基于BIM技術的施工物料動態管理系統研究與應用

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

物料管理是控制施工成本的重要環節，是保證工程進度和質量的重要前提，高效的建筑工程施工物料數據采集對于項目管理至關重要。伴隨越來越多大型復雜項目的工程建設，物料管理工作愈加繁瑣，難度不斷增大。以集成項目全壽命期為理念的BIM技術，為解決傳統信息管理模式下出現的施工物料管理問題提供了技術手段，也為總包方的項目信息管理開辟了新的途徑[1]。但相對于國外，我國BIM應用仍面臨諸多問題和不足，主要呈現在三方面：

1)人工進行數據采集、錄入效率低下，難以滿足現場精細化管理的需求；

2)倉儲管理信息與現場管理信息仍以靜態信息為主，共享程度不高；

3)管理系統對施工資源信息的采集、處理、交換能力亟待加強。

因此，針對施工物料管理管理的BIM工具、軟件和系統需要不斷地研發和改善。將BIM技術引入到施工物料的全過程信息管理中，通過BIM技術與信息采集技術的融合，快速獲取材料、預制構件和部品的相關信息，提高信息采集與共享的效率，實現施工物料的動態管理，對于推動建筑工業化以及BIM在建筑領域的發展都有重大的社會效益和經濟效益。

2 基于BIM技術的物料動態管理系統相關研究

2.1 管理系統研究內容

BIM模型輕量化技術，是BIM技術能夠融入到整個項目工程管理體系中，并充分發揮BIM模型的數據可識別、信息可關聯等特性的重要保障[2-3]。從保證管理系統的實用性考量，系統的圖形引擎應對移動端、網頁端和客戶端的輕量化提供支撐，需要對BIM模型輕量化技術進行研究。大體量BIM模型進行輕量化處理后，模型可壓縮至原文件大小的5%-20%，有效地降低了BIM技術深度應用過程中對軟硬件的性能要求。使一線工程技術人員在現場也可便捷地調用模型，保證了信息的一致性，提高了項目管理效率。

圖1 系統BIM輕量化技術基于映射的存儲方式

圖2 同類系統BIM模型輕量化性能的對比分析

隨著智能手機、平板電腦等移動智能設備，以及二維碼生成器的廣泛應用，二維碼的應用領域也在不斷擴大。尤其是在經濟適用性方面，二維碼技術已經成為應用最為廣泛的自動識別技術。BIM技術與二維碼技術相結合，不管用于物料管理過程中的數據傳遞，還是現場施工過程中的數據查詢采集，都具有承載信息量大，傳遞信息速度快，錄入信息準確率高等優點[4-5]。在提升多參與方信息化的協同工作水平，降低信息共享所耗費的時間、提升技術人員的工作效率方面具有顯著的技術優勢。本研究中，將二維碼技術分為材料跟蹤二維碼、資料管理二維碼兩個類別。

1)材料跟蹤二維碼

是在企業對物料規范化、標準化管理，進行編碼的基礎上，基于BIM模型的構件ID號自動獲取模型信息，快速生成和打印構件的二維碼。此類二維碼用于材料跟蹤、進度管控、出入庫管理等。

2)資料管理二維碼

是在構件進場或施工過程中，定位構件在模型中的位置，將工程相關的圖片、表單、視頻等附件與二維碼關聯。此類二維碼用于輔助技術管理、質量管理、安全管理等。

2.2 管理系統設計、開發與實現

2.2.1 業務需求分析

在工程實踐過程中，施工現場管理人員需要利用40%以上的工作時間進行記錄、分析、整理等工作。而目前的人工數據采集，不僅費時費力，且易造成數據誤差，從而導致決策錯誤[6]。由此可見，高效的工程數據采集、共享對于工程施工過程的項目管理至關重要[7]。經過對中建八局承建的周大福金融中心、青島海天酒店、遼寧省金秋醫院等20余個項目的調研分析。

表1 項目各部門對物料管理系統的主要需求

圖3 管理系統總體架構

2.2.2 系統總體架構設計

系統基于BIM輕量化，將BIM信息與二維碼信息集成共享的物料管理系統。系統數據庫采用Node.js領先的服務器端編程環境，MongoDB基于分布式文件存儲的數據庫，主要特點是高性能、易部署、易使用，存儲數據非常方便[8]。采用“云+端”的模式，BIM模型、現場采集的數據、協同的數據均存儲于系統，各應用端調用數據[9]。PC端作為管理端口進行BIM模型和現場數據的集中展示及分析，移動端口以系統為核心，集成BIM輕量化模型，以二維碼為主體進行材料跟蹤、現場表單填寫。

2.2.3 實現方法

(1)創建材料跟蹤二維碼

登錄Web端可創建新的項目，添加賬號進入項目列表的用戶，可以共享該項目。鑒于該項目體量巨大，采用了“子模型”形式，即分樓層、分專業上傳模型，分專業設置二維碼物料跟蹤模板，進行賬號權限設置，由管理員統一管理。插件端將BIM模型(Revit文件)輕量化處理、整合上傳。處理后的模型具有獨立性，可以按照區域專業樓層等分類進行顯示控制。模型的對齊點可按照建模軟件設計的絕對坐標點進行整合。通過PC端選擇單構件或組構件，根據構件類型及分類編碼生成二維碼，根據需求添加二維碼體現的信息，連接與BIM協同管理系統配套打印機，設置好尺寸，打印成貼紙形式。幕墻、鋼結構、設備等未粘貼二維碼，不得進場。

圖4 PC端生成二維碼

(2)物料單全過程追蹤

從系統生成所需物料數據，通過接口提取物料數據，由物資部提交物料單即下單；項目總工結合實際施工進度，審核物資部提交的物料單是否合理；物料廠獲得通過審核的物料單后，按照時間、規格型號、數量等物料信息，加工生產、掃碼出貨、上傳相應檢驗批資料等；經物資部掃碼入庫、掃碼出庫，工程部掃碼確認物料已安裝架設后，物料單歸檔，系統已進行物料BIM模型同步更新，展現物料在工程中最后的使用部位，如圖5所示[10-11]。

(3)系統加強了物料的出入庫管理，以二維碼為物料流轉信息的載體，保證物料的有序控制

物料粘貼對應的二維碼標識，系統移動端的APP掃描后出廠；物資部接收物料時，利用二維碼掃描入庫，系統信息實時反饋給工程部、構件廠等用戶；工程部監控物料的使用狀態，合理組織施工，見圖6。通過二維碼管理，物料數據信息不可改動，使得施工管理更為科學、嚴謹、高效。避免因物料信息傳遞有誤、信息更改等原因造成的損失，降低了物料管理的風險。

圖5 物料單全過程追蹤

圖6 物料出入庫管理

(4)物料進度管理

表單數據在現場填寫，后臺按不同顏色展示完成情況，主要分析與展示物料計劃入庫與實際入庫，計劃安裝與實際安裝之間的差別。施工各方通過進度圖了解實際進度和預測進度，保證物料及時到位，同時避免占用庫存，利于成本控制和場地周轉。

圖7 物料進度管理

(5)實際施工過程中，物料的交付時間延誤、數量不符，往往是造成工期延誤的重要原因[12]

在工程實際應用中，誤工風險預警的功能，可以實時跟蹤施工所需各構件的生產、運輸、計劃入庫料單、計劃入庫料單、實際入庫料單等，分析得出誤工情況，見圖8。另外，可通過設定的物料計劃進場時間節點，對逾期進場的構件標記警告，及時展示給項目總工，以便聯系構件對應負責人、材料供應商等追蹤進展，避免因構件的經常延誤，使施工進度受到影響。

圖8 誤工風險預警

2.3 應用效果

天津周大福金融中心主樓高530m，是天津濱海新區核心商務內體量龐大的商業綜合體。作為國內施工難度最大的超高層建筑之一，項目現場鋼結構、幕墻、機電管線、設備、電纜等的生產、存儲、安裝涉及多個部門，且數量大、類型多。物料動態管理系統作為該項目施工精細化管理的一個重要技術手段，通過二維碼進行物料管理和流程把控，使現場物料管理更清晰與高效，信息的采集與匯總更加及時與準確，實現了精細化管理。在企業規范化、標準化管理的基礎上，項目對管理系統的應用，增強了BIM模型與現場的關聯，拓展了BIM應用的深度，充分發揮了輔助功效。

3 結論

本文基于BIM的施工物料動態管理實踐，從研究物料的施工過程管理，可視化的施工物料統計分析，供需情況的實時監控等出發，創建項目協同管理系統，為物料管理的持續改進提供了更加直觀和高效的條件。對于現場施工管理，做到了物料按需生產，避免訂單延誤，提高出廠效率，實現了可視化動態管理，輔助優化施工計劃，有效地提升了進度和成本的管控，促進了工程的精細化施工管理。