BIM 技術在航道整治項目目標動態控制中的應用

薛 佳，楊 杰，何 翔

(1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430060；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002)

航道整治工程作為交通運輸基礎設施工程，具有投資大、參與單位多、受季節影響大等特點，容易造成工程建設過程中自然環境多變、建設外協環境復雜、組織機構之間信息共享和傳遞困難等問題。為此，筆者研究提出在航道整治工程運用BIM 技術進行項目目標動態控制，以便在施工組織與安排中根據環境變化進行必要的動態調整，確保工程建設目標實現[1]。利用BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術在信息化方面的優勢，通過將真實的進度、質量和投資信息與構件級模型關聯，既可以確保工程建設過程中信息傳遞的實時性、準確性及完整性，打破航道整治工程建設環節之間的信息壁壘，又能以科學合理的數據分析，對照項目目標值進行動態施工狀態評價，將施工狀態進行BIM 可視化展示，為動態控制決策提供科學、必要的技術保障。

1 應用背景

1.1 項目目標動態控制在航道整治工程管理中的應用現狀

經過多年的工程實踐，人們逐漸意識到航道整治工程的特殊性，其工程治理必須堅持因勢利導，結合環境變化情況，對建設方案及管理措施進行動態調整，以確保工程效果。目前，項目目標動態控制已經成為航道整治工程的重要管理模式。同時，隨著信息技術的發展，傳統資料的匯總和查詢工作效率低，難以對大量的工程資料進行統計和分析，在航道整治工程中需要一個可實現資料直觀展示、高效查詢和共享的信息系統以輔助開展項目目標動態控制。

1.2 BIM 在航道整治工程的應用現狀

近年來，國內水運行業已經開始嘗試將BIM技術應用到港口碼頭的設計、施工和運行維護管理中[2]，BIM 技術在航道整治工程的研究應用也越來越多。何洋等[3]在黑沙洲航道整治二期工程應用BIM 技術解決了施工實施及管理的問題；李國杰等[4]針對航道整治工程BIM 技術應用問題，研究航道整治工程全生命期的BIM 技術路線和關鍵技術；董思遠等[5]依托山東某內河航道工程探索BIM 技術在設計中的應用，取得了較好的工程效果。總體來說，與建筑行業相比，BIM 在航道整治工程的應用相對滯后，但可以借鑒建筑領域的經驗而具備了后發優勢及超越的潛力[6]。

2 項目目標動態控制介紹

2.1 項目目標動態控制方法

在工程建設過程中，進度、質量和投資作為建筑工程項目管理的3 大核心目標，貫穿工程建設全過程，三者之間相互關聯、相互影響、相互作用，共同形成一個辨證的統一體[7]。在傳統項目管理中，當進度控制目標要求過高時，在工程投資投入不變的情況下，往往造成施工質量的下降。要保證質量管理目標不變，就難以避免工程投資的增加。在項目管理實踐中，以最短的工期和最低的投資實現最高的工程質量成為項目目標控制的理想狀態[8]。項目目標動態控制是定期將現場實際參數與項目目標參數進行對比分析，根據反饋信息制定出科學、合理、可行的項目目標控制決策，保證優化后的進度、質量和投資實際參數與目標參數的差值在允許偏差范圍內[9]。流程如圖1 所示。

圖1 項目目標動態控制流程

2.2 項目目標動態控制在航道整治工程的意義

航道整治工程同時具備復雜多變性、時效性和時限性等特征，致使項目管理需要實施全過程的目標動態控制。由于河床演變屬于自然規律，無法定量計算，航道整治工程設計只能對河道變化進行定性預測，因此需要按照河道情況對設計方案進行必要的優化；長江水文條件復雜，實際工程施工前還須結合水位情況對施工方案進行優化；航道整治工程施工受季節性限制較為嚴重，如某項工程只能在枯水期施工，施工內容就需要在一個枯水期內全部完成，而尚未完成的部位就面臨汛期水流的沖刷。這些變化因素都會導致實際與項目管理目標產生較大的偏差。項目目標實施動態控制可以通過對航道整治工程進行狀態評價和對比分析，及時發現偏差問題，針對性地調整方案，確保工程建設目標的順利實現。

2.3 BIM 在項目目標動態控制中的作用

BIM 可應用于項目目標動態控制各個環節，從目標制定、實際參數采集、對比分析、信息反饋、調整決策直至實現工程建設目標。項目目標動態控制通常是以周期性控制，控制周期一般按照工程項目管理實際情況而定。利用BIM 技術，可以跟蹤工程建設的整個過程，將每個環節的信息進行高度的共享和應用，三維可視化地展示實際與計劃值的對比結果，對當前目標執行情況進行分析，實現對項目目標全過程的精細化動態控制。

1)在目標制定階段，可將構件級模型與費用、進度計劃相關聯，通過BIM 5D 對工程項目計劃目標進行充分的分析和模擬，確保工程項目目標制定的科學性和可行性。

2)在實際參數采集階段，利用BIM＋GIS、云計算、物聯網、移動通信等技術構建移動互聯的云平臺，現場施工和項目管理者可以隨時通過移動設備進行實際參數采集和審核，簡化了工作流程，提高了溝通效率。同時，利用BIM 技術的可視化實現對現場采集數據的校核，消除現場數據弄虛作假的可能性，保證工程建設信息的完整性和真實性。

3)在對比分析階段，通過云平臺將構件級模型與現場采集的工程信息相關聯，通過云服務進行高效、快速的計算分析，按照項目目標動態管理公式進行貫通分析和數據校核，從而實現目標狀態異常的分析與識別。

4)在信息反饋階段，依托BIM 構建的信息化平臺將項目目標動態分析結果直接推送至相關負責人，縮短參建單位之間的溝通協調時間，避免人為干擾，確保信息傳遞的真實性和及時性。

5)在調整決策階段，將優化后的項目目標和方案與構件級模型結合，通過三維模型預覽調整后的項目目標偏差狀態，可以幫助項目管理者快速確定優化方案的可行性，提高項目管理決策效率。

2.4 基于BIM 的項目目標動態控制工作流程

為達到項目目標動態控制和BIM 技術的深度融合，實現目標動態控制過程的實時性和可視化，為項目目標管理提供科學可靠的決策依據，針對工程進度、質量、投資三大管理目標構建了基于BIM 的項目目標動態控制工作流程，如圖2 所示。

圖2 基于BIM 的項目目標動態控制工作流程

3 工程案例

3.1 工程概況

長江干線武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程上起天興洲長江大橋、下迄安慶皖河口，全長約386.5 km(圖3)。航道建設等級為一級，主要對湖廣至羅湖洲、沙洲、戴家洲、鯉魚山、張家洲、馬當、東流等7 個礙航灘段進行系統整治。項目總投資37 億元，建設工期42 個月。基于工程實際情況和項目管理業務需求，通過BIM 技術將現場真實的進度、質量和投資信息與構件級模型關聯，實現對本項目目標全過程的精細化動態控制。

圖3 武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程總平面布置

3.2 基于BIM 的航道整治工程項目目標動態控制

3.2.1 進度目標動態控制

基于BIM 的進度目標動態控制，是將構件級模型與進度計劃相關聯，利用移動端在施工現場采集每日進度信息，利用BIM 模型進行計劃與實際進度對比，形成三維可視化的進度狀態分析圖，使管理人員清晰地了解進度執行情況和偏差部位，以作出及時的調整。同時，可將進度狀態分析圖與實際現場情況對比，對現場采集數據的準確性進行驗證，保證工程建設過程信息的真實性和有效性(圖4)。

圖4 基于BIM 的項目進度目標動態控制

3.2.2 質量目標動態控制

通過整理航道整治工程質量問題類型，將發生頻率低的質量問題類型設定為隨機抽查，將發生頻率高的質量問題列為必查項目，并設定了目標控制值，將每種質量問題類型與構件級模型關聯，通過現場數據的實時采集與對比，根據質量問題位置和類型，動態調整質量目標計劃和方案，實現有重點的質量監督管理，保證了工程施工質量(圖5)。

圖5 基于BIM 的質量目標動態管理

3.2.3 投資目標動態控制

結合工程投資計劃和工程量清單，將投資目標進行分解，并與已分解至最小施工單元的構件級模型關聯，在每一期工程計量活動中，可以依托BIM 模型進行當期計量數據與現場實際完成情況的校驗，確保工程控制投資基本數據的準確性。同時，項目管理者可以通過三維可視化的BIM 模型，隨時了解工程投資實際情況以及計劃與實際投資完成情況的實時對比分析(圖6)。根據偏差情況，對項目進度、質量和投資計劃進行綜合優化，確保工程建設目標任務圓滿完成。

圖6 基于BIM 的項目投資目標動態控制

4 結論

1)利用BIM 信息化優勢，實現工程建設全過程信息的連續性存儲以及工程建設信息的直觀展示、高效查詢和共享。基于BIM 的航道整治工程項目目標控制可以確保工程建設信息的實時性、真實性及完整性，為項目動態決策提供科學、必要的技術保障。

2)航道整治工程項目目標動態控制需要多方參與，綜合利用BIM＋GIS、云計算、物聯網、移動通信等技術，隨時采集現場信息，實現工程建設信息及時共享，使決策者直面現場，簡化項目動態控制程序，提高決策效率。

3)依托長江干線武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程，將構件級模型與工程進度、質量和投資信息關聯，通過三維可視化的效果，既能展示當前進度、質量、投資執行情況，也可以清晰反映項目目標動態控制的全過程。