基于BIM5D的工程智能建造管理應用研究

李倩文

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433）

0 引 言

隨著經濟的發展，城市基礎設施建設模式逐步由地上空間開發轉向地下空間挖掘。城市軌道交通、隧道、地下通道或下立交等工程逐漸成為各大城市建設的重點，如何提高其建造管理水平，節約成本，成為目前的研究關鍵點。

在中國，目前BIM技術應用主要集中于設計階段和施工階段基于模型的單機應用，如建筑能耗分析[1]、碰撞檢測與工程量統計[2]、施工籌劃方案模擬[3]等，隨著技術的不斷拓展，近兩年來BIM開始應用于工程建造的系統管理中，進行BIM4D（模型加時間信息）的綜合運用，如進度管理以及基于BIM4D技術的施工管理平臺應用[4]等。而BIM5D（模型加時間及成本信息）雖早在2013年就被提出，但BIM5D的綜合應用因受到各種主客觀因素的制約，施工總承包方尚且無法將其整體運用至項目管理全過程中。

本文研究了基于BIM5D的地下工程智能建造管理技術，并面向施工各參與方，搭建適用于地下工程智能建造管理系統框架，同時依托淞滬路-三門路下立交工程，實現智能建造綜合管理應用，全面提升工程建造管理水平。

1 基于BI M 5D平臺的智能建造管理

1.1 應用需求

1地下工程的建造過程復雜，工期較長，質量安全影響面大，其建造管理水平直接關系到地下工程的建造周期及成本。隨著信息技術的逐步發展，BIM技術的應用，地下工程的建造管理模式不斷由傳統化粗放型向智能化精細型過渡。

目前，大多地下工程的建造管理由人工去主導，其建造現場的施工狀況，均通過現場人工檢查確定信息后，再上報處理，繼而做出相應處理方案，導致信息反饋不及時或遺漏，增加了現場安全風險。其建造期的成本管理，目前多是人工進行工程量統計，成本核算，對比分析，其人為影響因素較多，耗費大量人工且誤差較大[5]。

與傳統建造管理技術不同的BIM技術的集成化、共享協同性等優勢，為工程智能建造管理提供了新思路，開發基于BIM5D的智能建造管理平臺，并實施應用智能現場過程管理、成本管理、施工模擬等功能，明顯提升工作效率，解決過程資料的散亂、無跡可查，問題反饋不及時、責任無人認領、成本偏差模糊不清等狀況，提高工程建造管理效率。

1.2 數據需求

BIM5D是將全專業BIM模型通過統一的信息關聯規則，集成進度、成本以及現場過程管理等相關信息，形成五維模型，實現項目的精細管理。

BIM模型是基于統一的建模規則而創建的各專業模型，并于BIM5D平臺整合形成全專業BIM深化模型。BIM模型的創建是在充分調研工程建造過程的應用及管理需求上，綜合考慮設計及施工管理的數據需求、數據共享傳遞以及工程量清單等因素，明確建模標準，包含建模軟件、范圍、坐標、模型命名規則、信息精度等。

進度信息是基于施工工藝工序、項目關鍵工作等籌劃的時間信息，包含進度計劃及實際進度信息；

成本信息是基于工程量清單計價規則、分類規則、圖紙工程量、實際完工量、施工技術及施工設備等編制形成的預算文件，包含中標合同價、目標成本、實際成本等文件。

現場過程管理信息是基于現場安全、質量、文明施工等要求，形成的閉環管理信息，用于現場問題及時快速解決，人員高效工作，工程高質建設。

1.3 BIM5D平臺框架

平臺架構分為數據層、應用層和門戶層3個層次，見圖1。數據層包含基于統一的建模要求、平臺識別規則及數據交換標準而形成的BIM模型、數據文檔、預算文件等。由多個軟件形成的各類數據信息經過統一的BIM數據交互標準，整合于BIM5D平臺，形成完整的建筑信息模型，以供應用層進行BIM應用實施。應用層基于BIM應用導則及項目管理要求開展施工模擬、現場過程管理、成本管理等各項BIM應用。其各項應用則通過門戶層來進行訪問、查看、反饋與管理，包含移動端、網頁端及桌面端。整個平臺，依托云端，進行文件存儲、計算與處理。

圖1 平臺框架

2 智能建造在工程中的應用

2.1 工程概況

淞滬路-三門路下立交工程（以下簡稱“本工程”）位于上海五角場區域范圍，采用雙層Y字型下立交形式，主線為上層，自淞滬路上跨匝道和軌道交通10號線后轉入閘殷路，同時下層設置一對匝道，于政立路以北從主線兩側分出，下穿主線后迅速匯合，從合流污水管及規劃軌道交通20號線之間穿過后至民府路接地，見圖2。

圖2 工程總體示意圖

工程周邊環境復雜，沿淞滬路地上有眾多高層建筑，基坑段西側緊靠新排污水管，東側全線緊鄰10號線區間和車站，最小凈距僅為2.09 m，且主線上穿10號線區間。匝道段采取國內最大斷面矩形頂管施工，全程保護合流污水箱涵，并預留規劃地鐵空間。本工程施工風險極大，技術難度極高，參與方眾多，以此為導向，開發應用基于BIM5D技術的智能建造管理平臺，提升項目建造管理水平及精細化程度。

2.2 BIM5D智能建造管理平臺技術

本工程基于上述平臺架構，以項目需求為出發點，實施智能建造管理研究與應用，其主要實現施工模擬、現場過程管理及成本管理等三大功能。該BIM平臺利用輕量化技術，降低業務間數據的耦合度，利用IGMS文件傳輸技術，整合不同的BIM 模型（Revit、Tekla、Magicad等），形成流暢的模型快速瀏覽場景。同時，基于IFC解析引擎，促進構件的快速解析、批量處理，信息的快速關聯，實現構件量的自動提取與統計報表自動生成，為項目過程中的工程量統計、成本統計分析提供了強有力的數據支撐。

2.3 施工模擬

平臺基于其特有的數據集成功能，實現集成各類模型數據，并于擬定工作面處，整合施工計劃、施工場地信息等數據，完成施工場地三維模擬，施工方案預演施工，以優化場地布置，查找方案缺漏項，為項目現場的高效施工提供指導，同時三維可視化的交流溝通，促進了項目的快速決策與推進，見圖3。

圖3 施工模擬

2.4 現場過程管理

現場過程管理涉及現場質量、安全、文明施工管理等內容，使用平臺移動端口，結合云計算及大數據處理技術，進行工程現場施工情況的隨時隨地線上提交、反饋、控制與處置，見圖4，并設置對應問題的各級負責人，創建清晰的責任分工界面，有效保證問題可追溯，處理情況有跡可查以及問題的快速高效處理。

圖4 現場過程管理

現場過程管理涵蓋現場建造管理的大部分施工信息，在采集大量現場施工管理相關數據的基礎上，平臺基于云計算與大數據技術，進行綜合統計，見圖5，分析現場問題種類、項目管理人員的督查管理情況、各施工分包單位違規情況、以及各問題整改進度情況等，依據統計結果，逐一進行針對性改進，如分包單位違規統計，定期對違規次數較多的單位進行懲罰警告等，對違規次數較少的單位或無違規次數的單位進行獎勵，有效提高了總包方對各分包方的管理效率，以及現場問題的快速解決，達到工程建造智能管理。

圖5 數據統計分析

2.5 成本管理

傳統的成本管理主要是基于二維圖紙的人工數據統計來完成成本計劃、成本控制及成本分析等工作，存在較大的統計誤差。為完善項目成本管理，本平臺成本管理模塊支持模型構件關聯對應的工程量清單及進度計劃信息，根據模型來提取工程量，自動統計報表，實現基于模型的實時數據統計方式，促進施工方有效合理的調整成本，采取針對性的施工技術措施，控制成本。

本工程涉及體量較大，建設周期較長，鑒于建造進度及成本數據的保留性，選取部分數據（如頂管北工作井）進行成本分析展示，收集北工作井的合同清單、目標預算文件、計劃進度文件以及BIM模型等數據文件，進行整合，同時根據施工進度，定期輸入實際進度信息及成本信息，最終根據需要，提取周、月、年工作量，形成計劃成本與實際成本的對比分析曲線，見圖6。

圖6 計劃成本與實際成本對比分析曲線

項目通過每月計劃資金與實際成本的對比分析結果來調整次月的資金計劃及物資情況，有效控制成本。同時，根據項目管理需要，針對合同成本預算、目標成本、實際成本，輸出周、月、年的三算對比分析曲線，為整體工程成本過程管理提供指導。經過頂管北工作井的成本應用實踐，達到了成本的精細透明管理，大大提升成本管控效率。同時實踐表明：成本精細化管理綜合運用于全工程范圍仍存在一定距離。

3 結 語

根據我國工程建造管理現狀，研究了基于BIM5D的工程智能建造管理技術，并面向施工各參與方，搭建了工程智能建造管理系統框架，并實施應用了工程智能建造的過程管理、成本管理及施工模擬等功能，主要結論如下：

（1）利用BIM技術及igms文件傳輸技術，進行三維可視化的施工模擬，有效促進項目的高效決策，為現場施工提供參考；

（2）基于BIM技術的工程智能建造管理，結合工程現場施工情況，實時在線的反饋現場過程問題，并進行大數據統計分析，提高工程現場施工管理效率，保證工程建造過程的質量安全。

（3）基于BIM5D技術實施局部區域的成本精細管理，針對合同價、目標成本、實際成本，輸出周、月、年對比曲線，有效促進成本精細化管理。