數字化工具在建筑工程管理中的應用

文／劉驥 北京城建八建設發展有限責任公司 北京 102218

引言：

隨著現代信息技術的發展，智能化、數字化的工程管理模式應運而生。數字化工程管理利用網絡技術獲取、傳輸、處理、再生和利用大量的信息。該管理模式能有效縮短施工周期，降低生產成本，提高生產效率[1]。采用科學的管理模式是時代發展的需要，也是社會發展的體現。因此，我們應逐步建立數字化工程管理技術系統，將工程項目與數字化技術結合起來，以建立一個更方便、更具環境友善的工程項目為目標。

1.建筑工程管理及數字化管理簡述

1.1 工程管理的概念及特點

項目管理是指合理配置資源、物資、資金、人力、土地、環境和信息，以實現預期目標，并對項目概念、決策設計、施工、組織和運行過程進行控制。項目管理具有系統性、綜合性、復雜性等特征[2]。第一個特點就是系統性。系統就是將多種方法有機地結合在一起，形成一個完整的系統。在此基礎上，提出了一種基于多層次、的綜合方法，以達到工程整體目標的方法。在目前的項目管理實踐中，系統是不可或缺的，它是項目管理理念的精華所在。第二個特點是綜合性。建設工程是一種復雜的活動，要做好一項工作，就需要一定的工藝、材料和單位。所以，在項目的執行過程中，必須對項目的各項要素進行全面的考量。同時，它還表現為：既要充分地使用資源，又要與周圍的環境相適應。第三個問題是復雜度。項目管理是一項非常繁瑣的工作，它要求有廣博的學科背景做支持。由于項目自身具有諸多的不確定性與不確定性，因此，如何在多種要素的限制下，由具有多種經驗與知識的員工共同協作，才能達到設計目的。所以，相對于普通的管理而言，項目管理是一個高度復雜的過程。

1.2 數字化工程管理及特點

所謂“數字項目”，就是運用現代科技、數字手段，使項目的整個流程規范化、自動化。信息化、自動化、集成化和可視化是其重要特征[3]。第一個方面就是信息技術。通過收集、分析、處理與項目管理有關的數據，對建設項目進行全方位的監督與管理。第二個方面就是自動控制。利用計算機、傳感器和自動化裝置等先進的科技方法，對項目進行全過程的控制和控制。第三是集成化。通過整合項目所需要的各類信息，達到資源的共享與高效溝通，從而達到項目的高效管理。第四個方面是可視化。利用可視化接口及圖表分析等手段，將整個工程的進展情況及狀況以最直接的方式呈現給管理者。

2.建筑工程實施數字化工程管理的必要性

目前，我國工程建設的現狀是：施工方法單一，人工作業效率低下。在建設過程中，如果操作不當或缺乏規范，很可能會引起項目建設中的一些問題，因此很難滿足相應的要求，甚至會引發安全事故。為降低工程安全風險，應對工程質量進行嚴密的管理。數字化技術正是在這樣的大環境下，在建筑施工中得到了廣泛的運用。將數字化科技運用到建設工程中，可以建立起一個虛擬的建筑物模型，對工程建設的可行性和存在的問題進行研究，并將相關的工程軟件運用于工程的全過程，得出合理的結構設計參數，提出優化的結構設計方法。項目的數字管理能顯著提高項目的管理工作效率，降低人員的浪費，加速項目的進程，減少項目的費用，降低項目的風險。此外，該系統還能對施工現場進行實時監測和信息反饋，幫助管理人員在施工中發現存在的問題，并提出相應的對策，確保施工進度的正常進行[4]。

3.工程管理數字化關鍵技術

3.1 BIM+GIS 技術

隨著BIM 的廣泛使用，僅采用BIM 的建設項目日漸增多，而BIM 與其它先進的技術和體系的融合也日益受到重視。而BIM+地理信息系統則是一種新的探索。GIS 技術是一種基于地理空間的計算機技術系統，利用地理模型分析方法實時提供各種空間和動態地理信息。BIM 是基于3D 數字化的工程數據模式，整合了建筑工程的各類相關信息。BIM 可以將工程有關的信息詳盡地表示出來，這也是數字化技術在建設中的具體表現[5]。

3.2 數字孿生技術

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，將多學科、物理量、規模、概率等綜合到虛擬空間中，反映相應物理設備整個生命周期的過程。這種技術是一種超越現實概念的數字繪圖系統，可以被看作是一個或多個重要和相互依賴的設備系統。

3.3 人工智能技術

人工智能是一種模擬人類智能的計算機技術。它包括能夠感知、理解、推理、學習、創造和解決問題等活動。人工智能的基本方法包括符號推理、機器學習、進化算法和神經網絡。

4.數字化工程管理的優化策略

4.1 建筑結構解構

建筑物的構造是相當復雜的。對工程建設進行解構性研究，是正確把握工程建設的關鍵。對建筑物進行高效的解構性分析，有助于掌握建造過程、便利建造、改善建造條件、加深對建造過程的理解。在BIM 的幫助下，工程建設具有模塊化、一體化的特點，使得工程管理從整體上著眼，有了清晰的目標。在此基礎上，對每一個構件進行重構，使其能夠被辨識與集成，進而達到對其進行高效的控制。利用數字科技，可以建立建筑物的結構模型，識別施工過程，并對工程進度進行控制，從而實現對工程進度的有效控制。

4.2 模塊特性優化

在工程建設過程中，要充分發揮其各自的特色，并對其進行合理的構造，才能確保工程建設的順利進行。項目成本控制模型是一個實例，它能編制項目成本預算，改進建設項目的管理方法。此外，還要編制項目成本報表。在工程造價中，確保造價穩定性的一個重要環節就是工程量清單的統計。采用數字化管理技術，實現了建材采購成本的有效管控，選用性價比較好的建材用于工程建設，實現了工程建設的穩步提升。

4.3 構建良好平臺

在工程建設中運用數字化管理，必須借助信息化平臺，將工程建設中的各項數據有機地集成起來，以達到對工程建設全過程的有效控制。所以，在進行數字化管理的時候，首先要建立一個良好的平臺。通過建立項目建設的信息系統，使項目建設的全流程化管理成為可能。通過該系統，可以對工程進度進行實時監測，從而對工程進度進行有效的控制。在建立系統的時候，要注意建立系統的數據結構，采用規范的形式保存，確保系統的運行。在此基礎上，實現了系統中的顯示與管理信息的高效交互。

4.4 落實工程管理

在項目的建設過程中，為了實現項目的信息化，必須采集施工數據，以便更好地進行項目的建設計劃。在工程建設中，要運用精細的方法進行工程進度的管理，才能有效地掌握工期，從而達到預期的目的。利用數字化的手段，可以對整個建設進程進行實時監測，對可能出現的工程風險進行預測和防范，從而減少工程建設的風險。提高了數據的科學管理水平，可以實現項目的最優控制，提高項目的效益。

4.5 加強施工驗收

數字化管理能有效地完成工程進度的檢查、合理地控制工程的質量，確保工程順利進行。在工程建設中，要嚴格按照工程質量規范來進行工程質量綜合管理，是一項十分困難的工作。在工程驗收階段，要對測量的準確性進行嚴格的監控。例如，對門窗安裝進行仔細查驗，確保了門窗的安裝在了合適的地方，確保所有的門和窗結構都能滿足要求。該系統能實現對建筑質量的檢測，并能實現對建筑工藝參數的精確標定，確保建筑過程的合理性和有效性。建筑工程是數字工程建設的一個主要環節，要有規范的工程驗收數據庫，還要結合工程實例進行比較，對建筑工程進行規范化檢驗。

4.6 施工信息反饋

在建設過程中，通過對工程建設過程中的動態監測與信息進行及時的監測與反饋，能夠有效地提升工程建設的質量與效率，從而有效地解決工程中出現的問題。在工程建設活動中，會生成大量的數據，要從中挑選出有用的數據，才能對工程進度實施有效的控制，提升工程的管理效率。利用數字化技術，實時掌握工程建設情況，針對工程中存在的問題，給出相應的對策。以信息回饋為導向，加強各單位之溝通溝通，以達到提高作業效率與作業要點之目的。通過對工程質量的評價，可以對工程建設進行檢驗，提高工程的管理水平。

4.7 建筑目標管理和安全控制

在工程建設中運用數字工程，必須確立明確的目的、強化工程建設的全流程控制、強化工程控制計劃的整體性，確保工程的安全是工程建設的首要任務。比如，可以利用圖像識別技術對施工人員的著裝進行檢驗，以便確認他們是否適當地穿戴頭盔和保護服裝，并且采用相應的安全預防措施，為降低施工現場對施工人員的人身安全造成的沖擊。同時要加強對工程建設的控制，制定規范化的管理方式，防止工程質量問題的發生。同時，要注意提高工程建設的效益，將數字模型進行集成，以保證工程的總體效益。

5.數字化工具工程管理中的應用實踐

5.1 工程概況

某大型工程施工項目概算投資3.9827 億元，施工工期36 個月。工程項目施工復雜，施工難度大，技術要求高，工期緊，交叉作業多，對于項目管理提出了較高的要求。近年來，隨著建筑信息模擬技術在國內的推廣，建筑信息模擬技術已成為信息攜帶、可見性和可擴展性的擁有屬性，并在各行各業得到迅速推廣和應用。目前，工程建設管理中的 BIM 技術可以應用于工程三維建模、工程數字化仿真施工（仿真漫游）、碰撞試驗、施工進度論證等方面，可以進步、投資、質量的信息輸入模型，實現信息聯動，大大提高管理的準確性和效率，降低成本。在實際的綜合項目中，最終確定了BIM 進度管理和數字孿生情景應用等數字化管理技術。

5.2 實施過程

5.2.1 參數化建模及編碼

本工程在規范統一、項目基點一致的情況下，利用Revit 軟件導入相應的家族，實現了對項目模型的參數化造型，并賦予模型名稱、位置、體積、材質、設計尺寸等關鍵信息。針對工程結構特征、施工工藝及施工進度，利用Dynamo 將其劃分為若干個部分，并以 BIM 模式分級代碼體系為基礎，以"名字+編號"為基礎，對其進行建模。

5.2.2 進度計劃與清單項的編制

項目開工前，通過BIM 項目管理系統，按年、季、月、周清理施工進度計劃和清單，并可在線編制施工進度計劃和清單。修改和更新計劃和列表項時，可以在最新版本上不斷迭代舊版本。

5.2.3 BIM 模型與進度計劃和清單項的關聯

當項目的進度規劃完成之后，要使項目的BIM 模式和實際的施工資料能夠保持一致，就需要在建立好的項目信息模型之后，以清單項目作為中介聯系。建立項目清單、模型組件和進度計劃三者之間相互聯系的進度控制系統。在確定了項目的具體工作方案之后，基于相同的坐標原理，對項目進行了三維建模，并對其進行了分段，并將其與項目之間的工作項目進行了聯系，將其與 BIM 模型進行了聯系。如圖1 所示。

圖1 BIM 模型和進度關聯圖

（1）進度計劃與清單項的關聯

在工程建設進度表下，每一工作項都與一份或多份合同清單上的一份或多份清單項相聯系，在工程建設進度表下，將各工作項與一份清單項相聯系，使之與施工現場進度管理中的工作項相聯系。

（2）BIM 模型與清單項的關聯

在數模相關模塊中，選擇工程施工進度表下的每個操作項目顯示相關的清理項目，并通過綁定功能將一個接一個的 BIM 模型與清理項目相關聯。

5.2.4 現場管理數據的反饋

關聯后，施工現場工作人員對照承包單，依據施工現場的實際完工情況，在手機上填寫詳細的清單數量。所填寫的資料會被自動地與已分割的各段里程對應的清表上進行同步，并根據相關關系將其傳送到項目的工作項目中。根據各工序間的加權分割，將各工序的完工數量轉換為各工序的完工進度，從而達到了施工現場上與工序之間的聯系。因為BIM 是經過代碼化的，并且本身包含了樁號和數量等屬性，所以在相關的模型中，不僅能夠顯示出項目的設計資料，還能夠將項目的進展情況進行掛接，將施工進程用模型表現出來。對項目的進度進行了真實的反饋和動態仿真。

5.2.5 數字孿生場景的展示

構建數字孿生場景，通過收集到的真實資料，對建筑的各個環節進行3D 仿真，讓參與方能夠更好地理解整個項目的建設進程，從而更好地掌握整個項目的進度。運用偏差分析函數，比較了計劃工期和真實工期，確定了項目的延誤對施工進度的影響，并找到了造成差異的根源，并做出了相應的方案調整。通過單擊該模式，還能看到建筑的詳細情況和進展情況，知道某個特定段落的實際開始時間、完工時間和完成比例，方便快捷地瀏覽有關的信息，從而達到了“數字孿生”的同步。

5.3 應用結果與展望

本項目通過 BIM 技術的成功運用，可以對項目的各個環節進行進度演練，并對其進行合理的調度，確定各個階段的進度指標。在施工期間，對項目的進展情況進行了實時的監測，用模型的色彩將正常完成、延期完成等各種狀態的各種狀態都進行了反映，從而實現了對項目的全方位、全方位的、全方位的展示。該方法克服了以往僅采用2D型的單一方法來進行施工作業的弊端，提高了事故的處置速度，減少了事故的響應速度，受到了廣大參建單位的高度贊揚。通過 BIM 技術，實現信息的協作與分享，使交流、協調的時間縮短了20%左右，極大地提升了企業的經營效率。同時，也為 BIM 的運用提供了一種新的方法。本項目將為我國建筑行業的精細化和標準化管理掃清技術壁壘，為我國建筑行業的健康發展奠定堅實的基礎。

結語：

綜上所述，建筑項目數量龐大、涉及領域廣泛、管理難度大。加強工程項目的質量控制，是保證項目進度、質量、安全、效益的一項關鍵措施。在項目的建設過程中，采用數字技術進行項目管理已經逐步形成了一種發展方向。要切實提高數字化管理的效能，就必須對數字化管理進行深度剖析，正確運用各種先進的科技，從而將工程的實際情況反映出來。為推動建筑業發展，使建筑業信息化、數字化成為可能。本文以實際案例為基礎，將 BIM 與施工過程管理有機地融合起來，建立了施工過程中的“數字孿生”情景，并對其在施工過程中的應用進行了探討，在實際應用中，取得了較好的工程效果。