基于BIM的高速公路施工項目模塊化總控管理研究

摘" 要：針對高速公路項目施工過程復雜、參與單位眾多、目標管理難度大等問題，該文以BIM信息化平臺為載體，采用BIM技術與模塊化技術構建BIM模塊化管理模型，搭建集數據采集、數據處理與數據應用一體化的BIM模塊化總控管理平臺。該文設計模塊化管理項目組織，通過施工現場綜合管理模塊、施工進度總控管理模塊、施工成本總控管理模塊和質量安全總控管理模塊共享工程信息，方便利益相關方了解實際施工情況，合理安排施工任務與資源，有助于促進施工過程模塊化管理，推動建筑業工業化的發展進程。

關鍵詞：高速公路；施工項目；BIM；模塊化；總控管理

中圖分類號：TU17" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）25-0037-05

Abstract： In view of the complex construction process， many participating units and difficult target management of highway project， this paper takes BIM information platform as the carrier， adopts BIM technology and modular technology to construct BIM modular management model， builds BIM modular master control management platform with the integration of data acquisition， data processing and data application. This paper designs modular management project organization， it is divided into construction site comprehensive management module， construction progress control management module， construction cost control management module and quality and safety control management module to share project information， so as to facilitate stakeholders to understand the actual construction situation and reasonably arrange construction tasks and resources. This will help to promote the modular management of the construction process and promote the development process of construction industrialization.

Keywords： highway; construction project; BIM; modularization; general control management

高速公路施工項目從施工準備階段到竣工驗收過程中涉及眾多參與單位，會產生許多影響建設的工程信息，施工現場管理協調難度大，施工目標不確定性高。為了降低不確定因素的影響，提高高速公路工程項目建設效率，縮短施工工期，降低建設成本，減少碳排放量，我國一直在發展模塊化建筑，不斷提升工程項目建設數字化、信息化、工業化與機械化水平[1]。

模塊化施工能提高施工效率、降低能源消耗、縮短建設周期，實施現澆與裝配相結合的施工模式，能有效提高施工機械化與工業化水平[2-3]。但是目前高速公路施工項目模塊化建設過程中還存在技術標準規范不健全、設計與施工配合度不高、傳統施工管理方式不適應等缺陷，導致模塊化施工的比較優勢并沒有得到充分發揮，反而阻礙了模塊化建筑的發展[4]。模塊化總控管理是基于模塊化思想[5-6]，在工程項目管理人員和施工作業人員對工程施工建設過程足夠了解的情況下，將工程項目施工管理目標劃分成不同的管理模塊，要求參與建設的工作人員實時采集并共享施工過程信息，經過集中分析與優化后，通過不同的施工管理模塊共享工程目標動態信息，方便利益相關參與方了解實際施工情況，增強參與方間的溝通與協作，從而提高施工管理決策的科學性與合理性，提升施工管理的效率與質量，確保施工管理目標能順利實現。BIM技術的出現與發展有效地鏈接了工程項目設計與施工過程，實現了設計成果三維可視化交付，能提高利益相關方對工程項目的理解，打破參與方間的信息孤島，促進施工過程信息共享，增強溝通與合作[7-8]。因此，基于BIM信息化平臺，采用BIM技術與模塊化技術對高速公路施工項目進行模塊化總控管理，將能有效降低施工過程中的不確定性，提高施工管理決策的科學性與合理性，加速建筑業工業化的發展進程。

1" 基于BIM的高速公路施工項目模塊化總控管理模式

1.1" 基于BIM的高速公路施工項目模塊化總控管理基本思路

高速公路施工項目模塊化總控管理是以BIM信息化平臺為載體，采用BIM技術與模塊化技術構建BIM模塊化管理模型，搭建集數據采集、數據處理與數據應用為一體化的BIM模塊化總控管理平臺。在此基礎上，根據模塊化施工與協同管理原理，結合工程項目施工管理內容與目標，劃分施工管理模塊，然后利用無線射頻技術、傳感技術等收集施工過程信息，對施工管理目標信息集中分析與優化后，按照施工管理模塊共享工程目標動態信息，方便利益相關方了解實際施工情況、計劃施工情況及其偏差，從而達到增強參與方間的溝通與協作，合理安排施工任務與資源，避免信息孤島造成施工管理決策失誤，提高施工管理集約化程度，降低施工過程不確定性，保障施工管理目標能順利實現的目的[9]。

1.2" 基于BIM的高速公路施工項目模塊化總控管理總體框架

根據工程項目模塊化建設與協同管理流程，搭建集數據采集、數據處理與數據應用一體化的BIM模塊化總控管理平臺，在此基礎上，利用無線射頻技術、網絡通信技術、傳感技術等采集項目建設過程中的工程信息，并對這些信息進行分析與優化，然后將處理后的工程信息附著于BIM模塊化施工模型，并按照工程項目施工管理目標模塊共享施工信息，從而提高利益相關方之間的信息共享程度，實現施工目標模塊化管理的目的[10-11]，總體框架如圖1所示。

數據采集階段主要是利用BIM技術將設計階段和施工階段有機銜接，構建BIM施工模型[12]。在此基礎上，協同建設方、設計方、施工方和預制加工方等參與方按照獨立性、經濟性、集成性和通用性原則分解BIM施工管理模型，形成BIM模塊化施工管理模型，確定各模塊管理需要的數據類型，明確數據分類的標準。參與方根據工程項目建設的階段和模塊管理的需要，利用無線射頻技術、傳感技術等先進技術實時采集工程信息數據，同時將采集到的信息傳輸到BIM信息化平臺，實現工程信息共享，為進一步分析與優化施工過程，提供及時可靠的數據資料。

數據處理階段的主要目的是通過對收集到的工程項目數據信息進行集成分析，實現工程項目數據的存儲、集成、分析和更新，仿真模擬與優化工程項目建設過程，科學合理配置施工資源，實現模塊化總控管理。通過以BIM模型為載體，搭建各類信息數據通用接口，實現各參與方都可以將項目各階段的工程項目信息集成附著于BIM模型，方便對各專業工程師設計的模型進行碰撞檢查與優化。通過模擬施工過程，驗證施工方案的可行性與科學性，模擬施工進度與施工成本管理過程，提高施工進度與施工成本動態管理的能力。此外，還可以結合工程項目各階段參與建設單位的需要，有針對性地形成工程項目模塊化幾何設計模型、施工模型、進度管理模型、成本管理模型和質量安全管理模型等信息模型，最終形成集設計、施工、管理于一體的BIM綜合模型。

數據應用階段主要是以BIM模塊化管理模型為載體，利用BIM信息化平臺共享施工信息數據，方便參與方查看、修改與更新數據，達到增強信息溝通交流，提高參與方的協同程度，減少或避免因信息不對稱而產生工程建設沖突的目的。基于數據處理階段形成的碰撞檢查、施工模擬、動態管理功能模塊，采用無線射頻技術、傳感技術等先進技術跟蹤監測各功能模塊實際實施情況，為模塊持續調整與優化提供動態數據支持，實現從施工實時數據、目標動態管理、參與方協同工作3個維度精確掌握工程項目施工建設管理實施情況，提高模塊化總控管理方的效率與質量。

2" 基于BIM的高速公路施工項目模塊化總控管理專項設計

2.1" 項目組織管理

模塊化總控管理是在BIM信息化平臺上采用現代化管理方法，利用BIM技術與模塊化技術將工程信息集成管理，從而達到提高工程項目施工管理效率與質量的目的，而項目組織結構模塊化是實現信息高效集成管理的前提，因此，科學合理的模塊化項目組織結構，將有助于提高施工項目信息集成管理的科學性。高速公路項目建設周期長，涉及眾多環節與參與單位，施工過程較復雜，傳統的施工管理組織結構已經不能滿足模塊化總控管理的需要。模塊化項目組織結構是在高速公路施工項目建設過程中根據施工建設內容、管理層級與模塊功能設立不同的管理部門，確保各模塊功能都有專業的管理部門負責，保障施工項目能夠順利按照模塊化、規范化與標準化進行建設。根據高速公路施工項目模塊化施工流程與管理內容，構建模塊化項目組織管理機構，如圖2所示，其中項目總控管理單位全面負責單位模塊和區域模塊；項目經理負責項目模塊全過程，包括任務模塊劃分、模塊構件生產、模塊施工方案、合同管理和財務管理等；工程技術部負責模塊化施工技術方案的選擇與優化，采用的模塊化施工方案必須經技術總工批準；工程質量部負責監測施工質量，定期檢查分析各模塊的質量，并報告質量檢查情況。

2.2" 施工現場綜合管理

施工現場綜合管理是以現代化管理理念，采用無線射頻技術、傳感技術等先進的技術手段，全面監測與采集施工現場信息，并將采集到的工程信息及時與BIM模型關聯，實現集成智能分析，方便施工管理人員及時有效發現施工現場發生的問題及其時間和位置，預測問題的發生是否影響整體施工管理目標的實現，從而采取科學合理的措施，模擬采取優化方案的實施效果，流程如圖3所示。

2.3" 施工進度總控管理

傳統的施工進度管理主要依靠管理人員根據工程量、施工定額及可投入施工資源數量編制施工進度計劃，利用管理人員的工作經驗確定施工關鍵節點，采用紙質記錄施工進度實際情況的方式，主觀判斷施工進度是否滿足實際需要，這種施工進度管理的方式缺乏科學性，及時性和可靠性較差，不利于管理人員精確掌握實際施工進度及其偏差，施工進度目標得不到有效的保障。根據高速公路施工項目模塊化施工方案，將BIM施工模型與時間維度和施工資源信息整合，形成施工進度管理模型。在此基礎上，采用BIM技術模擬施工過程，能提前發現各模塊施工資源的利用情況，檢查是否存在施工工序錯亂，論證計劃工期是否科學合理。在施工過程中，利用無線射頻技術、傳感技術等采集施工構件運輸信息與施工進度信息，對這些工程信息進行集成分析，統計模塊單元已經花費的施工工期，預測符合實際的施工效率與施工進度，重點關注關鍵節點處施工進度情況，全面實時監測施工進度與動態控制的情況，確保施工進度順利。當實際施工進度與計劃施工進度產生的偏差在工程項目施工管理允許范圍的時候，需要提醒相關單位關注產生偏差的工作任務；當實際施工進度與計劃施工進度產生的偏差超過工程項目施工管理允許范圍的時候，需要協同涉及到的參與單位共同分析產生偏差的原因，協商提出優化方案，同時督促相關單位落實優化方案，確保模塊化施工順利進行，保障施工進度目標能順利實現，流程如圖4所示。

2.4" 施工成本總控管理

施工成本管理的主要目的是保障施工資源被合理利用，提高工程項目的性價比，科學合理地安排施工資源，提高施工資源的利用率，能夠有效提高工程項目的經濟效益[13]。施工成本總控管理是在工程項目總控管理的基礎上建立的成本管理模式，能夠為總控管理領導提供及時準確的施工成本數據，提高領導決策的科學性與針對性。高速公路施工項目模塊化建設過程中，需要多次計算與統計各類工程量，可以利用BIM技術自動計算與統計工程量，同時實時監測記錄各類施工資源動態消耗情況，及時查看與成本計劃出現偏差模塊單元的施工進度情況，分析產生偏差的原因，及時采取糾偏措施。通過對工程項目動態成本數據統計，實時共享施工資源利用情況、施工進度、已完成工程量等施工成本相關信息，方便施工作業人員和管理人員根據實際需求查詢工程成本數據，對比分析成本進度計劃與實際成本進度情況，并根據成本偏差優化施工資源利用方式，確保實際施工成本處于可控范圍內，最終實現施工成本目標，流程如圖5所示。

2.5" 質量安全總控管理

質量與安全是高速公路施工項目建設管理的核心，只有質量符合設計方案和國家強制性標準，施工建設活動才具有價值，而施工安全關乎到施工建設活動中人的生命財產安全，一旦發生安全事故，不僅影響項目的進度與成本，甚至還會造成人員的傷亡[14]。施工質量與安全的管理都需要重點關注事前控制，盡量避免事中控制和事后控制。高速公路施工項目建設前期，通過編制施工質量控制方案和施工安全管理方案，利用BIM技術模擬與優化施工過程中質量安全管理過程，合理配置質量安全管理資源，確保施工質量與安全。施工建設過程中，要求各參與方以施工前編制的施工質量安全管理方案為依據，嚴格控制進場施工材料設備的質量，全面采集和監督施工質量安全數據，實時上傳質量安全數據到BIM信息化平臺，共享施工質量安全動態信息，方便質量安全管理人員及時獲取質量安全信息，科學合理分析質量安全狀態，動態預測質量安全變化趨勢，從而采取合理措施避免質量安全事故，流程如圖6所示。

3" 結束語

高速公路工程項目建設存在施工過程復雜、參與單位眾多、信息管理難度大等問題，本文以BIM信息化平臺為載體，采用BIM技術與模塊化技術構建BIM模塊化管理模型，搭建集數據采集、數據處理與數據應用為一體的BIM模塊化總控管理平臺，在此基礎上，組建模塊化項目管理組織，實施施工現場綜合管理，模擬施工建設過程，實行按照施工現場綜合管理模塊、施工進度總控管理模塊、施工成本總控管理模塊和質量安全總控管理模塊顯示工程信息，方便利益相關參與方了解實際施工情況，合理安排施工任務與資源，從而達到提高施工資源利用率、降低施工成本、保障施工管理目標實現的目的。研究結果將有助于促進類似工程項目的施工過程模塊化管理，提高施工項目目標管理能力，推動建筑業工業化發展的進程。

參考文獻：

[1] 高路.設計施工一體化項目管理的綠色BIM工作方法[J].施工技術，2017，46（15）：128-133.

[2] HENDERSON R，CLARK K． Architectural innovation： The reconfiguration of existing product technologies and the failure of established firms[J]. Administrative Science Quarterly，1990，35（1）：9-30.

[3] DESS G G，RASHEDD A M． The new corporate architecture[J].Academy of Management Executive，1995，9（3）：7-18.

[4] 李蕾，王昊，王寧.基于BIM的模塊化設計與建造技術在建設工程中的應用現狀[J].有色設備，2023，37（4）：57-60.

[5] STARR M K． Modular production： A new concept[J]．Harvard Business Review，1965，43（6）：131-142.

[6] 青木昌彥，安藤晴彥.模塊時代：新產業結構的本質[M]．上海：上海遠東出版社，2003：1-156.

[7] 潘存瑞，吳星蓉，周磊，等.BIM技術在裝配式鋼結構建筑設計及施工中的應用[J].中國建設信息化，2023（5）：62-65.

[8] 龔加有，謝洪濤，陳隨海，等.BIM與LSM技術在高速公路工程施工進度管理中的應用研究[J].項目管理技術，2019，17（8）：94-97.

[9] 劉金博.模塊化總控管理體系在工程項目管理中的應用——以大型交通基礎設施項目為例[J].建筑經濟，2023，44（6）：34-42.

[10] 周劍毅，邵利凱，冉維波.復雜項目群的投資進度總控管理研究——以溫州市域鐵路S1項目為例[J].建筑經濟，2019，40（6）：56-61.

[11] 王巧雯，張加萬，牛志斌.基于建筑信息模型的建筑多專業協同設計流程分析[J].同濟大學學報（自然科學版），2018，46（8）：1155-1160.

[12] 寇園園，劉凱.基于BIM技術的裝配式建筑精細化施工管理研究[J].工程管理學報，2020，34（6）：125-130.

[13] 熊小華，楊璐，劉安，等.PLM理論在項目管理與監理一體化模式下的項目成本管理研究[J].公路，2023，68（9）：295-300.

[14] 韓輝，王祥，張二強，等.橋梁工程施工安全模塊化管理研究及應用[J].施工技術，2015，44（S2）：163-166.