基于BIM技術的智慧建筑施工管理方法研究

郝永昌

（河南經貿職業學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

在城市化進程不斷推進、經濟實現快速發展的時代背景下，建筑領域呈現出加速發展的態勢[1]，施工管理研究也開始受到越來越多的關注。在此背景下，如何將現代信息技術融入到工程管理中，實現公共管理的智慧化發展成為越來越關鍵的問題[2]。在建筑施工管理中，面臨的主要難點是施工的動態變化是不可控且非規律性的，直接影響到相關管理工作難以實現對施工問題的有效預判，容易出現相關管理工作滯后，且對于異常情況的調整和適應能力較差。但與傳統管理方法相比，在計算機技術的加持下，施工環境的信息更加立體直觀，相關管理工作的開展也更加具有宏觀色彩[3]。BIM技術作為一個結合了現代信息技術和建筑施工特性的信息交互平臺，不僅可以將建筑數據轉化為具象化的內容，也可以將施工過程中涉及的各個參建方進行有機整合，使資源分配更加合理，并大幅提升有效利用率[4]。由此得出，將BIM技術應用到建筑施工管理中具有較大的開發空間。

基于此，本文提出了一種基于BIM技術的智慧建筑施工管理方法，運用BIM技術構建建筑模型，結合實際施工情況對其進行管理，并通過試驗，驗證了設計方法的有效性。

1 構建施工建筑模型

在傳統的施工管理中，對于施工相關信息的管理分析都是通過人工操作的方式實現的，這種管理方法最直接的問題就是缺乏對施工動態的考慮[5]。一旦實際施工出現明顯的變化時，后續相關管理內容的調整不具有聯動性，當這種發生明顯變化的施工出現異常情況達到一定次數時，對整體建筑施工影響較大[6]。為此，本文為了實現智慧化的建筑施工管理，構建了施工建筑模型，通過將實際施工信息輸入到模型中，對后續的相關管理工作進行系統化調整，以此避免施工進程波動。

首先，利用BIM技術的Project對設計施工計劃以編制的形式輸入軟件中，并以實際的建筑數據參數為基礎搭建虛擬建筑模型。需要注意的是，施工管理的主要目的是在合理條件下對施工進度進行有效控制，因此本文設計的模型不僅包含原有建筑設計信息，還構建了多元進度模塊，各模塊各司其職，獨立運行[7]。當采集到的施工進度信息輸入到模塊中時，會建立其與建筑模型之間的對應關系，以此明確施工進度是否需要實施糾偏處理。其中，本文設計的施工建筑模型如圖1所示。

圖1 施工建筑模型

從圖1中可以看出，本文設計的模型是由多種數據構成的。數據屬性包括幾何、物理、功能3種，以此實現對建筑構件本身特征的準確描述[8]。考慮到隨著施工進程的推進，部分施工環節的施工條件、設備應用及材料使用都會發生變化，因此擴展數據是基礎數據的延伸，其中包含項目管理產生的經濟數據、技術數據、可利用資源數據。將基本數據與擴展數據之間建立聯動關系，相關管理工作的開展不會出現脫離實際的情況[9]。在構建建筑模型的過程中，BIM技術的功能主要是將擴展數據集成處理，降低模型的運算量，在更新實際施工信息的同時，可以快速實現數據的定位。需要注意是，模型的構建需要大量的擴展數據支撐，因此利用BIM功能對數據進行處理時，需要確保數據的完整性。

通過以上方式，構建出施工建筑的模型，為后續的施工管理工作提供可靠基礎。

2 智慧建筑施工管理方法設計

2.1 施工區塊拆分

為了實現對建筑施工的智慧管理，本文利用BIM技術的Revit對構建模型進行拆分。為了最大化施工效率，在互不影響的前提下實施多元施工是極為有效的一種方式。而現階段其未能充分發揮價值的關鍵在于對施工內容的拆分存在一定提升空間，錯誤的區塊化施工不僅不能提高施工效率，還會由于區塊之間的沖突使得施工進度被延誤。為此，本文選取BIM技術的Revit對建筑模型進行參數化處理。這種管理方法的特點是能夠充分體現出對建筑構件的精細化分析，相關參數的修改更新更加智能化。在具體實施過程中，首先利用BIM引擎對模型的參數值進行定量化，當施工中的技術發生更改，或者技術使用戶發生改變時，與之相關聯的模型任何部分都會產生相應的變更，并自動映射到模型中對應的位置視圖中，此時的關聯關系決定著變更參量。為了確保這種變更覆蓋建筑的所有施工細節，本文利用Revit對建筑中包括門、窗、墻、屋頂、樓梯等所有構件進行圖元管理，其中關于建筑細節的表述，主要是通過修改構件的屬性信息實現的，如柱子的截面尺寸信息、門窗的尺寸信息、墻體的高度、厚度信息等。

在圖元管理的基礎上，對不存在交叉關系的建筑內容進行拆分。對于部分大型建筑而言，其設備的庫存儲備相對充足，此時則以不同拆分區塊施工的實際設備需要為基礎，以拓展數據中對應設備的數量為上限，對建筑施工進行拆分。建筑構件之間本身也是存在內在的智能關聯性的，因此本文對施工進行管理的原則是實體構件的依賴性不被破壞的結果。根據模型顯示的總體施工量、涉及施工構件的數量及施工人員的基礎配置要求，實施個性化的施工管理。

2.2 施工管理實現

首先按照建筑施工的預期工期對建筑模型的施工進度執行標準進行設計，在此基礎上，定位到每個拆分模塊的可執行施工時間。對于存在先后順序的施工區塊，要求以先施工區塊為主要資源投放區域，避免由此引發的施工滯后問題。其次，對施工資源具體分配調度管理。通過將每天的施工信息輸入到BIM模型中，統計其與設計進度執行標準之間的差異，當其進度未達到設計標準時，通過基礎數據中的具體參數，分析出現這種情況的原因，對相應的資源給予適當補充，其補充的標準為該區塊更新后的施工進度執行標準。新的施工進度執行標準是在總工期不變的條件下對剩余施工任務的平均計算，以此確保施工進度的合理推進。另外一種情況是實際施工進度大于設計施工進度執行標準，出現該情況時分為3種管理方法，第一種，其他區塊進度符合設計施工進度執行標準，無須對其進行額外調整；第二種，其他區塊進度存在未設計施工進度執行標準的情況，將超額區塊的資源向未達標區塊進行調整，調整同樣為更新后的施工進度執行標準；第三種，其他區塊進度也存在超額達成設計施工進度執行標準的情況，則認為總體施工效率大于施工進度執行標準設計階段的預期。按照實際施工體現出的效率對相關施工人員和設備進行適當削減，其標準同樣是更新后的施工進度執行標準。對于新標準的計算以剩余施工量、施工時間為基礎，結合現有施工效率進行。

通過以上方式，實現對建筑施工的動態智慧化管理，確保施工按期完成，且施工效率實現價值最大化。

3 應用分析

為了解本文設計建筑施工管理方法的實際應用效果，進行了試驗測試。

3.1 應用環境概況

進行管理測試的工程為某5層的居民住宅樓建筑。建筑的總高度為15.5 m，建筑總面積960.3 m2，總占地面積442.0 m2，建筑的俯視空間為18.6 m×12.0 m。其中，5層建筑均為地上建筑，層高為3.1 m。在設計初期，預計使用年限為70年，因此要求建筑的耐火等級為二級標準，建筑結構的安全等級也要達到二級標準，同時建筑的抗震等級不低于六級。考慮到建筑所處環境的氣候特征，建筑防水有效使用年限設置為12年，對應屋面的防水等級要達到二級標準。在此基礎上，對建筑進行設計時，其基礎為獨立柱結構，地基基礎為丙級。獨立柱承臺混凝土的強度等級為C30。建筑的整體主體結構為現澆框架，包括柱、梁、板、樓梯。建筑的外墻采用300 mm厚混凝土的空心磚搭建，內墻采用200 mm厚混凝土空心磚搭建。為了滿足建筑的應力需求，框架柱強度等級為C25，其余框架強度等級為C30。柱截面的尺寸為600 mm×600 mm，梁截面的尺寸為250 mm×500 mm，其 中 的 鋼 筋 材 料 為HPB235，HRB335，HRB400。以此為基礎，工程的預期工期為60 d，運用BIM技術構建該建筑的模型如圖2所示。

圖2 BIM技術構建建筑模型

將該工程的施工過程作為測試對象，利用本文設計方法進行管理，分別從施工進度和人工成本方面對其管理效果進行分析。

3.2 管理效果分析

在上述基礎上，采用本文設計的方法對建筑施工進行管理，Revit軟件使用情況如圖3所示。

圖3 使用Revit軟件管理建筑施工

具體的施工順序及相關評價指標的數據結果見表1。

從表1中可以看出，在本文設計的施工管理方法下，工程竣工時間與預期時間一致，實現了在60 d內完成建筑項目的目標，并未出現超期的情況，且施工的人工總成本為23.75萬元，按照現有的建筑規模及投入產出比對其進行分析，其實現了施工人員的高效利用，施工效率的價值得到了充分發揮。表明本文設計的管理方法在實際工程管理中具有良好的應用效果。

表1 建筑施工管理效果

4 結語

建筑施工行業的發展使施工管理工作逐漸受到重視，其不僅關系到施工質量、施工進度，同時也與建筑施工成本之間有著密切的聯系。隨著建筑規模的多元化、建筑設計的復雜化，實現對施工環境的有效管控需要對整體施工內容有更加清晰的認知，本文提出基于BIM的智慧建筑施工管理方法研究，實現了對施工進程及人員配置的有效管控，為建筑企業的管理工作提供有價值的參考。