5D BIM技術(shù)在工程施工進(jìn)度與成本管理中的應(yīng)用

年 景 王曉妮

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)和其他科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的來(lái)臨，給傳統(tǒng)的建筑工程施工管理帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，促使了數(shù)字化施工管理技術(shù)的誕生。在建筑行業(yè)，項(xiàng)目效益是生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的核心，而施工進(jìn)度與成本管理則是實(shí)現(xiàn)這一核心目標(biāo)的關(guān)鍵，它不僅要求投資者要進(jìn)行有效地管理與控制，還要求“估、概、預(yù)、結(jié)、審”有效地執(zhí)行，以確保項(xiàng)目順利實(shí)施。BIM（Building Information Modeling）是“建筑信息模型”的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種以數(shù)字化方式對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)的工具和流程。而5D BIM 則是在BIM的基礎(chǔ)上，加入了第五維度時(shí)間的概念，將建筑物的施工時(shí)間和成本等因素考慮進(jìn)去，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體的優(yōu)化。BIM 5D 提供了提取和分析成本、評(píng)估方案和變化影響的方法，可以進(jìn)一步完善建筑項(xiàng)目的管理和控制，并提供更準(zhǔn)確、高效的決策支持。本文從傳統(tǒng)施工管理在進(jìn)度與成本管理方面的問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)性地引入5D BIM 技術(shù)，以求提升項(xiàng)目管理的水平，在施工進(jìn)度與成本管理中取得成效。

1 傳統(tǒng)施工管理在進(jìn)度與成本管理方面的問(wèn)題

“決策、設(shè)計(jì)、交易、施工、竣工”是工程建設(shè)的五大階段，在傳統(tǒng)管理模式下，由于缺乏信息化手段的支撐，信息差異較大、數(shù)據(jù)不連續(xù)、協(xié)同共享難度大等問(wèn)題較多，工程施工的造價(jià)控制存在明顯的分割，應(yīng)用范圍受到限制，事后控制占據(jù)主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目全過(guò)程的綜合管理變得更加困難。隨著技術(shù)的進(jìn)步，建筑的復(fù)雜性不斷提升，建筑的結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)等都變得越來(lái)越多樣，這使得企業(yè)在施工過(guò)程中面臨更大的挑戰(zhàn)，需要考慮更多復(fù)雜的因素，并且需要對(duì)所有的施工子項(xiàng)目進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和管理[1]。當(dāng)前，建筑行業(yè)的施工企業(yè)仍然主要依賴(lài)人為管理，但由于管理人員的綜合素質(zhì)存在差異，所接收到的信息有差距，從而導(dǎo)致工程進(jìn)度和成本控制存在諸多不足。

1.1 進(jìn)度管理方面的問(wèn)題

（1）參與主體多，與總包計(jì)劃存在沖突。隨著各種異型建筑、大型結(jié)構(gòu)工程和高層建筑的出現(xiàn)，參與施工過(guò)程的施工人員逐漸增多。在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，分包商、材料供應(yīng)商和總承包商編制的總體進(jìn)度表存在不一致的情況。因?yàn)橥两ā⒔o排水、暖通、強(qiáng)弱電、裝飾裝修等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)交叉，使得在執(zhí)行進(jìn)度計(jì)劃的過(guò)程中，可能會(huì)遇到各個(gè)環(huán)節(jié)的矛盾以及物資的短缺和缺乏。由于施工項(xiàng)目部管理缺乏及時(shí)的監(jiān)控，他們很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致工期延誤的現(xiàn)場(chǎng)情況，從而無(wú)法采取有效的預(yù)防措施，以確保工程的順利完成。

（2）實(shí)際施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)分析存在信息缺口。在施工過(guò)程中，項(xiàng)目前期規(guī)劃的施工進(jìn)度經(jīng)常因各種因素而變動(dòng)，管理者必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在審查計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度是否有任何變化以及項(xiàng)目的估計(jì)完工工作量與實(shí)際完工工作量是否相同時(shí)，往往通過(guò)甘特圖、網(wǎng)絡(luò)圖或者文字等，然而進(jìn)度管理中的人員素質(zhì)差異可能使項(xiàng)目的實(shí)際情況與計(jì)劃存在較大偏差，導(dǎo)致管理人員無(wú)法及時(shí)地識(shí)別和評(píng)估施工中的進(jìn)度問(wèn)題。

1.2 成本管理方面的問(wèn)題

（1）成本管理難以進(jìn)行全過(guò)程把控。傳統(tǒng)的項(xiàng)目成本管理僅起到了周期性成本核算的目的，并且對(duì)成本的把控工作常集中在施工以后，項(xiàng)目施工前的把控較少，而對(duì)于過(guò)程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)控就更難以實(shí)施。

（2）隨著工程項(xiàng)目不斷進(jìn)展，施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的處理和分析極其繁瑣，從而給成本管理帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。因此，各級(jí)管理者必須花費(fèi)大量的精力和時(shí)間來(lái)完成這些繁瑣的任務(wù)，包括但不限于成本預(yù)算、成本核算和變更計(jì)算。由于數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性，從多個(gè)部門(mén)獲取的合同、圖紙等信息數(shù)量巨大，使得狀態(tài)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)的任務(wù)變得極其艱巨，而且由于統(tǒng)計(jì)的復(fù)雜性，很多風(fēng)險(xiǎn)因素也會(huì)被忽略，從而造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失。

2 施工進(jìn)度與成本管理引入5D BIM技術(shù)的價(jià)值分析

2.1 施工進(jìn)度管理方面

基于5D BIM，施工人員可以在電腦上對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)出各個(gè)工序的時(shí)間和費(fèi)用，并進(jìn)行優(yōu)化，從而可以在項(xiàng)目早期就對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行合理的規(guī)劃和控制，大大提高工程項(xiàng)目的進(jìn)度管理效率，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維各階段信息的互通，有效縮小信息鴻溝，提高項(xiàng)目管理效率，避免項(xiàng)目施工進(jìn)度的延誤。通過(guò)5D BIM，項(xiàng)目參與方可以在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行信息共享和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師、施工人員和業(yè)主之間的實(shí)時(shí)溝通和協(xié)作，減少信息傳遞的誤差和延遲，同時(shí)保證了所有項(xiàng)目參與者都可以使用相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同工作、進(jìn)度準(zhǔn)備和進(jìn)度審查，并使用相同的界面來(lái)創(chuàng)建進(jìn)度和管理進(jìn)度。5D BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，拓展了工作時(shí)間管理的方式，使得管理更完善、更全面。每條線路都采用開(kāi)放的數(shù)據(jù)共享方式，減少了雙方的溝通，降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，應(yīng)用5D BIM 技術(shù)“先試后建”的特點(diǎn)，可以在模擬施工過(guò)程中提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)劃中的空間和時(shí)間方面的缺陷，降低項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2.2 施工成本管理方面

5D BIM 技術(shù)將進(jìn)度、預(yù)算、資源、施工組織等關(guān)鍵信息集成起來(lái)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，及時(shí)為施工過(guò)程中的技術(shù)、生產(chǎn)、商務(wù)等環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確直觀的進(jìn)度、物質(zhì)消耗、過(guò)程計(jì)算、成本核算等核心數(shù)據(jù)，提升溝通和決策效率，幫助客戶(hù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化管理，從而大大節(jié)約時(shí)間和成本，提升項(xiàng)目管理效率的目的。通過(guò)應(yīng)用5D BIM技術(shù)，可以有效地將技術(shù)和管理結(jié)合起來(lái)，準(zhǔn)確地復(fù)核和及時(shí)地響應(yīng)相關(guān)方反饋的問(wèn)題，在建模和施工模擬階段發(fā)現(xiàn)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)施工中的問(wèn)題，合理申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)變更，優(yōu)化施工工藝和工法，減少不必要的材料浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)源節(jié)流，提高成本管理水平的目的[3]。對(duì)于某些費(fèi)用超支的情況，多維度分析存在的問(wèn)題就是需要拆分大量數(shù)據(jù)信息，單靠人力無(wú)法快速完成。應(yīng)用5D BIM 技術(shù)可以提高成本分析的效率和精確性[4]，提高投標(biāo)前或工程進(jìn)行中的現(xiàn)金流量預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度，對(duì)多項(xiàng)目進(jìn)行的施工單位，能協(xié)助其更準(zhǔn)確地預(yù)估財(cái)務(wù)狀況，使?fàn)I運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

3 5D BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 天津永利大廈項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐

永利大廈是一座高達(dá)107m 的綜合性建筑，由A、B、C 三座塔樓組成，總建筑面積達(dá)到83564.3m2。其中A 塔樓地上有18 層，3 層地下室，地上建筑的高度有89.5m。B塔樓地面上方有21層，地下有3層，地面之上的高度99.6m 左右。C 塔樓由9 層高樓和3 層低樓組成，地面之上的建筑高度有43.8m。塔樓的結(jié)構(gòu)由三部分組成：A、B塔采用框架結(jié)構(gòu)，C塔采用框架結(jié)構(gòu)，地下車(chē)庫(kù)則采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。5D BIM 技術(shù)的應(yīng)用始終貫穿該建筑建設(shè)始終。

與傳統(tǒng)的民建項(xiàng)目不同，這個(gè)項(xiàng)目的工期緊迫、任務(wù)繁重。為了加快建設(shè)進(jìn)度，減少重復(fù)勞動(dòng)，選擇了廣聯(lián)達(dá)軟件和TEKLA 來(lái)完成土建和鋼筋建模。為了提高施工效率，優(yōu)化資源配置，項(xiàng)目在施工過(guò)程中必須對(duì)流水段和現(xiàn)場(chǎng)工作面進(jìn)行劃分，根據(jù)差異編制和管理進(jìn)度計(jì)劃、分包合同、甲方清單、圖紙等文件，使項(xiàng)目人員清楚了解各組工的數(shù)量、工程量和材料需求或其他信息。使用5D BIM 技術(shù)可以有效地幫助施工管理人員更加合理地安排施工計(jì)劃，從而有效避免工作面施工中可能出現(xiàn)的交叉作業(yè)沖突。在該項(xiàng)目中通過(guò)應(yīng)用5D BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息的快速傳輸，有效控制了施工進(jìn)度、成本、安全和質(zhì)量，形成了一個(gè)閉環(huán)管理系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了項(xiàng)目的履行能力和精細(xì)化管理水平[5]。

3.2 珠海歌劇院項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐

總建筑面積高達(dá)5.9 萬(wàn)m2的珠海歌劇院項(xiàng)目已落地建成，其建筑面積達(dá)到4.85萬(wàn)m2，其他配套建筑1.05萬(wàn)m2。建筑物大部分建筑結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻和鋼結(jié)構(gòu)，其中鋼-混凝土組合樓蓋覆蓋了整個(gè)建筑物。珠海歌劇院作為一個(gè)大型公建項(xiàng)目，貝殼高度55.6m，面臨著極大的挑戰(zhàn)，包括建設(shè)難度大、技術(shù)要求高等，但同時(shí)也要求項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在滿(mǎn)足工作進(jìn)度的前提下，與全球頂尖的專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)與配合。

珠海歌劇院項(xiàng)目在最初實(shí)施中運(yùn)用了4D BIM 技術(shù)，在施工中結(jié)合了進(jìn)度與質(zhì)量控制，但采用的仍是常規(guī)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)成本控制，未引入造價(jià)信息。在成本管理方面出現(xiàn)了成本計(jì)劃的滯后性，商務(wù)策劃落地率低，在項(xiàng)目管理中數(shù)據(jù)量太大或變化較多，無(wú)法進(jìn)行有效成本分析和成本控制，成本考核舉步維艱。引進(jìn)5D BIM技術(shù)，為該項(xiàng)目在工時(shí)反演、工時(shí)修正、質(zhì)量控制、圖紙審查等方面提供了更多條件。

施工和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用5D BIM技術(shù)，將建筑物的鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)、管道和觀眾區(qū)域的信息進(jìn)行三維可視化，以便更好地了解建筑物的整體布局。此外，還利用三維演示來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑物的碰撞和空間不匹配，以減輕圖紙審核的負(fù)擔(dān)。通過(guò)5D BIM的三維立體展示，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程有更精細(xì)的了解，從而更快地確定加工和安裝的步驟，從而有效地提高施工效率，并有助于提前完成任務(wù)。通過(guò)軟件的施工模擬功能，可以清晰地展示施工工藝和進(jìn)度，從而有效地實(shí)施流程管理，優(yōu)化施工方案和進(jìn)度安排。在成本管理上，由軟件直接生成準(zhǔn)確工作量，減少預(yù)算部門(mén)工作時(shí)間和產(chǎn)生的誤差，加快工程結(jié)算和決算的進(jìn)度。

4 5D BIM技術(shù)管理應(yīng)用的制約因素

4.1 BIM方面技術(shù)人才不足

2021 年發(fā)布的《上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報(bào)告》顯示，我國(guó)建筑業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)不可避免[6]。BIM、CIM 等技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視，全國(guó)對(duì)BIM 技術(shù)的人才需求量高達(dá)130 萬(wàn)人。5D BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展雖然強(qiáng)勁，但是在支持BIM 技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，還需要一個(gè)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專(zhuān)業(yè)BIM 團(tuán)隊(duì)。由于施工人員的流動(dòng)性較高，BIM 團(tuán)隊(duì)的組建困難，業(yè)主無(wú)法在施工中很好地使用BIM 技術(shù)，經(jīng)常存在施工工人經(jīng)BIM 技術(shù)培訓(xùn)后就離開(kāi)等問(wèn)題，使得業(yè)主不愿投入資金培養(yǎng)。

4.2 可提供咨詢(xún)平臺(tái)較少

5D BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)院和建設(shè)單位的工程建設(shè)實(shí)施中發(fā)揮著重要作用，但是在國(guó)內(nèi)5D BIM咨詢(xún)管理平臺(tái)仍然相當(dāng)稀缺[7]。隨著技術(shù)的發(fā)展，5D BIM 技術(shù)管理平臺(tái)的R＆D 和應(yīng)用已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，它不僅可以幫助建設(shè)單位更好地管理項(xiàng)目，而且可以為工程咨詢(xún)單位提供更加全面、專(zhuān)業(yè)的服務(wù)，使其在決策階段具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，從而提高工程建設(shè)的效率和質(zhì)量。

4.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范不健全

目前，我國(guó)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范滯后于5D BIM 技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)據(jù)資料、信息管理的職責(zé)及技術(shù)規(guī)范沒(méi)有健全的標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范可供參考或依據(jù)。而施工參與者需要有效利用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工，將BIM 技術(shù)融入施工管理的現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，急需政府機(jī)構(gòu)和行業(yè)主管部門(mén)制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范。

4.4 國(guó)內(nèi)應(yīng)用費(fèi)用高

對(duì)比CAD 制圖，5D BIM 模型的好處顯而易見(jiàn)，但是業(yè)主、設(shè)計(jì)師和施工方往往不愿增加投資。5D BIM技術(shù)平臺(tái)的維護(hù)和技術(shù)人員的引入，會(huì)造成初期成本的一定增加，項(xiàng)目各方不愿承擔(dān)這一部分的高昂費(fèi)用，導(dǎo)致行業(yè)中5D BIM技術(shù)推廣緩慢。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)施工管理在進(jìn)度與成本管理方面存在一定的問(wèn)題，通過(guò)引入5D BIM 技術(shù)，可以在電腦上對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)間和成本的模擬，預(yù)測(cè)出各個(gè)工序的時(shí)間和費(fèi)用，并進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)5D BIM,可以在項(xiàng)目早期就對(duì)施工進(jìn)度和成本進(jìn)行合理的規(guī)劃和控制，從而減少項(xiàng)目的延誤和超支；項(xiàng)目參與各方可以在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行信息共享和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師、施工人員和業(yè)主之間的實(shí)時(shí)溝通和協(xié)作，減少信息傳遞的誤差和延遲；而且5D BIM技術(shù)還可以提高成本分析的效率和精確性，提高投標(biāo)前或工程進(jìn)行中的現(xiàn)金流量預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度，對(duì)多項(xiàng)目進(jìn)行的施工單位，能協(xié)助其更準(zhǔn)確地預(yù)估財(cái)務(wù)狀況，使?fàn)I運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。雖然5D BIM技術(shù)已在天津永利大廈、珠海歌劇院等項(xiàng)目上成功應(yīng)用，但還尚存技術(shù)人才不足、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范不健全等制約因素有待進(jìn)一步解決。