BIM技術在市政工程施工管理中的應用研究

董鵬飛

通號工程局集團城建工程有限公司 山西 太原 030000

引言

大型市政工程具有點多面廣﹑專業分項多﹑工程總占地面積大﹑施工分散﹑工程量大﹑工期緊等特點，同時需與城市景觀相協調，營造美好環境，為此對市政構筑物的施工建造提出了更高要求。

1 市政工程施工特點

市政工程通常指與城鎮生活配套的各種公共基礎設施工程，是一個城市生存和發展必不可少的物質基礎。與市政工程相比，市政工程最大的特點是施工環境復雜，施工現場通常以線狀和網狀遍布城市的各個角落，除道路橋梁工程外，還有眾多地下管線和地下建（構）筑物，加上露天作業居多，受自然因素影響概率較高，市政工程施工的不確定因素較多，稍有意外便會影響工程建設的順利進行[1]。此外，市政工程往往還面臨施工場地狹小﹑動遷量大﹑影響交通﹑工程進度難以控制等挑戰；而市政工程往往又是政府投資的工程，工程準備期一般較短，極易造成施工計劃不周密甚至違反常規；市政工程還具有一個項目涵蓋多個專業的特點，因此其設計﹑施工都會涉及眾多專業領域的作業交叉﹑碰撞﹑協調等問題，對施工企業在管理和技術水平方面提出了更高的標準，要求施工企業必須重視施工技術和管理方法現代化更新，及時掌握最新技術，優化質量﹑安全﹑進度和成本等方面的全面控制方法，以企業的高水平綜合實力完成高質量工程產品。

2 BlM技術在市政工程管理中的應用

2.1 BIM技術在設計管理過程中的應用

設計是市政工程的初始階段，應用BIM技術能夠為該階段的管理提供支持，通過BIM技術能夠將勘測﹑地基建設﹑挖方以及審核等方面的施工情況直接呈現給管理人員，模擬各個階段施工，幫助制定工程工期，還可以幫助管理人員結合不同施工階段整理所需的材料及相關資源等。另外，應用BIM技術的模擬設計功能，能夠更好地分析圖紙設計存在的不足，及時進行完善。比如應用BIM技術構建圖示數據，通過模擬運算測試重點結構的連接情況。通過這種方式可提前排除工程中的安全隱患，保障市政工程建設安全，降低工程風險。

2.2 虛擬施工

虛擬施工是基于虛擬現實技術和仿真內力分析計算技術對施工方案的整個過程進行模擬和優化，具有先試后建﹑避免返工﹑節約成本等特點。BIM模型的建立是虛擬施工技術實施的關鍵，國內外學者對建立BIM模型進行了許多優化研究，還提出將智能優化算法與模型相結合的策略，為市政工程中虛擬施工的應用提供一定的理論支撐。除了對BIM模型優化與虛擬施工進行研究以外，國內學者和各大建設單位都在致力于將BIM技術應用在不同實際工程中，但真正應用虛擬施工技術的市政工程項目還相對較少，主要集中在道路橋梁方面。

2.3 施工進度管理

相比于傳統的工程項目進度管理軟件，通過在BIM模型中增添時間維度的方式實現了項目施工進度的仿真模擬，使得施工進度管理邁出了革命性的一步。該方法有利于施工人員實時了解項目的進展，動態合理分配必要資源，提高建設項目管理的科學性和準確性[2]。同時，把施工計劃與實際施工進度相比較，以分析進度情況，為后續的進度管理提供指導意見，防止工期延誤。自Tulke在2007年提出使用BIM模型對施工進度進行管理的建議后，國內外眾多學者從施工進度管理理論基礎和應用研究2個角度出發對基于BIM技術的施工進度研究進行了全面探索。也有很多學者將基于BIM技術的施工進度管理應用在不同的實際市政工程中，如歐陽業偉等提出基于BIM的地鐵工程項目進度管理方法，并提供了4D虛擬施工技術和圖形化的進度管理，將施工進度可視化以及碰撞檢測的實現方法與工程實踐相結合。

2.4 任務管理

任務管理功能主要是上級給下級布置任務，并且可以和模型構件進行關聯，指定任務的完成時間。通過任務管理，可以對項目內容進行逐層分解，最終可得到任務最小可執行單元的項目計劃，包括具體的工作內容﹑資源分配﹑進度安排﹑人員安排以及物料需求等。任務管理模塊可使項目進展情況一目了然，使其隨時處于監控狀態，并可進行調整。對已經建好的任務可以在任務查詢中進行快速查詢和匯總，同時也可根據任務本身的類型﹑狀態進行分類統計，方便了管理。在任務詳情頁面，可根據當前任務情況添加過程記錄，并對任務進行審批﹑轉交﹑關閉﹑刪除及導出等操作。

2.5 BIM技術在地形勘察管理中的應用

市政工程涉及城市內部的重新規劃，在工程開展前需進行地形勘察，為工程設計及施工方案等的制定提供參考。通過地形勘察了解市政工程地形狀況，結合地形狀況開展項目可行性研究[3]。但傳統勘察方式的人工消耗量較大，需通過人工進行地形及地質等的測繪及勘探。這不僅增加了人力成本，還會受到地形的限制，若地形復雜，很難保障地形勘察的準確性，而BIM技術的應用則可以有效避免這些問題。通過無人機采樣，將地標高程數據導入BIM軟件中，借助BIM軟件實現地形的模擬，使地形勘察更加便捷，數據信息更加精確。

2.6 施工質量與安全管理

利用BIM技術構建的三維信息模型來預知項目在施工過程中潛在的安全質量問題已然成為市政工程行業的研究熱點。BIM模型還可以用于仿真模擬市政工程項目中關鍵節點的施工過程，從而論證施工組織方案的可行性，將很大程度上避免了施工過程中的質量安全隱患。市政工程質量安全管理中應用BIM技術的相關研究成果和實際工程案例較少，僅局限于工程領域的安全信息化管理的基礎研究，絕大多數研究僅僅將信息化需求提出，未從施工安全管理現狀出發提出加強工程安全管理中使用BIM技術﹑構建工程安全管理體系的要求。

2.7 優化配置施工資源，降低消耗

資源消耗是市政工程投資最大的環節，因此如何實現資源的優化配置非常關鍵，能夠為市政工程帶來更多經濟效益[4]。基于 BIM 技術建立的三維模型，可以更加全面地可視化反映出市政工程實際情況，包含了施工技術的應用，各個項目的有效管理，包括施工中資源使用情況，從而實現優化配置的目標，避免不必要的消耗與浪費。另外BIM 技術具有自動化算量功能，能夠仔細計算市政工程量，并提供準確的工程清單，作為采購原材料的重要依據和參考。同時 BIM 技術能夠持續調整﹑完善施工計劃，檢驗材料等資源的使用情況，并與工程量進行有效對比，查看是否存在偏差，這種動態控制的形式，有利于施工方案的隨時調整﹑優化，全面提高資源優化配置。

2.8 基于BIM平臺協同管理應用

依據項目建設規模與階段，以及工作界面的劃分﹑三維可視化及移動辦公等需求，平臺主要在市政項目工程中設計了會議管理﹑審批管理﹑信息預覽﹑資料管理等及手機App客戶端，對項目進度的整體利益進行分析。主要包括以下重要因素[5]：①對溝通效率進行優化；②提升文檔管理協同性；③移動辦公。各參與方可通過BIM建設管理平臺的三維可視化獲取市政項目工程信息，并及時解決出現的問題，所以BIM管理平臺不僅做到信息共享，而且有效提升解決問題的效率。同樣，BIM平臺也可提供基礎的OA管理，增加在線審批等移動辦公功能，縮減審批流程，提高決策效率。市政工程建設過程中存在很多問題，主要為文檔數量多﹑不集中﹑易丟失﹑篩選困難及文檔權限未明確等難題。此次結合市政項目所出的BIM平臺按照文件管理的要求對圖紙模型﹑變更資料及各類文檔文件進行統一劃分與管理，為保障項目資料的流轉和完整性，將BIM平臺的管理權限進行分類設置，并對信息進行統一化管理，且在平臺中展示。人員在現場的流動﹑對于設備的使用隨處可見，從而大幅提升整個項目的移動辦公效率。

2.9 BIM技術在資金管理中的應用[6]

①可借助BIM技術準確計算工程量，為資金投入提供參考依據。由于市政工程較為復雜，加之地勢不均勻﹑施工現場不平整等，使得土方開挖和回填的工程量計算難度較大，采用人工計算的方式很容易出現誤差。針對這一問題，可應用BIM技術展示地形圖，結合地形圖中展示的回填高度和方位等進行精確計算。通常工程量的計算都是通過套用公式計算，這種計算方式難以準確把控各項損耗，嚴重影響了成本管理的精確性。應用BIM技術實現精準建模，以模型為基礎計算工程量，可以更好地保障計算的精確性，為資金管理提供有力的支撐。②由于市政工程資金周期較長，應用BIM技術可形成實際資金曲線，并與計劃資金進行對比，可直接呈現資金的使用情況，更好地掌握資金結余以及虧損情況，同時BIM技術還可以分析資金使用情況﹑找出資金使用差異的原因。③管理人員借助BIM5D平臺，可直接掌握實際機械臺班與實際工日，且與計劃相對比，幫助管理人員分析臺班及工日浪費原因，這極大地提升了資金管理水平，減少了浪費現象。

3 BlM技術與無人機傾斜攝影技術的結合應用

智慧城市等綜合性規劃理念的提出對城市基礎數據的要求越來越高，為了解決大量信息輸入的需求問題，學者們通過無人機傾斜攝影技術快速﹑準確地獲取環境信息，較好地彌補了BIM技術應用的短板。無人機傾斜攝影技術以輔助的形式并入到BIM平臺獲得了國內外學者和企業的重視。邱永詳等將無人機+BIM配合的技術方案應用在四川省自貢市某基礎設施建設項目中，全面探索了市政項目基于全過程咨詢管理的高收益應用場景及其應用價值，節約了拆遷以及土方平衡費用近800萬元[7]。另外，無人機傾斜攝影技術和BIM技術也被大量聯合應用在市政道路設計和綜合管廊工程中。該類工程涉及面廣﹑考慮因素多﹑責任重大，常常發生與地下空間既有建（構）筑物相互沖突或與地面結構存在景觀沖突的情況。因而充分利用無人機傾斜攝影技術的實景模型數據的優勢，直觀﹑快捷地檢驗設計方案與實際施工環境的匹配程度，為軌道交通科學合理的選線設計提供技術支持。除了上述提到的工程應用外，許多土石方工程因其工程量大﹑土方平衡難﹑施工條件復雜等特點，已經開始將BIM模型和無人機航拍得到的實際地理信息結合應用于土方平衡和土石方測量計算，大幅度提高了工效，綜合效益顯著。

4 結束語

綜上所述，目前市政專業人才缺乏﹑軟件技術投入不足﹑缺少市政軟件﹑專業人才技能不足等問題嚴重影響BIM技術在市政工程中的廣泛應用與推廣。隨著城市迅速發展，市政工程建設質量逐漸被重視，同時，因市政項目具有數量大﹑周期長﹑對周圍環境影響大及施工組織復雜等特點，BIM技術符合市政工程項目需求，適合在市政基礎設施項目中推行。