BIM技術在施工項目管理中的應用探索

戴 路 隋偉旭 徐亞軍

(1.中建三局集團有限公司，武漢 430064； 2.中國建筑業協會，北京 100081)

引言

施工項目管理的核心是通過對人、材、機等要素進行有效的組織、計劃和控制，以實現資源的優化配置，進而獲得最大化的經濟效益。而項目施工是一個復雜的動態過程，人、材、機等要素與工期、成本、質量等管理指標之間存在著復雜的、動態的聯系，項目施工過程產生的信息量巨大，且信息變化快，對項目管理者的信息處理能力提出了較高的要求。因此，信息技術的應用將會對施工項目管理產生極高的價值[1]。

BIM技術是目前應用于建筑行業的重要信息技術，其概念起源于美國，在美國國家BIM標準第一版中對BIM做了明確的定義[2]，并強調了BIM的數字化、信息共享、協同作業等方面的特點。美國國家BIM標準第三版引用buildingSMART對BIM的定義[3]，將BIM(Building Information Modeling)的概念進一步擴展為Building Information Modeling、Building Information Model以及Building Information Management。這一定義補充了BIM作為信息化管理手段的作用，極大地豐富了BIM的內涵。

近年來，BIM技術在施工項目管理過程中的應用逐漸深入，利用BIM技術的可視性、協調性、模擬性、優化性及可出圖性等特點，實現項目精細化管理，將成為未來趨勢。目前，受制于BIM軟件工具和BIM應用標準，還未能實現在建筑工程各階段、各專業充分應用BIM技術實現全生命周期的信息共享，整體應用價值還未顯現。而針對某一階段或某一環節的局部BIM應用已有價值體現，總結出了大量的BIM應用點[4]。本文將結合施工項目管理的主要內容，即項目進度控制、質量控制、成本控制、安全管理、合同管理、信息管理以及組織協調，展開闡述目前常見的BIM應用點以及BIM在這些管理活動中產生的價值，并探討未來可能的發展方向。

1 進度控制BIM應用

1.1 應用現狀

項目進度控制是一個動態的過程，它包括進度目標合理性的分析論證，進度計劃的編制、跟蹤、檢查與調整。在BIM模型基礎上添加進度信息，即3D模型加1D時間，通常稱作“BIM 4D”，利用軟件將進度計劃項與模型構件進行匹配掛接，模型構件可按時間先后順序進行逐一呈現，從而形成4D施工模擬動畫，幫助施工管理人員直觀了解工程施工流水段劃分以及施工順序，分析進度目標和施工工序安排的合理性[5]。如圖1所示。

圖1 BIM 4D進度模擬

在項目施工過程中的進度控制，主要為通過將實際施工進度信息錄入模型中，并將計劃進度與實際進度進行對比，之后利用軟件的可視化效果直觀地展現出進度狀態，來幫助項目管理人員進行施工進度檢查與調整，如圖2所示。

圖2 進度偏差對比

目前常見的BIM 4D應用軟件有Navisworks、Navigator、Synchro、Fuzor、廣聯達BIM5D等。

1.2 發展方向

在BIM模型中，包含了材料類別、工程量、施工區域劃分等大量建筑構件信息，這些信息是進度計劃編制及優化不可或缺的參考依據。但BIM模型在現有的進度控制過程中的應用，僅僅是通過可視化的方式幫助項目管理人員進行進度控制。

李慶達等[6]在北京Z14項目中，嘗試了利用BIM模型數據進行進度計劃編排以及進度管控的應用，取得了不錯的成效。項目采用Vico Office軟件，將模型構件與任務項關聯，并建立工序間的邏輯關系，根據BIM模型工程量數據，匹配工效信息，軟件自動生成進度計劃斜線圖。根據圖中的斜線狀態，能夠對計劃合理性進行初步調整、優化。

圖3 線性計劃

在施工過程中，通過將各工序的實際開始和實際完成時間信息錄入對應的施工區域，能夠獲取實際工效信息，形成進度預警。通過對各項資源數據的調整，形成新的進度計劃，指導下一步施工，如圖3～4所示。

圖4 進度優化

該項目的4D BIM實施過程，充分展現了BIM數據的價值。利用這種方法，不僅可積累各種類型項目的數據，進而形成企業綜合工效庫，而在后續項目實施過程中，也可訪問工效數據庫，檢索同類項目中相同任務的綜合工效，為進度計劃編排提供依據。

2 質量控制BIM應用

2.1 應用現狀

施工階段的質量控制的基本環節包括：事前控制、事中控制和事后控制。其中，實行樣板引路制是施工質量事前控制的重要手段之一。現階段，利用BIM虛擬樣板代替實體樣板，進行可視化交底，是目前較為常見的BIM應用點，如圖5所示。

圖5 石材幕墻施工質量樣板

在部分BIM應用軟件或平臺中通常也會有質量管控模塊對施工質量事中控制，其主要做法為：管理人員發現現場存在的質量問題或者隱患后，通過在手機端添加問題照片、問題描述，問題在BIM模型中的定位，發送給相關責任人，責任人收到問題后，進行整改并回復，經復查無誤后問題關閉，形成閉環[7]，如圖6所示。

圖6 質量管理BIM應用流程

同時，BIM平臺可對近階段的質量問題進行數據分析，以曲線圖、柱狀圖或餅狀圖的方式呈現問題的主要類型分布、責任單位分布情況等信息，為制定下一階段的質量管控對策提供數據支撐[8]，如圖7所示。

圖7 質量問題分析

2.2 發展方向

隨著科技的發展，越來越多的新技術可用于施工項目質量控制，如VR、AR、三維掃描、物聯網等。通過VR互動功能，可以幫助管理人員或作業人員在虛擬環境中模擬施工工藝操作，熟悉和掌握工藝流程[9]。

圖8 VR砌體施工模擬

AR技術則能夠將BIM模型“搬到”施工現場[10]，將數字世界與物理世界合并，更加有效地幫助作業人員理解現場施工環境和作業內容，使施工過程更為流暢，同時，借助AR模型也能幫助進行質量檢查和驗收，如圖9所示。

圖9 BIM+AR應用示例

通過三維激光掃描技術可對已完工程進行逆向建模[11]，輔助質量管理實測實量工作，準確記錄上道工序的尺寸誤差，指導下道工序施工。

除了利用新技術豐富質量控制手段外，質量信息的管理同樣重要。針對當前施工項目質量控制存在的信息獲取途徑單一、溝通反饋不及時、項目各方難以協同參與質量控制等問題，侯杰等[12]提出了項目質量管理信息協同系統構建的思路，通過BIM技術、RFID等物聯網技術實時定位采集質量信息，搭建質量數據管理平臺，對質量數據進行分析、處理，為質量控制提供數據支持。

3 成本控制BIM應用

3.1 應用現狀

成本控制BIM應用業內也通常稱之為“BIM 5D”，即模型+計劃+費用。理論上可按任意時間段獲取工程量、預算、成本、資源數據，進而實現成本動態控制。

由于目前大多數BIM軟件均為國外軟件，與我國特有的定額、清單工程量計算方式不相符，與我國工程項目的成本控制邏輯不相符，因此，關于BIM 5D的應用還非常少。當前成本控制BIM應用點主要集中在工程量計算[13]，資源、資金數據與模型構件掛接等方面。

3.2 發展方向

成本控制BIM應用一方面需要開發符合我國施工成本控制邏輯的BIM應用軟件，另一方面要結合科學的成本控制方法論。掙值法是施工成本控制的主要方法之一[14]，利用BIM模型中的工程量數據以及進度計劃中的時間信息，計算出計劃工作預算費用(BCWS)、已完工作實際費用(ACWP)、已完工作預算費用(BCWP)，通過對三項數據的比較計算，能夠得出成本偏差(CV)、進度偏差(SV)、進度績效指標(SPI)、成本績效指標(CPI)等指標，可用于分析項目進度快慢與成本偏差，根據分析結果采用相應的措施進行糾偏[15]，如圖10所示。

圖10 某項目基于掙值法的成本分析

4 安全管理BIM應用

4.1 應用現狀

現階段，安全管理BIM應用與質量管理較為類似，一方面是通過BIM模型以及VR技術等可視化手段進行事前的安全交底和安全教育[16]，另一方面是利用BIM管理平臺實現安全問題巡檢、發出整改、問題反饋、問題復查等流程的信息化，積累數據，用于分析和問題追溯。

4.2 發展方向

BIM+VR技術的發展對施工項目安全管理能夠起到較大的幫助[17]。例如，在生產安全事故應急預案管理方面，施工現場通常需要針對具體的事故類別、危險源等制定專項應急預案，并通過應急演練，做到在事故發生時迅速反應、正確處置，而在現實場景中開展應急演練，很難模擬事故真正發生時的緊迫狀態，利用VR技術則能夠提供沉浸式的體驗，通過視覺、聽覺、觸覺等多方面的直觀感受，構建事故發生時的真實狀態，以達到最佳的演練效果，如圖11所示。

圖11 VR火災逃生模擬

此外，通過各階段的BIM模型結合RFID技術可構建人員實時定位預警系統[18]，在BIM模型中描述危險區域，并在危險區域設置傳感器，通過RFID對現場工人進行定位，一旦有人員進入危險區域，則會觸發現場警報，從而降低事故發生的概率。

5 合同管理BIM應用

5.1 應用現狀

施工項目合同確定了工作內容、價格條款、工期、質量、安全等目標，因此，合同管理對于施工項目管理而言至關重要。隨著“一帶一路”的推動，我國企業將會承接越來越多的國際工程，而國際過程尤其看重合同的履行與管理，現階段，我國合同管理還存在諸多問題，例如工作范圍不具體、合同界面劃分不明確等。將BIM技術引入合同管理，能夠確保信息的一致性和準確性，使合同范圍和界面劃分更加明確，通過BIM數據的傳遞與共享，能夠提升合同管理的信息化水平，實現合同動態跟蹤與管理[19]。當前對于合同管理BIM應用還處于研究和探索階段，相關的應用案例非常有限。

5.2 發展方向

隨著信息技術的發展，未來應能實現合同的信息化管理，能夠利用計算機讀取、分析合同數據，跟蹤合同執行情況，實現全方位、全過程、動態化的合同管理。結合BIM+云計算技術，利用其強大的數據處理能力作為支撐，能夠改善合同數據管理方式，實現海量項目信息的存儲、分類、匯總，并支持信息檢索和數據提取，能夠極大地改善當前的合同管理方式，更有利于項目的管理。

6 信息管理與組織協調BIM應用

6.1 應用現狀

目前我國建筑業的信息化程度還一直處于很低的水平，多數施工方的信息管理水平還很落后，施工資料以紙質資料為主，電子文檔以本地文件的形式存儲在每個人的電腦上，存在大量的信息孤島，而信息的準確性、及時性又會對項目的組織協調管理造成影響，組織協調不順暢，直接影響項目管理目標的達成。

信息管理與組織協調離不開信息技術的支持，現階段，國內外多家軟件公司均有研發BIM信息協同管理平臺，用于文檔共享、工作協同，以提升管理效率。公眾號BIMBOX對BDIP、Modelo、Revizto等8款BIM平臺產品做了全面的測評，從測評結果來看，這類平臺更側重于三維圖形處理技術，例如模型在線瀏覽、對不同BIM軟件創建的模型文件的支持、模型數據繼承、模型加載速度、模型渲染、查看工具等，大部分平臺也能實現各類文檔的存儲和在線查看，但數據處理能力皆不足，僅能靠人工來查看數據，缺乏對模型數據、文檔數據的處理和計算分析能力，如圖12～14所示。

圖12 各類BIM平臺中的模型展示

圖13 各類BIM平臺對文檔的支持情況

圖14 各類BIM平臺對傳統業務流程的支持情況

6.2 發展方向

施工項目是一個多方參與的過程，在信息及時、準確、對等的環境下能夠提升組織協調工作效率，提升決策判斷的準確性。而信息的產生需要大量基礎數據的支持，BIM作為項目數據集成的載體，是實現項目信息化管理與協調的關鍵，利用物聯網、大數據、云計算等技術手段可實現數據的自動采集和處理分析，將傳統的建造模式改進為數據驅動建造的方式。

在此之前，需要開展BIM數據標準的研究工作，尤其是BIM數據交換標準。BIM不是單一軟件能夠完成的事情，不同軟件產生的數據能否互聯互通非常關鍵。現階段BIM軟件之間的數據交互以IFC標準為主，國內也有在IFC標準的基礎上研究BIM信息集成管理平臺[20]，以實現全生命周期的信息共享與集成化管理。而IFC標準在實際應用過程中，存在數據丟失、錯誤等各方面的問題，與其他項目管理軟件之間也無法進行數據流通和交互，基于IFC標準進行項目信息管理在實際應用中落地困難。

7 總結

綜上所述，BIM在施工項目管理中已經有了較多應用，從當前的應用點來看，更偏重于三維可視化展示，而BIM的關鍵在于數據和信息層面的應用，這也是未來的重點發展方向。結合BIM定義的變化，要實現從Building Information Model向Building Information Management的升級，需要研究配套的標準和軟件產品。

數據標準的制定應結合施工業務邏輯，厘清數據與數據之間的關聯性，做好數據結構化工作，建立以數據為核心的BIM技術體系，如圖15所示。

圖15 利用數據開展施工項目管理

BIM軟件方面，依然以國外BIM軟件為主，與我國工程實際的匹配程度較低。以主流的Revit軟件為例，雖然其具備算量功能，但Revit的算量規則與我國清單工程量計算或定額工程量計算規則并不相符，因此需要在Revit的基礎上開發對應的工程量計算插件，才能適應我國的工程量計算業務，且諸如此類的軟件適用性的問題還有很多。關于BIM軟件的發展，我們既可以利用國外BIM軟件進行二次開發，使之具備符合我國工程實際的應用功能，例如市場上常見的各類Revit插件，還可以基于我國工程的邏輯研發國產BIM軟件，走自主知識產權之路。

夯實數據化基礎，輔以配套軟件工具，施工項目管理工作便可借助BIM技術，向智慧化邁進。