基于BIM 技術的建筑工程管理影響因素與策略分析
——以某污水處理廠BIM 應用分析為例

劉立慧 張睿 楊光 龔衛東

(1.上海隧道工程股份有限公司；2.天津城建大學；3.上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司；4.上海環境集團股份有限公司)

進入21 世紀以來，我國建筑業得到快速發展，為推動建筑工程繼續朝著高質量發展的方向前進，建筑業需要進一步推進高效的建筑工程管理模式。但是，從行業現狀來看，我國在建筑工程管理方面仍存在大量問題，與國外先進水平相比仍然有一定差距，突出體現在成本控制不合理，導致建設效率不高。本文提出利用BIM 技術來提升建筑工程管理水平，進一步提高建筑工程的成本控制效率，實現高效的建設管理。

1.建筑工程管理現狀分析

在建筑工程管理過程中建設效率經常受到各種環境因素的影響，企業往往通過動態管理及控制措施來保障項目績效。其中，工程成本的管控是建筑工程管理的一個關鍵點。我國建筑業正在快速發展，但由于發展基礎仍然比較薄弱，規范化程度仍然有待提高，一些成本控制措施的實施程度較低，導致整個管理效率的降低，阻礙了經濟效益的提升。

為此，建筑企業要想在激烈的市場環境中立足，就必須提高對建筑工程管理的重視，利用多種技術方法實現對成本的有效控制，將工程造價控制在合理范圍之內，使項目管理效率得到提升，實現建筑工程項目的經濟利益最大化。

2.建筑工程成本影響因素分析

2.1 材料因素

在建筑工程經濟管理中，材料影響因素極其關鍵。任何工程項目的進展都需要以合理配備的建筑材料為支撐，施工的連續性需要材料供應作為保障。在工程造價管理方面，材料成本占比較大，是成本管控的關鍵因素；材料的合理配備，有利于實現企業對資金的合理配置。因此在建筑工程管理的各因素中，材料配置至關重要。

2.2 人才因素

從業人員專業素養對建筑工程管理水平產生了重要影響，許多管理人員由于知識儲備欠缺，對工作涉及到的專業知識以及工作技能掌握不夠，導致管理效率進一步下降。尤其是當BIM 成為建筑業的主流技術時，人才的不足成為企業發展的重要瓶頸。

2.3 管理體系因素

建筑工程規模相對較大，涉及專業內容較廣泛，對管理規范要求較高。近幾年來雖然我國建筑業發展較快，但由于起步時間較晚，使得建筑管理的規范性不足，導致管理效率不高。由此可見，管理體系的構建在建筑工程管理中有著重要地位。企業要想實現對建筑成本的有效控制，需要建立完善經濟管理體系，綜合運用多種管理制度，包括監督審核制度以及獎勵懲罰制度等。在管理問題發生時，可以快速明晰責任，將損失程度降到最低，實現對成本的有效控制，提升企業內部管理效率，保證企業發展模式更加符合建筑市場的需求。

2.4 管理理念因素

受傳統管理思想的影響，許多建筑企業的管理理念相對落后，除了表現出對管理的不重視外，對于一些隱性成本沒有進行有效控制，導致在施工建設中出現了許多成本問題，造成建設資金數量不足，影響了工程質量，對后續工程的開展造成了很大負面影響。

3.基于BIM 技術提升建筑工程管理的途徑

3.1 通過建模提升從業人員水平、增強管理規范性

企業除了開展專業培訓外，還需要利用現代BIM 技術進行建模，以此解決從業人員水平不足的問題。技術人員根據設計單位所提供的圖紙信息，完成模型整體搭建。在具體實施的過程中，還要防止工程信息在傳輸過程中出現丟失現象，保證信息與設計模型之間能夠有效傳遞[1]。另一方面，企業明確具體的控制流程，要求技術人員進行標準化操作，實現對工程經濟管理的細化。比如在項目構件命名、文件命名、模型文件儲存、資金變化表以及模型拆分等方面進行標準化。

建模流程圖如圖1 所示。從圖中可以看出，當建筑工程信息被提取后，利用BIM 技術完成對信息的分析，通過將進度、資源、企業定額、政府規范及市場信息整合，形成綜合單價信息，最終形成價格。

圖1 BIM技術下建筑工程經濟管理建模流程圖

在建模中，可以根據建筑企業所擁有的關鍵資源特征及所處理的實際數據進行搭建，包括材料資源的利用、設備資源利用等進行建模。同時為了保證管理中的可變單位能夠適合建模，采用云服務方式，使建模效率得到進一步提升。在處理一些敏感數據時，通過量化適應性因子的求解公式來進行數據整理。具體公式可表示為：

其中L 表示工程成本控制最大值，Cl 表示工程成本控制最大值中的分值，WV 表示控制量的可變值，Cwv 表示實際分配值，DS 表示工程控制量的敏感值，Cds 表示工程控制量敏感值的分值，ADH 表示實際數據的處理量，C 表示成本控制的重要程度值，Cc 表示成本控制重要程度值的分數值。通過對該公式的具體應用，能夠整理出實際的工程控制量，實現對成本的有效控制，完成對工程經濟管理效率的提升[2]。

如果是對工程設計方案進行建模，需要對工程方案各項指標進行綜合評價，將方案中不同計量指標直接轉換成綜合評分形式，實現對工程方案的可行性進行評價，具體公式為：

其中a 表示工程方案綜合評分數值，Ci 表示工程方案某個評價指標的得分值，Wi 表示工程方案某個評價指標的權重。

在對BIM 造價模型生成的過程中，需結合建筑企業所提供的自主定額數據庫，利用建筑企業定額庫中的構件資源以及編碼進行計算，這樣除了顯示具體的設計方案，還可體現不同的材料成本。例如以墻構件為例，所構建的價格輸出表如表1 所示。

表1 墻構件價格輸出表

在完成對價格輸出表的制作后，通過對建筑物樓層高度以及施工工序的整合，使構件單元能夠真正被計算出來，在提取完價格信息后，再將其返回到建筑模型中，采用自主開發程序對計算結果進行添加，使最終價格能夠完全被呈現出來，實現對工程經濟管理的有效控制[3]。

3.2 利用三維可視化技術嚴控設計變更、改進施工流程

在建筑工程施工過程中經常會出現設計變更，且隨意性較大，給管理增添了很大的難度，經常導致施工進度偏離原本的控制計劃，造成建筑成本持續擴大。利用現代BIM技術將工程三維可視化，以立體的方式呈現出來，可有效解決工程設計變更隨意性的問題。

三維可視化技術能夠對整個建筑工程進行細部觀察，幫助技術人員識別具體施工計劃步驟中的不合理之處，輔助對施工流程的改進。例如在建筑工程中的巖土勘察工作中，首先是對三維巖土勘察地質建模的理論進行研究，提前完成對數據點的采集，通過對鉆孔數據以及空間插值點的導入，完成對地質曲面的構建，實現地質體的實體化，最終實現對單位地質模型的建立。

3.3 通過碰撞檢查加強施工材料管理、優化設計

在建筑工程管理中，施工材料對整個工程造價產生決定性影響，如果材料質量無法得到保障，不僅工程質量會受到嚴重影響，工程成本也難以得到有效管控。應用BIM 技術進行碰撞檢測，能及時發現圖紙中的錯誤，不僅有利于設計的優化，也能防止返工及材料的浪費。

碰撞檢測一般指工程項目還沒有正式開工之前，對設計圖紙中不同部件所產生的沖突干擾現象進行檢查，使方案設計能夠進一步被優化，防止出現設計變更，增大施工成本。在碰撞檢查檢測中，主要碰撞類型一般分為兩種，分別為硬碰撞與軟碰撞。硬碰撞一般指不同部件在空間處的交集，而軟碰撞是指不同部件彼此之間的間距要低于規范要求。如果兩個部件并沒有出現明顯的空間交集，那么需要實施具體的成本方法，以此來完成對碰撞檢查的檢測。通過碰撞檢測，模型得到不斷改進，不斷集成各方面的數據信息。技術人員對優化后的模型進行重新計算，對比以往的計算工作，完成對碰撞檢測結果的評價，實現對整個建筑工程進行細致分析與評價。

4.某污水處理廠BIM 應用分析

某污水處理廠總投資29.17 億元，設計處理能力為20萬m3/d，建設內容包括新建DN1200-DN220011.2km 的進廠管道以及容積為5 萬m3/d 的污水調蓄池1 座。工程于2017年2 月底開工建設，計劃2018 年底出水達標。污水廠出水氨氮、總磷達到地表水Ⅳ類水標準，水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。

該污水處理廠是一座“全處理流程封閉式”的污水處理廠，對通風、除臭要求高。地下工程復雜，形狀不規則，基坑較深，最深處達15 米，整體尺寸為318×272 米。施工作業面較大且分散，專業分項多，施工風險較大。污水處理廠涉及的管線類型眾多、連接管線管徑較大，包括各種工藝管線、排水管線、風管和橋架，管線布置工作（尤其是豎向布置）難度較大。工程涉及專業多，各專業之間設計協調要求高。在施工過程中，由于涵蓋專業較廣，進場施工的專業分包商較多，尤其是在建設后期，需安排大量的多工種交叉施工，組織協調難度較大。依據本項目的特點，建設參與方分別從設計階段和施工階段展開了BIM 應用。通過標準化的BIM 模型創建，涉及的參與各方、不同的專業人員在不同階段都可進入BIM 模型，基于同一模型提取、更新和修改信息，促進了多專業協同。通過碰撞檢測、管線綜合輔助設計、施工模擬及大型設備運輸路徑分析等不同階段的BIM應用，項目的設計與施工效率均得到大幅提升。

4.1 設計階段應用

在設計階段，技術人員主要從模型創建與方案展示、碰撞檢測、管線綜合輔助設計等方面展開了應用。

4.1.1 標準化建模

本項目結合傳統建模軟件及3Dmax 軟件共同創建箱體綠化及施工場地模型。參照當地安全文明施工的要求以及本工程施工工藝的需要，運用BIM 技術對施工場地進行了平面布置，一方面可以直觀的表達風井位置、箱體出入口等細節，另一方面還能體現各片區的總體布置及相互協調關系，最終對場地布置的科學合理性進行驗證，幫助施工單位進行全面有效的施工規劃，幫助施工單位進行全面有效的施工規劃。

當發生設計變更后，技術人員會及時更新建筑、結構及管線模型。管線模型包括工藝管線、給排水及消防管線、通風除臭管及電纜橋架等內容。建模過程中，技術人員首先按照規范流程收集了土建及機電管線圖紙，分別建立土建和機電模型；然后校核并放置設備廠家提供的符合族庫創建要求的族設備模型；最后整合土建與機電模型，形成了項目整合模型。

4.1.2 碰撞檢測

基于構建的各專業Revit 模型，技術人員應用Navisworks軟件檢查了各專業模型之間的碰撞，然后將模型中專業內與專業間的碰撞點全部過濾出來，共檢查出近1000 余個碰撞點，提早發現設計錯誤，并形成碰撞報告及優化方案。部分應用成果如圖2 所示。

圖2 碰撞點及報告截圖

4.1.3 管線綜合

在管線綜合輔助設計過程中，各專業人員首先根據碰撞檢測的結果，進行了分專業的設計修正。在各專業完成設計修改后，BIM 技術人員再次進行碰撞檢測，出現的問題涉及到多專業時，及時召開專業間協調會商議解決方案，直到問題得到最終解決。在完成碰撞檢測后，將最終的模型進行階段性保存，并直接導出各專業二維圖紙，供設計人員調整修改出圖。在整個管線綜合過程中BIM 技術人員與設計人員直接對接，通過三維的管線模型直觀反映問題，雙方配合共同提高綜合設計質量。部分應用成果如圖3 所示。

圖3 管線綜合圖

4.1.4 空間優化

凈空排查是本工程空間優化的重點對象。技術人員在土建、機電整合后的模型中根據設置的凈空標準，檢查所有通道、房間的凈空高度，對不滿足凈空標準的區域進行調整優化時首先確定需要凈化優化的關鍵部位，如脫水機房、箱體通道等；然后通過調整各專業的管線排布來有效地增大凈空高度、滿足規范要求?？臻g優化完成后，技術人員需要將調整后的模型以及優化報告、凈高分析等成果文件提交設計方、施工方及業主方確認，為后續深化設計、施工交底提供依據。

4.2 施工階段應用

施工單位基于設計單位交付的模型進行了深化設計與優化，展開了工程量計算、施工模擬及大型設備運輸路徑分析等應用。

4.2.1 工程量計算

針對傳統工程計量方法中存在的錯算、漏算等問題，本工程充分利用BIM 技術對土建、機電等各專業的工程量進行了精確的統計，計算速度及計算精確度均得到了大幅提升，有助于更加精準地控制項目成本。根據合同流程，施工方確定需要工程量統計的重點區域和單體，收集對應的監理工程量開項表；BIM 軟件可以工程結算的需求，通過設置屬性列表生成不同類型的工程量明細表；然后將BIM 軟件的工程量統計結果與監理開項表上的工程量進行對比、校對，確保誤差率在3%以內，實現工程量的精準統計。

4.2.2 施工模擬

在施工前，施工方還利用BIM 模型進行了整體的工序模擬，然后針對局部復雜區域，進行重難點局部施工方案模擬。施工模擬可以生成模擬演示視頻，幫助施工單位進行可視化交底，還能及時發現施工組織設計、施工工藝等方面的問題，繼而對施工方案進行調整優化。需要專業分包商協調解決的，總包商可以召集分包商，在不斷模擬施工過程后共同商定調整方案，確保施工計劃的合理性。

4.2.3 大型設備運輸路徑分析

針對大型設備運輸問題，施工單位提前應用模型進行了路徑分析，將設備尺寸資料作為模擬輸入條件，在模型中設置設備運輸路徑，仿真模擬后輸出檢查結果，最終確定最優運輸路徑。

應用時首先將已有模型導入到Navisworks 進行整合，并設定安裝檢修路徑。其次，校驗模型的完整性、準確性。最后，運行Navisworks 檢查設備安裝檢修路徑并生成檢查報告。

比如，針對上層檢修通道進行路徑分析后，確定上層檢修通道X 方向最小凈高控制在4.15m（地面層6.55/5.55，梁底11.5，除卻管線及支吊架0.8m，最小凈高4.95m），運輸車輛與運輸設備垂直高度不超過4.15m（設備運輸于通道管線安裝之后）；上層檢修通道Y 方向凈高控制在5.15m（地面層5.55，梁底11.5，凈高5.95m，除卻管線及支吊架預留0.8m），運輸車輛與運輸設備縱向高度不超過5.15m（設備運輸于通道管線安裝之后）。

綜上所述，BIM 技術的應用可在加強材料管控、提升人才水平、優化企業管理體系、升級管理理念等方面顯著提升建筑工程管理水平。目前在建筑工程中，BIM 技術得到了廣泛的應用，適用于建筑工程各個環節。因此企業需提高對BIM 技術的重視程度，運用合理的計算方式實現對成本的有效控制。企業本身需提高對工程成本管理的重視，實施有效的管理控制措施，對材料、施工工藝、人員配置、機械設備進行合理選擇，將建筑成本控制在合理范圍之內，提升企業經濟效益，讓企業能夠有著更多資金投入到工程建設中，保證建筑工程能夠順利的實施下去，最終促進我國建筑行業實現可持續性發展。