基于BIM的地鐵施工設備物資精細化管理系統*

張 楠，何 敏，孫有恒，郭雪卿，胡振中

(1.中鐵建華南建設有限公司，廣東 廣州 511400； 2.廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000；3.清華大學深圳國際研究生院，廣東 深圳 518055)

0 引言

大型工程項目建設過程中，設備物資種類繁多，成本占比較大，實現高效、數字化的設備物資管理往往是工程管理重中之重，也是精細化管理的關鍵。近年來，面對城市人口不斷增長的壓力，為解決城市公共交通運輸問題，地下軌道交通進入蓬勃發展階段[1]。由于地鐵項目建設規模較大、涉及專業眾多、施工工況復雜且施工順序頻繁變更[2]，導致地鐵工程設備物資管理更加困難。通常情況下，物料在大型工程項目中的成本占比≥50%，因此設備物資管理是地鐵項目成本管理的重要環節[3]。

地鐵項目建設過程涉及土建、機電等多領域協同施工，導致物料種類繁多[4]，傳統人工填表錄入方式不僅效率極低且易出錯，造成工期延誤或物料數量不符合生產要求等問題。因此，本文通過引入BIM (building information modeling) 技術實現設備物資計劃管控，提高物料管理準確率和效率，以保證工程項目正常運轉。

1 設備物資精細化管理方法研究現狀

1.1 BIM技術

BIM技術即建筑信息模型，該技術的載體是建筑模型，可收集和處理建設項目各種信息與真實數據，并通過可視化的應用指導相關建設項目施工和設計管理。該技術主要應用于工程設計和管理，在參數模型中整合各項目的相關信息，共享和傳遞項目運行、維護和規劃過程，使技術人員能正確了解建筑全生命周期的各類信息，并對相關問題制定有效應對措施，對節約成本、縮短工期、提高生產效率具有極其重要的作用[5]。

國外建筑行業競爭比較激烈，在部分發達國家，BIM技術的發展已經非常成熟，熟練應用BIM技術已成為提升企業競爭力的重要因素[4]。我國針對BIM技術的研究處在蓬勃發展階段，許多大型建筑項目，如國家體育館、青島海灣大橋等施工建設及運維管理均應用BIM技術，以提升整個項目的整合度[6]。

1.2 基于BIM的設備物資精細化管理方法

目前我國施工企業的物料管理信息化水平比較低，缺乏整體系統分析，對物料數量的把控也不到位，易造成資源浪費，占用企業資金成本[7]。然而，隨著BIM技術的不斷發展與成熟，近年來建筑行業對BIM在物料管理領域應用的研究逐漸增多。2015年，Cheng等[8]提出基于BIM的自動物料物流規劃管理框架，用于實現項目高效交付，以減少資源、空間浪費。2016年，Yu等[9]開發基于BIM的現場物料供應動態模型，實現多種信息整合，施工效率提高近20%。相關研究還有很多，馬來西亞建筑行業近些年的研究方向逐步聚焦于BIM與材料管理集成領域，以解決項目全生命期問題，并提升信息化管理水平[10]。

目前建筑領域對BIM技術的研究多側重于BIM技術在設計階段的應用，或施工階段的進度模擬等問題[11]，對物料管理尤其是大型工程項目物料管理的研究不是很多。其中，多數研究只提出基于BIM技術的物料管理流程、優化方法與應用領域，并未真正形成可實現的應用系統[4,7,11-12]。在實際應用方面，何田豐等[13]提出基于BIM與物聯網的鋼構橋梁跨平臺物料管理方法，實現PC端、Web端和移動端的物料狀態可視化查詢。重慶軌道6號線的二期站后工程采用BIMCC智慧工地系統對機電設備物資進行精確管理[14]。通過以上研究可以發現，基于BIM的精細化管理可有效縮短工期、節約人力、優化管理流程、規范施工過程。施工階段基于BIM技術的物資管理理論流程已相對完善，可應用的專業軟件系統卻很少，尤其是地面軌道交通大型工程項目施工領域。因此，研究人員在課題組原有研究[15-16]基礎上研發基于BIM平臺的設備物資精細化管理系統，可進一步提升地鐵等大型施工項目的物料管理效率，節約成本。

2 地鐵施工設備物資精細化管理系統

2.1 系統組織流程

2.1.1系統整體技術架構

系統整體技術架構如圖1所示，由存儲端、服務器端、客戶端組成。存儲端數據源由設備物資進/退場活動文件及驗收報告組成，涉及施工過程設備物資管理的全流程數據。數據接收后，服務器端可通過相應引擎及算法實現數據上報、搜索、審批、預警及指令下達等功能。經處理的數據可通過云服務實現客戶端可視化展示與相應功能呈現。

圖1 系統整體技術架構

2.1.2系統功能架構(見圖2)

圖2 系統功能架構

1)物資進場管理界面功能模塊分為導航標題、項目組織結構樹和進料計劃表單，在項目組織樹中可以選擇目錄樹大綱級別或搜索內容；進料計劃功能菜單包含數據透視分析工具、創建材料計劃、刪除信息和導出列表信息。創建材料二級窗口可添加材料及附件信息，完成后可發送審批。

2)施工設備進場管理包含施工設備進場和分類管理，用戶可添加設備并進行進場審批、刪除設備信息、導入施工設備清單列表、查看審批記錄詳情等操作，可快速實現設備進場信息化協同管理。同時設備類型和管理分類可根據錄入的設備名稱自動填充，支持設備表中沒有的設備類型手動填寫。

3)設備物資到場后，由施工方/集成商創建到場報審驗收表，并選擇進場的設備材料，由監理方審核后，確定最終進場的設備材料清單。進場的材料會抽樣送檢，檢驗合格后得到相關材料文件并且需要監理方審核，確保到場材料記錄詳細，為設備材料的全程跟蹤提供數據基礎。

2.2 系統項目應用

本系統是依據廣州市軌道交通18，22號線工程需求，自主研發的地鐵施工精細化管理系統子系統之一，用于解決地鐵施工過程中大量土建、機電設備物資管理問題。

廣州地鐵18，22號線為市域快線，兩條線路全長93.1km，是國內首條時速160km的高規格地鐵線路，對工期、技術、環保及管理等要求十分苛刻，具有施工標準高、規模大、專業多、工期緊、風險高等特點，需要采用大量新技術、新材料、新工藝、新設備。本項目根據廣州市軌道交通施工工程需求，研發可通過PC端、Web瀏覽器和移動設備使用的設備物資管理系統，實現高效、精細化管理。

2.2.1系統功能實現

1)設備物資計劃報送 系統可實現由施工項目的三維BIM模型自動計算工程量清單或集成第三方算量工具，根據施工計劃，基于創建的BIM模型可導出相應時間節點內所需的構件種類及數目，結合相應物資單價即可推算所需土建、機電物資的數量及總價。系統支持材料計劃單根據BIM模型直接導出，如需手動添加，可點擊該窗口中的添加材料按鈕添加材料信息，必填字段輸入并確認后可完成材料信息添加。系統實現物資計劃的線上報送及審批流程，根據工程進度信息超前提醒材料計劃報送及進行報送流程審核超時提醒。

2)設備物資進/退場報審驗 設備進場報審只選擇需進場的設備，即可執行施工設備進場操作，同時可刪除和編輯設備。點擊保存可保存進場設備信息，點擊發送進入進場審批流程，設備退場后可通過退場庫申請再次進場。

物資進場報審需填報進場審批表，當進場報審通過監理審批后，系統同時發起材料使用審批，等待監理同意。創建材料進場審批窗口可下載材料清單模板，將需要進場報審的材料填入表單后上傳，系統可自動讀取材料清單數據，同時上傳該批次材料的出廠合格證明或第三方檢測證明附件，然后發起材料進場審批流程(見圖3)。用戶也可利用手機客戶端查詢審批狀態，進行設備物資進/退場申請，更加方便快捷。

圖3 物資進場報審流程

本系統可實現進場設備物資線上報檢驗收流程，確保進/退場設備物資清單及驗收記錄線上歸檔，幫助監理方及施工方減少物料進場相關資料整理工作，提高工作效率。施工設備報審流程在進場審批基礎上增添退場審批模塊，同時，系統可完整保存物資相關進場活動文件，為設備材料全程跟蹤提供數據基礎，從而實現對監理及施工方的績效考核，并為供應商綜合評價提供數據依據，保存的進場活動文件及數據如表1所示。

表1 保存的進場活動文件組成

3)設備物資出入庫管理 系統支持對設備物資的出入庫管理，根據施工組織設計及現場設備材料需求情況，系統能分析設備材料到貨數量及計劃時間，并結合實際進度及物資消耗情況進行庫存預警，當累計入庫量-累計出庫量≤10時，顯示預警圖標，提示庫存不足。系統能動態跟蹤不同批次物資進場及使用部位的位置信息，并將物資使用部位信息反饋至BIM模型。

4)生成設備物資管理清單 系統支持清單掃碼錄入、表格批量導入等錄入方式，包括但不限于物料到貨清單、設備合同清單、資產移交清單等，并且支持關鍵詞檢索，實現用戶在系統查看自動統計的清單實時數據，以減少人工核算工作，提高報表統計效率。

2.2.2系統應用效果

本系統布局合理，操作簡單易懂、響應時間短、功能豐富，可滿足施工全過程的設備物資管理需求，大幅提升地鐵施工管理水平。系統可完整保存所有設備物資相關文件，為日后查閱、信息追蹤提供數據支持。同時，通過地鐵信息模型直接導出材料計劃清單也可大幅減少人工核算時間，避免因計算錯誤造成的資源浪費，節約施工成本。也可以將物資使用部位信息反饋至BIM模型，方便系統根據實際物資使用情況動態調整進度計劃。系統界面還可顯示每日預計完成施工量與實際完成量的對比，使施工進度管理更便捷。

3 結語

目前，我國建筑領域對BIM技術的研究仍側重于設計階段應用或施工進度模擬等方面，對物料管理方面的研究多停留在理論階段，少有實際落地的系統應用。本項目通過自主研發的基于BIM的管理平臺及對設備物資管理流程的優化分析，提出設備物資精細化管理系統，是目前國內少有的自主研發大型工程項目施工精細化管理系統。經過工程驗證，本系統設備物資管理流程可大幅降低人為因素導致的資源浪費，很大程度避免傳統管理流程中重復冗余步驟，縮短項目周期。同時，系統將所有物料管理過程中的文件進行云端存儲，方便全程追蹤設備材料，比紙質文件更清晰、易保存。此外，系統通過簡單調整即可用于其他大型施工項目的物料管理，有很強的可拓展性。

后續系統研發會考慮完善以下方面，以提升用戶體驗。

1)根據材料進料計劃自動觸發物資進場報驗流程，確保及時性，根據后續到貨數量直接形成庫存量。

2)將施工計劃關聯BIM模型構件，平臺通過預設不同材料加工時間和施工計劃，提前自動生成材料訂單并生成訂單二維碼發送至工廠。工廠在材料加工過程中將原料、加工工藝、加工時間、檢驗報告等相關信息補充至訂單二維碼。材料到達現場后，材料員檢查材料質量后通過平臺手機端材料報驗功能掃描材料訂單二維碼，生成材料進場報驗申請，審核相關材料信息完整性并發送至監理員。