫英文字母接2位數字及3位大寫英文字母組成。前1位英文字母表示工程類別，2位數字表示工程類別的序列(第幾個、第幾處……)。后3位英文字母為二級特征碼，是對工程類別及部位特征的補充說明，其中第1位字母為工程類別特征碼，后2位字母的工程部位碼意義見表4。

表4 二級特征碼編碼

三級編碼由1位大寫英文字母及3位數字編號組成，英文字母表示工程類別，數字表示其序列(第幾個、第幾處……)。

四級編碼由1位大寫英文字母及3位數字編號組成，英文字母表示工程類別，數字表示其序列(第幾個、第幾處……)。

對于數字編號規則，有設計編號的，按設計編號，如橋梁墩、臺號；無設計編號的，從1開始按自然順序編號；自然順序的優先級：從小樁號到大樁號；先左后右，先下后上；編號不足位數的，前置“0”補齊位數。

3 基于BIM編碼業務集成與協同

交通建設項目BIM模型是基于各個基礎構件組成單位、分部、分項工程，工程分解編碼就是對單位、分部、分項工程及其基礎構件進行編碼。有了工程分解編碼，在BIM模型中，就定義了單位、分部、分項工程及各基礎構件的邏輯關系，形成工程實體模型的工程樹(圖3)。BIM建模時，應根據BIM工程分解對模型中的構件進行編碼，以便BIM模型的多業務集成與應用。

圖3 基于BIM分解編碼的交通建設工程樹(截圖)

基于BIM編碼的信息管理系統，在三維可視模型中選取相應構件作為業務對象，以構件為索引展現多業務維度數據，其實質是以BIM構件編碼為紐帶，實現各業務數據的互聯互通。構件編碼是對數據統計分析對象的描述，依據BIM構件編碼可以選定工程對象進行數據統計分析。

如此建立的BIM編碼體系可以更好地集成交通建設項目信息：①項目的參與人不同，如業主、設計單位、施工單位和項目的管理單位等統一各個業務的劃分體系，即橫向統一；②貫穿項目的整個實施的周期包含設計、招投標和施工等統一各個階段劃分的體系(圖4)，即縱向統一。如果想要有利于信息的傳遞與共享，就要選橫向統一；如果想要有利于項目實施的全過程、全生命周期信息管理相關工作的一致和實施情況的追蹤與比較，各參建方在項目中就應該考慮采用統一BIM分解和編碼體系，這樣BIM才能在建設過程中實現信息共享的最大化。

圖4 基于BIM分解編碼的交通建設造價與質量業務的統一

(1)建立單位、分部、分項工程應該把EBS作為前提，BIM編碼體系可以用作項目管理統一的“信息交換規范”，為各參建方提供一個BIM的協同管理平臺。

(2)根據BIM編碼建立的相關數據資料庫，作為同一個管理項目信息的工作平臺，最后能夠在BIM協同平臺上完成各方信息的運作。

通過BIM編碼，不論是一個簡單的工程系統，還是一個具有典型項目群特征的工程系統，也不論項目的承包和分包關系、項目分配的責任關系有多么復雜，都可以很方便地識別工程的對象系統。以BIM編碼為紐帶及其確立的工程樹為邏輯關系，并以BIM模型為載體，實現BIM在交通建設項目管理過程中的集成與應用，為項目多業務管理提供協同平臺(圖5)。

圖5 基于BIM編碼的交通建設BIM協同管理平臺

4 結語

在交通建設項目管理過程中，BIM分解編碼的核心功能在于實現交通建設工程實體的分類、檢索、信息傳遞，應用于交通建設管理信息化，實現多業務的集成與協同。通過將交通建設項目的工程對象系統按照專業系統分解成相互獨立、相互聯系的BIM實體單元，作為工程項目管理的對象，滿足多業務管理的需求。通過以BIM分解與編碼為基礎建立的協同管理平臺強大的集成功能，在交通建設項目管理過程中完成進度、成本與工程質量等項目管理計劃全生命周期、全過程、全要素的集成，這對項目管理信息化有很好的提升。

[1]清華大學BIM課題組，互聯立方(isBIM)公司BIM課題組.設計企業BIM實施標準指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2]清華大學BIM課題組.中國建筑信息模型標準框架研究[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]Byungjoo Choi, Hyun Soo Lee,Moonseo Park,et al. Framework for work-space planning using four-dimenaional BIM in construction projects[J]. Journal of Construction Engineering and Management, 2014, 140(9): 04014041-1-13.

[4]李明瑞，李希勝，沈琳. 基于BIM的建筑信息集成管理系統概念模型[J].森林工程，2015，31(1)：143-148，155.

[5]Robert Eadie, Henry Odeyinka, Mike Browne, et al. Building information modelling adoption an analysis of the barriers to implementation [J]. Journal of Engineering and Architecture, 2014 (1):77-101.

[6]張建平.基于BIM和4D技術的建筑施工優化及動態管理[J].中國建設信息，2010(2):18-23.

[7]馬智亮,張東東,馬健坤,等.基于BIM的IPD協同工作模型與信息利用框架[J].同濟大學學報:自然科學版，2014，42(9)：1325-1332.

[8]Eastman C M,Jeong Y S,Sacks R,et al. Exchange model and exchange object concepts for implementation of national BIM standards[J].Journal of Computing in Civil Engineering ASCE, 2010, 24 (1): 25-34.

[9]尹航.基于BIM的建筑工程設計管理初步研究[D].重慶：重慶大學，2013.

[10]張洋.基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].北京：清華大學，2009.

[11]Eastman C.Teicholz P, Sacks R,et al.BIM handbook:a

guide to building information modeling Ior owners, managers designers, engineers and contractors[M].Hoboken: John Wiley & Sons Inc, 2011.

[12]Montaser A,Moselhi O. RFID and BIM for automated progress reporting[J]. AACE International Transactions, 2012, 1: 53-71.

[13]Srinath S Kumar, Jack C P Cheng. A BIM-based automated site layout planning framework for congested construction sites [J]. Automation in Construction，2015，59: 24-37. PMT