基于BIM+智慧工地的大型醫(yī)療建筑綜合管理技術(shù)

張蓓，徐震，方一鳴，許雷，張杰 （南通職業(yè)大學(xué)，江蘇 南通 226007）

1 工程概況

九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓，總建筑面積為35564.83 m，地上二十一層，地下二層，建筑高度84.39 m，一類高層建筑，耐火等級一級。建筑結(jié)構(gòu)形式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度，建筑結(jié)構(gòu)類別為乙類，使用年限為50年。本模型設(shè)計范圍包含該大樓建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、電氣、熱能動力等，以及建筑范圍內(nèi)的總平面、道路及室外管網(wǎng)設(shè)計，不包含地下立體車庫、人防、醫(yī)用氣體管網(wǎng)、裝修等設(shè)計，模型范圍內(nèi)明確要求使用BIM軟件技術(shù)進行建筑信息化處理以及深化設(shè)計。

由于施工人員少，施工任務(wù)重，項目規(guī)模大、現(xiàn)場施工管理點多面廣、各專業(yè)界面與接口繁多，使用傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理方法極其困難。此外隨著BIM應(yīng)用的深度和廣度逐漸增加，數(shù)據(jù)和信息量越來越大，溝通效率的提高，以及隨著移動互聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與BIM技術(shù)的發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)+BIM的溝通與共享平臺逐漸走向?qū)嵺`，例如：BM360等。但由于業(yè)主方項目管理的復(fù)雜性和個性化要求不同，以及軟件的功能特征、易使用性、二次開發(fā)靈活性、對移動端的支持程度、對項目管理支持程度、對BIM的支持程度等也存在著差異，往往多數(shù)項目會優(yōu)先使用BIM+智慧工地管理平臺。

2 BIM+智慧工地平臺搭建

BIM+智慧工地平臺采用1+N平臺聯(lián)合應(yīng)用模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，是在項目招投標(biāo)到項目整個項目周期的結(jié)束可以全方面應(yīng)用的智慧管理平臺。平臺數(shù)據(jù)可通過手機APP+云端數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)采集與集成，以模型的形式，實時顯示施工現(xiàn)場的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管理人員可以通過智慧監(jiān)控，實時查看施工現(xiàn)場的BIM協(xié)調(diào)管理、進度、造價、質(zhì)量、安全及BIM模型等管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑規(guī)范化的信息化管理平臺。

3 BIM協(xié)調(diào)管理機制

為確保本工程項目管理成功、有序地運行，需要選用合適的BIM協(xié)調(diào)管理機制。同時，應(yīng)設(shè)置合理的協(xié)調(diào)管理體系，建立更加有效、科學(xué)的運行模式，進一步增強管理水平，提高項目管理的成功率。在BIM+項目管理云平臺的支持下，九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓協(xié)調(diào)管理體系是在集成理念的指導(dǎo)下，通過策劃、計劃、合同、制度等管理手段實現(xiàn)BIM的全過程應(yīng)用協(xié)調(diào)。

3.1 BIM計劃協(xié)調(diào)管理

BIM應(yīng)用需要和項目管理工作緊密結(jié)合，BIM應(yīng)用成果要能及時輔助項目管理的關(guān)鍵決策，應(yīng)編制BIM應(yīng)用工作計劃，進行項目進度計劃與階段管理。

3.2 BIM合同協(xié)調(diào)管理

九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓創(chuàng)建BIM模型

為確保建筑全壽命周期內(nèi)運用BIM技術(shù)，在項目施工總包招標(biāo)中應(yīng)簽訂BIM條款，條款應(yīng)明確規(guī)定本項目應(yīng)用BIM技術(shù)，且應(yīng)包含BIM模型（建筑、結(jié)構(gòu)、機電等所有相關(guān)專業(yè)），此外施工總承包單位應(yīng)在模型完成的基礎(chǔ)上對模型進行深化和更新。

3.3 BIM技術(shù)在本項目中的應(yīng)用

①本項目全過程應(yīng)用BIM技術(shù)進行模型繪制、進度控制、造價控制、質(zhì)量和安全控制、竣工管理，見下圖。

②應(yīng)用BIM模型進行施工全過程中施工場地的場地平面布置模擬，完成整個九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓項目施工工序演示。

③完成基于BIM模型的施工圖深化設(shè)計，通過BIM模型實現(xiàn)相關(guān)衛(wèi)生器具、插座開關(guān)、建筑設(shè)備等居中布置，完成施工深化設(shè)計BIM模型，并利用BIM技術(shù)解決施工深化設(shè)計中可能存在的設(shè)計問題、碰撞、施工關(guān)鍵工藝等問題，并進行必要校核和調(diào)整。

④基于施工深化設(shè)計BIM模型、施工深化設(shè)計圖紙等資料，檢查各個機電專業(yè)間綜合管線碰撞的同時，復(fù)核整體管線凈高，并進行必要校核和調(diào)整，對于涉及其他專業(yè)分包的問題，向業(yè)主的BIM咨詢單位提交相關(guān)碰撞檢查報告、機電管線綜合優(yōu)化報告，見表1。

基于九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓BIM大樓碰撞報告 表1

4 BIM+進度管理平臺

進度管理一般分為兩大部分：進度計劃+進度控制。進度計劃主要依據(jù)項目總體的時間要求，結(jié)合工程特有的條件以及施工環(huán)境進行工程分解，形成符合工程要求的項目計劃排布方案。進度控制主要通過收集實際的進度進展信息，與計劃的進度計劃進行比對分析，若發(fā)生偏差則及時采取相應(yīng)的補救措施，確保總體進度目標(biāo)盡可能地接近計劃工期。

目前我國施工進度管理主要采用橫道圖法和網(wǎng)絡(luò)計劃圖，其中橫道圖法可以直觀地展現(xiàn)不同工序之間的前后搭接關(guān)系，便于編制，適用于小型項目，但無法反映關(guān)鍵線路，因此使用范圍受到很大的局限。網(wǎng)絡(luò)計劃圖能夠清楚地在圖中看到每個工序自身的持續(xù)時間，時差等關(guān)鍵參數(shù)，并能反映不同工序的前后關(guān)系。傳統(tǒng)方式編制的進度計劃很難呈現(xiàn)上述各類因素對計劃的影響，必然導(dǎo)致進度計劃偏差引起的修正和調(diào)整。

BIM+施工進度管理平臺，利用BIM可視化優(yōu)勢對施工組織設(shè)計中的關(guān)鍵工程穿插、專項施工方案、資源調(diào)配等進行模擬，通過虛擬評估進度計劃的可行性，識別關(guān)鍵控制點，基于BIM-4D模型對施工組織設(shè)計和項目實施的各級計劃進行優(yōu)化模擬；其次，以BIM模型為載體集成各類進度跟蹤信息，將方案審批、深化設(shè)計、招標(biāo)采購等工作納入輔助工作并跟蹤其進展?fàn)顩r，便于管理者根據(jù)自己要求及時查閱到全面的現(xiàn)場信息，客觀評價進度執(zhí)行情況，為進度計劃的進一步優(yōu)化和調(diào)整提供參考；另外，可為進度管理提供模型工程量數(shù)據(jù)，為物料準(zhǔn)備以及勞動力分配提供了依據(jù)。基于集成BIM后的施工進度管理，可以將參與方從復(fù)雜的計劃圖、圖紙中解放出來，以直觀形象的3D模型作為溝通的載體，方便建筑項目各階段、各專業(yè)之間的溝通與交流，減少信息過載或信息流失帶來的損失，提高參與方的工作效率。

九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓為一幢地上二十一層，地下二層，建筑高度84.39 m。本工程施工體量較大，計劃工期為765天，工期緊張，必須安排科學(xué)合理的工程進度計劃。同時考慮保證施工質(zhì)量與安全。首先通過三維模擬軟件構(gòu)建各個構(gòu)建和專業(yè)的信息模型，根據(jù)項目的資源和總工期要求進行詳細的進度計劃。接著，通過關(guān)聯(lián)三維模型與進度信息，形成4D模型直觀展示整個施工進程。在項目進行過程中，可以通過不同顏色來表示項目的進度(已建、在建、完工)并和原計劃進行對比。最后利用進度進展和資料、人員設(shè)備材料報告對項目的進度進行評價，為后期進行進度計劃和控制提供借鑒性的信息。通過BIM在建設(shè)項目進度控制中的應(yīng)用，可以直觀、高效、交互地完成項目的模擬，進度計劃的編制、執(zhí)行、調(diào)整和評價。

5 BIM+工程造價管理平臺

造價管理，是企業(yè)根據(jù)一定時期預(yù)先建立的造價管理目標(biāo)，由造價控制主體在其職權(quán)范圍內(nèi)，在生產(chǎn)消耗發(fā)生以前和造價控制過程中，對各種影響造價的因素采取一系列預(yù)防和調(diào)節(jié)措施，保證造價管理目標(biāo)實現(xiàn)的管理行為。BIM+工程造價管理平臺，使傳統(tǒng)的一維的靜態(tài)的造價管理發(fā)生根本性改變，從2D變成了3D，完成了工程量統(tǒng)計的自動化；由靜態(tài)管理變成了動態(tài)管理，從3D轉(zhuǎn)變成4D(3D+時間)進一步發(fā)展了5D(BIM+時間+造價)，實現(xiàn)工程建設(shè)全過程造價管理的BIM信息集成與共享。

工程造價管理貫穿于工程項目的整個生命周期，是提升工程企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)模式下，工程量計算主要依靠手工計算，造價人員首先通過平面圖紙獲得的造價相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，繼而參照國家定額、企業(yè)定額、施工階段的市場價格，確定不同清單項的單價，最終再根據(jù)以上工程量和單價得到分項工程量的總造價。由于數(shù)據(jù)信息的共享性較低，導(dǎo)致造價工作的自動化程度很低。

BIM+工程造價管理，需要集成三維模型、施工進度、成本造價三個部分于一體，形成5D模型(3D+時間+成本)，實現(xiàn)成本費用的實時模擬和核算，為后續(xù)施工階段的組織、協(xié)調(diào)、監(jiān)督等工作提供有效的信息。BIM+造價管理系統(tǒng)，利用BIM集成的數(shù)據(jù)，可迅速統(tǒng)計出構(gòu)件的類型、數(shù)量。BIM+5D實際造價數(shù)據(jù)庫，匯總分析能力強，速度快，同時對于數(shù)據(jù)庫中的造價數(shù)據(jù)可以進行動態(tài)更新，消除累計的誤差，使造價數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性越來越高。

九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓工程項目，總建筑面積35564.83㎡，最初總投資估算控制在30245萬元，后經(jīng)發(fā)改委審批確定：批復(fù)的投資估算23463萬元，批復(fù)的投資概算為15826萬元。基于BIM技術(shù)，建立造價的5D模型(3D+時間+造價)，以各WBS單位工程量人機料單價為主要數(shù)據(jù)進入造價BIM中，能夠快速實現(xiàn)多維度的分析，從而對項目造價進行動態(tài)控制。

在九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓工程項目中，為了更好地控制施工造價，首先根據(jù)圖紙對項目進行模型的搭建。依靠BIM模型的編輯功能，在傳統(tǒng)管線綜合理念上，融入系統(tǒng)優(yōu)化理念，優(yōu)化管道設(shè)計，并且按照圖紙進行精確安裝，節(jié)約施工材料從而提高經(jīng)濟效益。同時由于BIM模型的可視化功能，可以對管線進行碰撞檢測，項目設(shè)計團隊不同專業(yè)的工種可以根據(jù)相關(guān)報告內(nèi)容協(xié)商解決辦法，優(yōu)化設(shè)計方案，提高設(shè)計圖紙文件的質(zhì)量，避免施工階段的返工現(xiàn)象，從而節(jié)約工程的造價。以其中的4款不同類型的門，基于BIM建模算造價與傳統(tǒng)方式算造價進行對比，不難發(fā)現(xiàn)存在一定的誤差，詳細見表2。在5D模型中，將進度計劃表和清單表導(dǎo)入，按照工序邏輯進行關(guān)聯(lián)，軟件會按照時間節(jié)點和施工工序關(guān)系對項目施工進度進行模擬，同時軟件對項目的資金和物資消耗進行計算，生成對應(yīng)的消耗量數(shù)字，減少了造價管理的盲目性。

基于九江市第一人民醫(yī)院新建綜合大樓BIM造價管理清單比較表 表2

6 BIM+質(zhì)量與安全管理平臺

建筑工程的質(zhì)量和安全生產(chǎn)直接關(guān)系到建筑勞動者的生命安全，與廣大百姓的切身利益息息相關(guān)。尤其是醫(yī)院建筑，是人口密集的公共活動場所。如果發(fā)生重大質(zhì)量安全事故，不但會造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，而且會直接影響社會秩序的穩(wěn)定。應(yīng)用BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)、移動終端設(shè)備技術(shù)等現(xiàn)代管理手段，搭建BIM+安全與質(zhì)量管理平臺，建立完善的工程質(zhì)量安全監(jiān)管體系，推動良好的工程質(zhì)量安全體系的形成，產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

工程中通常由建設(shè)方、施工方和監(jiān)理方對項目質(zhì)量進行管理控制，根據(jù)相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和政策法規(guī)進一步編制工程質(zhì)量控制計劃，對現(xiàn)場施工進行自我檢查評定。傳統(tǒng)質(zhì)量管理存在著信息化程度低、信息共享與協(xié)同工作較難進行，易形成信息孤島、不具有可視化的特點。傳統(tǒng)施工質(zhì)量管理施工過程中，施工人員專業(yè)技術(shù)差、材料使用不規(guī)范、不按設(shè)計或規(guī)范進行施工、不能準(zhǔn)確預(yù)制完工后的質(zhì)量效果、各個專業(yè)工種相互影響等問題都會對工程質(zhì)量造成一定的影響。

BIM+質(zhì)量管理平臺，基于BIM+4D、BIM+5D施工模擬，協(xié)同并對關(guān)鍵施工工序的BIM模擬、BIM技術(shù)交底，確保施工質(zhì)量。基于BIM云平臺進行原材料質(zhì)量管理，進場材料的合格證、檢驗試驗報告、現(xiàn)場照片等資料能與BIM模型中的構(gòu)件材料屬性對應(yīng)，對進場材料的數(shù)量、質(zhì)量、生產(chǎn)廠商等諸多信息，可集成管理，具有實時跟蹤管理的可操作性。

在九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓工程項目中，利用BIM技術(shù)對主體結(jié)構(gòu)進行可視化模擬。該方法以參數(shù)化三維模型為核心，原理為盡可能將結(jié)構(gòu)圖紙中剪力墻，框架柱，梁，板等構(gòu)件位置相互沖突以及平面與詳圖相互矛盾，同時使施工方全過程(方案、交底、建造、成本)的信息保持一致。例如，九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓的頂層樓梯結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，由于頂層大會議室的功能實現(xiàn)和貴賓室的通道設(shè)置，對樓梯結(jié)構(gòu)進行了深化設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，既保證了建筑的消防疏散、人流暢通，又實現(xiàn)了貴賓室的獨立通道。

6.2 BIM+安全管理

在傳統(tǒng)的質(zhì)量安全問題上，現(xiàn)場管理人員、監(jiān)理人員通過定期檢查，以文字或頭腦記憶的方式記錄質(zhì)量問題，再以質(zhì)量安全周報/月報的形式存檔。往往不能及時有效地進行記錄，存在很多疏漏，管理人員之間難以形成流程化的信息共享。沒有數(shù)據(jù)支撐的質(zhì)量安全管理，不能達到預(yù)防的目的。主要存在監(jiān)控不到位，體系不完善；場地狹小，協(xié)調(diào)困難；對于安全教育的培訓(xùn)和投入力度不足；企業(yè)重生產(chǎn)，輕安全等問題。

BIM+安全管理平臺，運用BIM三維模型與BIM-4D施工模擬進行不同階段施工管理。采用安全巡查-整改通知-現(xiàn)場整改-整改復(fù)查-復(fù)查合格形式進行，責(zé)任具體到個人。運用WEBGL技術(shù)實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)模型的在線預(yù)覽及人機交互，安全問題巡查整改與風(fēng)險源監(jiān)控至智慧管理平臺中。

采用24小時無死角視頻監(jiān)控，監(jiān)測現(xiàn)場安全。利用VR技術(shù)，對勞務(wù)工人進行有效的現(xiàn)場安全體驗教育，通過漫游場景，讓勞務(wù)工人體會現(xiàn)場施工的各種風(fēng)險，增強安全意識。

BIM技術(shù)在施工階段的安全管理中主要通過模擬施工場地，結(jié)合進度合理規(guī)劃布局施工現(xiàn)場，虛擬施工過程，檢測施工過程中的墜落、碰撞等安全隱患，優(yōu)化施工方案，結(jié)合模型進行可視化的施工動態(tài)安全管理。

由于九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓建設(shè)項目具有場地小、高度大、施工工藝復(fù)雜、工程量大、工期緊、交叉作業(yè)頻繁等特點，安全管理工作面臨較大的挑戰(zhàn)。在施工過程中存在很多安全隱患，易誘發(fā)高層建筑施工安全事故。因此，基于本工程全程運用BIM施工，施工中BIM技術(shù)對施工安全管理的影響，可以發(fā)現(xiàn)基于危險源識別、動態(tài)施工模擬、安全檢查、安全教育培訓(xùn)、施工安全計劃的優(yōu)化為主要流程的基于BIM的建筑施工安全管理模型能大大提高建筑施工安全管理的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)由被動管理向主動管理的轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)在建筑施工之前對安全事故的預(yù)警，最終降低安全事故發(fā)生的風(fēng)險，提高高層建設(shè)項目的安全管理水平。

7 BIM+材料管理平臺

準(zhǔn)確的材料計劃是材料管理的基本前提。開工前做一個整體性計劃，可以以投標(biāo)時施工圖預(yù)算中匯總的材料用量為基礎(chǔ)向企業(yè)的材料采購部門提出，作為今后備料的依據(jù)，現(xiàn)可根據(jù)BIM系統(tǒng)的模型建立來制定更加詳細的材料計劃。進入施工階段，根據(jù)施工的進度，提出供料的月度計劃。

BIM+材料管理平臺，在BIM-4D施工模擬的基礎(chǔ)上，編制整體、月度、周計劃，控制材料的設(shè)計、采購與收發(fā)、使用的數(shù)量與時間，使材料的供應(yīng)能夠達到實時且供需平衡的標(biāo)準(zhǔn)，以確保工程依項目計劃進行。其中包括材料的計劃管理、采購管控、進場驗收、自檢與復(fù)檢，儲存與保管、領(lǐng)用與發(fā)放、使用的監(jiān)督、回收及周轉(zhuǎn)材料的現(xiàn)場管理，以及有毒有害材料的使用與回收。基于BIM綜合管控云平臺的信息集成，材料管理的目標(biāo)是將合同范圍內(nèi)所有質(zhì)量合格的材料適時、適量、適質(zhì)、適地地提供給材料的使用者，以此來達到降低工程成本、保證工程進度，節(jié)能減排的目的。

8 BIM+竣工驗收管理平臺

8.1 竣工階段BIM應(yīng)用

竣工階段是建設(shè)方向運維管理部門移交建筑產(chǎn)品的階段，傳統(tǒng)的項目竣工驗收只能根據(jù)二維圖紙對工程進行驗收，具有局限性。而結(jié)合BIM技術(shù)對項目進行竣工驗收，一方面可以結(jié)合模型對項目質(zhì)量、造價、進度進行更好的驗收和結(jié)算；另一方面可以建立竣工模型，為之后的建立運營、使用模型提供支撐。基于BIM的建設(shè)方項目管理團隊除了向運維管理部門移交常規(guī)的竣工圖紙外，還能提供一份信息完備的BIM竣工模型。本項目通過對BIM模型和現(xiàn)場情況進行校對的動態(tài)管理方式，確認修改項目的落實情況。實現(xiàn)了交叉比對，BIM模型與現(xiàn)實建筑的同步施工，保障了后期交付竣工模型的質(zhì)量。

8.2 竣工結(jié)算

竣工結(jié)算是由施工單位造價管理部門編制，作為建設(shè)單位和施工單位核對和結(jié)算工程價款的依據(jù)，是醫(yī)院造價管理員編制竣工決算的重要資料。在竣工結(jié)算過程中，通過BIM工程量分析，控制工程造價。通過構(gòu)建樁基竣工模型，對九江第一人民醫(yī)院新建綜合大樓項目167根實際竣工的工程樁的樁號、樁長、樁標(biāo)高信息及樁位偏差等主要信息進行了竣工核驗與工程信息錄入，以便后期查閱。同時運用算量軟件對樁基工程進行了BIM模型算量，所獲得的算量結(jié)果與投資監(jiān)理提供的該標(biāo)段樁基工程預(yù)算工程量進行了對比，誤差在3%之內(nèi)，結(jié)合該工程綜合單價得出BIM工程造價為樁基工程竣工結(jié)算提供參考與支撐。

9 總結(jié)

BIM+智慧工地管理平臺，主要是運用數(shù)字信息和人工管理等技術(shù)，從建筑的設(shè)計、施工、維護和運行等階段，實現(xiàn)精細化管理，提高資源利用率，實現(xiàn)綠色節(jié)能，優(yōu)化組織機構(gòu)和管理模式，進而加強與業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位和施工單位之間的協(xié)同施工，減少浪費，促進工程項目施工向著信息化、精細化、標(biāo)準(zhǔn)化和綠色化方向發(fā)展。