基于BIM“云”的項目全過程管理創新及應用

[關鍵詞] BIM云平臺;建筑業信息化;項目成本一體化

河北建投水務環境工程有限公司成立于2013年9月30日，注冊資金10000萬元，擁有河北省實力最強、資金最雄厚的國有投資平臺河北建設投資集團的支持，系河北建投水務投資有限公司全資子公司，公司商業合作模式靈活，可為客戶提供不同的定制化服務。目前公司擁有市政工程設計、市政工程總承包、房屋建筑施工總承包、環保工程專業承包、工程咨詢等多項企業資質。公司下設8個職能管理部門，設計、咨詢、非開挖、造價等8個分公司，1個控股子公司和2個參股子公司。公司已全面通過ISO9001質量管理、ISO14001環境管理、OSAS18001職業健康安全和GBT/50430質量管理規范標準體系認證。2019年公司完成銷售收入40348萬元，利潤總額3612萬元，資產總額66818萬元，納稅總額1149.39萬元，所有者權益13719萬元。

公司成立以來，業務范圍不斷擴大，企業效益逐年提高，公司業務從起初的城市供水、污水處理逐漸向工業與能源水處理、城市水環境修復、長輸管網、二供與直飲水、智慧水務等領域延伸，可開展相關項目咨詢、工程設計、技術集成、環保設備銷售、建設施工、運營維護等工作。公司以“冀匠治澤、益達四海”為發展愿景，秉承“勤勉、善謀、固本、求變”的企業精神，先后承攬了省內多個地表水廠和污水處理廠的建設和多項長輸及市政管網的建設維護工程，開展了電廠廢水零排放集成技術研究及示范工程建設，同時承擔著省內多個火電廠水處理系統的運行維護工作。公司先后完成了“超濾膜短流程水處理工藝技術的研究與應用”等多項科技成果，多次獲得科技進步獎，形成了自有的科技和工藝技術體系。

一、實施背景

（一）公司信息化發展的需要

住建部于《2011-2015建筑業信息化發展綱要》中表明：全面推進BIM技術在建設項目設計、施工階段的廣泛應用，促進BIM技術發展，并將其作為建筑行業信息化推廣的重點，將4D管理模式運用于目前大型復雜化建筑項目施工進程當中，實現建筑工程可視化管理。BIM技術促進建筑產業現代化高層論壇強調建筑產業現代化和BIM技術的推廣應用是我國建筑業發展和改革的重要任務和目標，是推進建筑業信息化的重要手段，為產業鏈貫通、工業化建造提供技術保障。

（二）打造智慧化工程需要

通過應用BIM建模技術，搭建BIM云平臺，實現BIM技術在三維交底系統、勞務實名制系統、安全管理系統、質量管理系統、物聯網管理系統等方面的應用，使項目現場的施工和管理趨向于智能化，打造智慧工程。

（三）項目精細化管理的需要

公司實行項目成本一體化管理，通過BIM云平臺的搭建，在成本管控、合同管理、項目投標、招標采購、結算管控、考核評價等全業務流程規范工程項目經濟活動，不斷強化二次經營，努力實現降本、增效、創收，使我們的項目管理更為合理有效，實現項目建設的總體利益目標。

（四）項目多目標協同管理需要

工期、質量、成本是貫穿工程項目全過程的三大主要控制目標，三大目標能否協同一致的進行才是項目成功的關鍵，在此目標的驅使之下，實現工程項目的工期最短、成本最小，質量最優是必不可少的工作。運用BIM建模技術可以有效提高對工程的質量、進度、成本的管控力度，達到項目多目標協同管理。

二、主要做法

BIM建筑信息模型，通過數字信息仿真模擬的參數化模型整合建筑物的所有信息，不僅包括幾何形狀信息，還包含大量非幾何信息。在項目策劃、設計和施工過程中，各種建筑信息可在各專業之間進行共享和傳遞，使工程人員準確理解并做出高效應對，為設計團隊以及建筑運營單位提供各方協同工作的基礎，從而達到提高項目設計、施工、運營及維護的效率以及工程質量的目的。

對于設計階段來講，應用BIM的直接好處就是設計可視化，以及由此帶來溝通便捷、高效。施工階段如果很好的利用和深化BIM模型，能夠事先在計算機里模擬建造過程，提前發現各種沖突和錯誤，這也是當前應用BIM技術的最大動力。最終我們把設計階段、施工階段的所有信息整合在一起的模型，就為我們運營維護帶來了各種可能性，從而實現工程建設全生命周期的資料統一化、數字化。

其實項目前期策劃階段對整個建筑工程項目的影響是很大的。前期策劃做得好，隨后進行的設計、施工就會進展順利;而前期策劃做得不好，將會對后續各個工程階段造成不良的影響。項目的前期應用BIM，使項目所有利益相關者能夠早一點在一起參與項目的前期策劃，讓每個參與方都可以及早發現各種問題并做好協調。比如在前期我們開展了現狀建模與模型維護、場地分析、土石方平衡計算、布置方案必選等，甚至于對于項目現狀拆遷、施工平整、建成后的各個階段都可以整合在一個模型里，模型沿時間跨度上進行了整合。

基于以下分析，我們認為BIM技術在水處理工程建設中具有廣闊的應用前景。

（一）水處理工程建設的現狀分析

水處理工程是特殊的建筑工程，具有以下特點：

（1）占地規模較大，處理工藝繁雜，構筑物種類繁多;

（2）構筑物的分布集中，涉及建筑、結構、管線、電氣設備等不同專業，各專業工序在空間上交叉分布、相互制約，施工難度特別大;

（3）構筑物結構多種多樣，形狀不規則，施工要求極高;

（4）對水動力學可行性要求特別高，對管線的敷設、預留洞口及預埋件的定位精度要求高，施工的難度大。

（二）水處理工程施工中存在的問題

1.設計與施工信息傳遞過程中的偏差

傳統水處理工程的設計工作都是以CAD為操作平臺，在信息的傳遞過程中，設計師的三維設計理念通過二維圖紙表達，施工方通過對二維圖紙的理解進行三維建筑的施工，在這個過程中，經歷了兩次二、三維信息的轉換，很容易出現設計師在二維設計時表達的偏差以及施工方對二維圖紙的理解偏差。

2.進度計劃的抽象性

傳統的施工進度計劃是通過網絡計劃圖實現的，該方法存在自身的局限性。首先，網絡計劃圖運算過程比較復雜，耗費大量時間，且非專業認識理解起來比較困。其次，通過網路計劃圖所表達的進度計劃相對比較抽象，不能將整個項目的規劃進度精確地表達出來。最后，使用傳統的施工進度管理工具，依靠經驗確定邏輯關系，準確性受到極大的限制。

3.建設過程管理不到位

首先是施工總體目標不明確，導致施工的盲目性。其次是沒有完善的施工計劃，導致工期的滯后。最后，人力、財力以及資源沒有得到合理的分配，導致施工過程浪費大、工期長、效率低等問題的產生，影響施工質量。

基于上述分析，我們認為集模型建立、圖紙生成、碰撞檢測、結構計算、綠建分析、施工模擬、算量造價、數據集成等為一體的BIM技術在水處理工程建設中具有較廣闊的應用前景。

（三）BIM建筑信息模型構建

1.“族的方法”參數化建模

“族的方法”就是根據自己的需要，通過自定義標準構件族的方式，構建系統族中不包含的構筑物形體，用于后續的模型構建中，是一種利用參數化定義構件的方法。通過對某自由形體的結構進行參數化定義，并將參數進行公式化關聯，使用某一個基礎參數改變時，其他參數可根據公式自動適應，滿足設計要求。

2.構筑物拆分建模

將較為復雜的水處理構筑物，拆分成簡單功能單體或結構單體，分別對單體進行參數化建模，最后進行拼接，形成完整的構筑物。對于重復使用率高的單體結構，運用上述“族的方法”參數化設置，可在不同項目中重復使用。

3.模型構建

（1）建模準備

第一，項目樣板

在Revit軟件中，新建項目時，Revit會提示進行樣板選擇，與族樣板相同，項目樣板文件也是一個系統文件，定義了新建項目默認的初始參數，例如項目默認的度量單位、層數的設置、層高信息、線性設置等，為設計提供了便利，選擇合適的樣板文件能大大提高建模效率。

第二，標高和軸網

根據Revit基本設計流程，在項目創建之前需要設置標高和軸網。標高、軸網是對建筑構件在剖面視圖和平面視圖進行定位的重要依據，因此建立合適的標高、軸網能有助于建模的順利進行。由于水處理構筑物的單體相互獨立，因此可針對不同結構單體設置不同標高，以方便模型的構建。

第三，二維圖紙調入

以二維圖紙為基礎進行建模，可在Revit中載入二維圖紙，進行平面視圖的定位。由于污水處理構筑物內部結構較復雜，因此平面圖、剖面圖信息量較大，建模過程需在個各標高平面視圖上進行切換定位，可將各標高的二維平面圖分別載入到個平面視圖中，避免因已繪制的部分結構將圖紙遮住而無法定位該位置其他標高上的結構。

（2）基本模型的創建

第一，建筑結構創建

上述拆分建模中提到，拆分后可重復使用的單體，使用Revit系統中的族進行參數化建模，對于可復用性不高的結構，在Revit項目中直接完成。Revit中提供了關于墻、梁、柱、門、板、樓梯等工具，可根據平面圖直接繪制。創建模型對象時，需要先定義對象的構造類型屬性，包括結構的厚度、作法、材質組成等，然后使用“基本墻”命令在二維圖紙的基礎是進行繪制，通過修改墻的高度及上下參照標高確定其空間高度。

第二，異形結構創建

水處理構筑物結構形式多樣、異形結構量大，部分結構運用Revit系統自帶的基本工具無法完成。在項目中創建的概念體量僅可應用于當前的項目中，而在概念體量組編輯器中創建的概念體量族可以像其他族文件一樣，載入到不同的項目中。

第三，給排水管道創建

在建設項目管道設計時，可通過專有視圖對進行構件的放置與查看。在管道系統中，由于構件是特定高度放置的，因此，創建的專有視圖制定需具備能為構件制定適當試圖范圍和規程的在項目空間中的功能要求。

管件族也是一個系列族，管道的管徑是管件族的主要參數，隨管徑的變化而變化。在前文中提到的法蘭閥族，作為管路附件插入時，軟件自動提取管徑信息，法蘭的各部分尺寸也隨之改變，以匹配管道尺寸。專業設備族中也包含了大量的技術參數信息，這些信息被定義后可被系統計算提取分析。

第四，裝飾裝修工程

對已完成的建構筑物進行排磚、外墻飾面、預留預埋等工程的三維建模，完成水廠的裝飾裝修工程，使水廠建模更加完整美觀。

（四）BIM技術在工程建設中的應用

BIM在施工階段可以有如下多個方面的應用：三維協調、管線綜合、碰撞檢查、深化設計、場地使用規劃、施工系統設計、施工進度模擬、施工組織模擬、數字化建造、施工質量與進度監控、物料跟蹤等。

1.碰撞檢查

所謂碰撞檢查，就是在施工前，根據圖紙對設計進行檢查，以確定構件在空間位置上的分布的可行性，并對可能發生沖突的部位進行審核、修訂的過程。根據碰撞的性質不同，

通過對各專業設計整合后的綜合模型的審查，發現設計中隱藏的未被發現的問題，并進行修改，為項目施工提供一個最優化的施工模型。利用BIM技術的碰撞檢查功能和BIM WORKS 軟件平臺，可實現對多專業BIM模型進行三維空間碰撞檢查，可以發現空間與空間、空間與時間之間是否沖突，通過對構筑物各個專業信息模型加以整合，識別出管線、設備、構件之間的碰撞點，便于我們第一時間發現和解決設計及施工問題。與傳統的相比，BIM的優勢體現在：

（1）利用BIM技術所提供的應用平臺，可將項目包含的各專業的設計模型整合到同一個模型中，可以進行各專業自身以及專業間的碰撞檢查，并形成檢查報告，可根據報告中的錯位信息進行直接修改。由于模型是建筑物真實的表達，無論是尺寸還是空間位置都與實際建筑相同，能夠展示二維圖紙中不能展示的一系列問題。

（2）在模型中通過明確標注的管線定位標高，可直觀準確的看到管線的分布情況，且在模型構建時，系統將對單個專業內的模型碰撞問題進行提示，減少了修改工作量。

（3）使用BIM技術進行碰撞檢測，可以徹底地檢測各專業的沖突問題，基本可消除所有碰撞，還可以通過碰撞檢測修改過后的圖形進行施工交底、模擬。

2.三維技術交底

設計院傳統的出圖方式是以二維圖紙為媒介來表達建筑物（構筑物）的布置和結構形式，對于工藝先進、系統復雜的水廠，對施工單位的綜合能力要求較高，再加上工期較緊，工程量大，識圖難度也較大。然而，利用BIM技術可以將傳統的二維圖紙轉化為三維模型，對于二維圖紙上難以詳細表達或較為抽象的地方，都可以用三維模型以360°的角度進行展示。

同時，BIM還可以在任意位置進行剖切，有助于施工人員更好地了解構（建）筑物復雜節點處的構造和連接方法，真正實現了多視角、可視化施工技術交底，方便施工單位編制施工計劃，保證施工組織和施工方案的合理性。

3.虛擬施工進度

基于BIM建筑信息模型進行的施工進度模擬，可以實現施工過程的可視化管理，進而對已有的施工方案進行驗證、優化操作，對施工方案進行實時、逼真和交互的模擬，根據施工階段性目標不斷更新完善。

虛擬施工進度可以實現在施工之前將施工過程進行演示，可以通過演示的施工過程發現施工進度中存在的問題，并進行及時的修改，避免實際施工中才發現問題，造成工程的變更及返工現象。也可制定不同進度計劃，通過虛擬施工，選出較優方案，通過對進度計劃的修改從而制定最佳施工方案，對施工過程進行有效的指導。

4.施工預警和設計優化

在傳統的項目施工管理中，技術人員只有深入施工現場認真研究圖紙后，才能在腦海里大致形成項目的空間結構、管線走向及設備布置等，遇到空間復雜、管線眾多的更是難以形成立體空間布局，只有當現場施工完成后才會發現某些構件布局不合理、待優化之處，但已為時已晚。利用BIM技術可以很好地解決這一問題，它將以往的線條式構件形成一種三維的立體實物圖形展示在我們面前，構件位置、與周圍空間的關系一目了然，方便及時對構件的走向和高度進行調整。

5.施工動態模擬

通過BIM建模可直觀地提前發現施工中存在的問題，在進行場地布置前，為避免出現二次搬運及施工工作面不足的情況，需要對現場料和設備的進場路線以及堆放區進行模擬布置，對于不滿足設備進場安裝條件的土建狀況進行分析，及時調整優化設備安裝計劃及施工方案。

6.施工成本管理

BIM技術所創建的參數化的模型，在建模的同時通過大量參數對各個構件結構進行約束，如構件的尺寸、型號和材料等，且每個模型都是通過BIM技術在可視化的環境中進行反復修改、優化的成果，因此，利用BIM技術能有效的提高材料、設備的統計的準確率。

Revit軟件自帶工程量計算功能，對于統計個數工程量，只要模型中表達準確就能進行統計，而對于以面積、體積、質量為統計單位的工程量，則需要用戶在建模過程進行相關參數的設置，即可在工程量統計中直接提取，形成單獨的明細表。利用建筑信息模型，也可直接導出工程預算和物資計劃數據表，避免了傳統手工算量方式中根據平面圖紙按比例測算、分步累加的不足，保證了計算的準確性，提高了工作效率。

7.設備信息查詢

BIM模型包含了完整的設計、建造和運營信息，我們按需對設備、管道等的基礎資料進行查詢，比如選中三維視圖中的某個閥門，平臺自動檢索出該閥門的生產廠家、安裝時間、備品備件等信息;同時我們可以對設備的信息進行更改和更新，比如增加一條檢修記錄，數據庫會自動同步，保證平臺信息的即時性和有效性。

除了基本的設備信息之外，還可以將設計、施工、安裝過程中相關技術文檔與工程實體關聯，讓相關的信息和資料都通過三維模型建立聯系，避免工程資料的分散存儲、查找不便。

8.實現無紙化管理目標

施工資料及設備資料數量非常龐大，在施工管理過程中，BIM人員將重要的設計圖紙、變更通知、工程簽證、工作聯系單、檢驗批驗收記錄、施工方案等施工過程資料上傳到BIM系統中，并將模型與相關資料進行關聯，可隨時全方位地查看構筑物的相關信息，實現資料的協調管理，最終逐步達到“無紙化”管理目標。

三、實施成效

隨著對BIM技術的深入應用，達到了為企業增效的目標，提升了企業的管理水平，增強了企業競爭力的同時，實現了經濟效益和社會效益雙贏，為企業長期發展打下了堅實基礎。

（一）企業經營管理水平和工作效率全面提升

隨著BIM技術在公司項目建設中的逐步實施和推廣，對工程建設控制指標與企業經營管理指標產生正向顯著影響，工期工序得到優化，各項交底更加精細，溝通效率極大增強，成本控制效能顯著，企業服務水平得到明顯提升，企業社會形象大跨步提高。

一是設計階段：最基本的設計優化就是對各專業的模型進行協調整合、檢查沖突。BIM的三維特性和可視化特性，可以很方便的進行各專業間的設計協調。比如建筑結構和工藝管道設備間的沖突檢查，都可以出具詳細的報告。

二是施工階段：施工的工序搭接、進度安排、資源調度安排等往往存在眾多矛盾，施工單位通過BIM模型可在項目施工之前預先模擬項目施工過程，提前將可能出現的問題找出并加以解決，保證項目的順利進行，保證工期的同時也節約了返工等帶來的不必要成本。

三是水廠運維：基于高精度的模型制作，良好的模型渲染效果，做到水廠可視化，通過設備編號反向定位設備位置，快速視角切換，實現模型與數據庫雙向關聯，對水廠的運行維護提供更加全面的信息，給業主單位提供更好的增值服。

（二）消除信息孤島和信息傳遞障礙

BIM真正的價值在于消除信息孤島，消除工程參與方的信息傳遞障礙。設計的協同建模還只是在設計院內部的協同，基于BIM工作應用流程，構建協同平臺，有助于業主、設計、施工真正的在一個平臺上工作，在各自的權限內對項目進度進行管理，對項目狀態進行監控，對人員權限進行控制，以及對項目建設過程中的各種流程進行數字化管理。切實實現項目管理由粗放式管理向科學化管理的轉變，促進了項目整體管理水平的提高。

（三）公司服務水平和企業社會形象得到提升

通過BIM技術應用，更加生動直觀的了解各建筑方案，快速計算出各種方案對應的投資估算成本，這將有助于公司選擇最優的方案，進行最有效的決策，使得公司在為業主服務方面提供了更為優質體驗，對于提升企業經營管理水平，實現資源共享和降低運營管理成本具有十分重要的促進作用。實現管理水平、經濟效益、服務水平、社會形象全面提升的企業發展目的，為企業可持續性快速健康發展奠定了良好基礎。

（四）工程管理效率及水平得到提升

運用BIM技術對工程項目進行建模，使工程整體更加直觀準確的呈現在了建設管理者面前，使原本數字化的工程形象進度更加直觀的展現在了企業高層管理者面前，并且能夠實時掌握準確的工程進度，使管理效率和水平得到了提高。

四、創新點

（1）施工場地規劃、施工方案模擬，利用BIM協同平臺進行多專業協同進行設計施工深化。

（2）通過應用BIM建模技術，實現BIM技術在三維交底系統、勞務實名制系統、安全管理系統、質量管理系統、物聯網管理系統等方面的應用，使項目現場的施工和管理趨向于智能化，實現智慧工地。

（3）結合廣聯達等工程軟件進行工程量計算、實現現場信息二維碼，通過BIM協同機制建立和完善水廠深化設計模型，指導施工全過程管理。

（4）水廠運維：基于高精度的模型制作，良好的模型渲染效果，做到水廠可視化，通過設備編號反向定位設備位置，快速視角切換，實現模型與數據庫雙向關聯，以期對水廠的運行維護提供更加全面的信息，給業主單位提供更好的增值服務。

（5）打造數字孿生建筑，做到建筑物信息的精準映射：通過BIM技術實現對建筑物的全面數字化建模，以及對建筑物運行狀態的充分感知、動態監測，形成虛擬建筑在信息維度上對實體建筑的精準信息表達和映射。

五、展望與探討

（1）BIM“云”技術的使用。同BIM技術是建筑領域信息化熱點一樣，“云”技術也是互聯網通信領域的一個新理念，基于“云”計算的BIM技術應用研究也將成為建筑領域的新熱點。在“云”計算模式下的BIM平臺中，建筑過程中各專業人員可以實現信息共享和協同工作，“云”BIM技術無疑將給施工單位各類人員之間交流帶來便利。

（2）BIM理念強調模型信息從建筑全生命周期設計階段向施工階段的不斷流轉，這其中涉及到設計方的著作權等法律問題。這些問題造成了BIM技術很難在設計、施工兩個環節當中順利連通，阻礙了BIM技術在施工階段的應用。

六、附表

（1）利用BIM技術，建立深化設計模型，優化施工圖紙，協助施工流程的管理，包括施工動員、采購、工程排序、成本控制與現金使用分析、材料訂購和交付，以及構件制造與裝設等，模型中也包含了詳細的對象信息，在施工時對材料的信息及數量進行校對，減少資源浪費，節約成本，提升工作效率。

（2）及時地發現設計圖紙中問題，避免返工的出現，節約了大量人力、材料、機械及時間成本，減少了資源的浪費，提升了工作效率。目前一個試點項目通過建模，初步發現某水廠設計圖紙問題50處，預計為公司節約成本95萬元。

（3）以實際工程項目為試點，通過BIM建模，培養一批掌握BIM技術的人才，形成公司BIM團隊，為建立BIM工程師體系打好基礎，樹立高新技術企業形象，并逐步實現為外部提供技術咨詢服務。