建設工程BIM項目管理平臺探索和應用研究

趙國林（上海建工四建集團有限公司， 上海 201103）

在互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)整合分析的社會信息化發(fā)展背景下，作為新興的建筑工程技術，BIM （建筑信息化模型）在民用建筑工程尤其是大型建設工程中得到了廣泛應用。BIM 在中國的全面應用將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設計和工程質量及效率顯著提高[1]。以BIM為核心的建設工程項目管理平臺逐漸在工程建設中嶄露頭角。通過BIM模型的建筑幾何構件形體與相關動態(tài)信息的可視化結合，將工程項目建設的進度、質量、安全、運維保障及各單位的管理協(xié)調情況通過一個統(tǒng)一化的數(shù)字信息平臺進行整合和管理，從而消除和減少傳統(tǒng)建設工程項目管理和運維管理長期存在的信息不對稱和缺失、溝通障礙等問題，提升工程品質。

1 研發(fā)BIM項目建設工程管理平臺的意義

基于BIM的建設工程項目管理平臺是通過引入建筑業(yè)標準化、工業(yè)化、信息化和可持續(xù)發(fā)展過程中的新的信息體系框架、發(fā)展戰(zhàn)略和應用模式，通過研究工程4D信息模型，建立相應的工程信息集成機制，支持不同應用系統(tǒng)之間（尤其是項目管理系統(tǒng)之間）的數(shù)據(jù)交換與共享，實現(xiàn)工程信息的集成化管理，為提高工程質量、降低成本、優(yōu)化資源、保證施工安全、節(jié)約能源和保護環(huán)境提供信息化手段。

BIM 項目管理平臺作為建設工程的施工指揮平臺，具有以下優(yōu)勢：可以提高項目總承包部門的管理水平，促進各參與方之間的有效交流和溝通；直觀、準確、動態(tài)地模擬施工方案，為施工方案的選定提供決策支持；應用系統(tǒng)精確地計劃和控制每月、每周、每天的施工進度和操作，動態(tài)地分配所需要的各種資源，減少或避免工期延誤，保障資源供給；對工程施工進度進行可視化模擬，及時發(fā)現(xiàn)并調整施工中的沖突和問題，提高施工質量，減少返工；在4D施工管理過程中，通過BIM施工模型工程信息擴展，直觀的 3D 實體信息查詢，提高施工信息管理的效率；對施工進度、工程量及資源、成本進行動態(tài)查詢和對比分析，有助于全面把握工程的實施和進展；整個工程的BIM4D 可視化模擬和安全分析模塊有助于保障施工安全，提高施工管理水平和工作效率。

2 BIM項目建設工程管理平臺的系統(tǒng)架構特點

2.1 用戶管理

基于網(wǎng)絡的多用戶管理，系統(tǒng)的管理者為工程項目不同管理部門和參與方配置了不同的權限，允許多用戶在網(wǎng)絡上對系統(tǒng)進行操作。根據(jù)項目的管理工作流配置賬戶權限和平臺編輯權限確保信息的安全性和傳遞的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)接口

系統(tǒng)平臺擁有基于國際通用標準的BIM模型IFC格式數(shù)據(jù)接口，支持設計和施工的信息交換共享，通過研究IFC標準對BIM模型進行真實表達。應用IFC屬性擴展機制對實時動畫進行描述，建立基于IFC標準的建筑物真實感模型及動畫模型。在模型研究的基礎上，運用 Open GL 技術進行建筑物真實感渲染和場地實時動畫功能進行開發(fā)，實現(xiàn)逼真的BIM模型及實時動畫，支持建筑施工過程虛擬仿真。IFC格式轉化流程如圖1所示[2]。

圖1IFC格式轉化流程

建筑物以及施工現(xiàn)場BIM模型與施工進度計劃建立雙向鏈接，將勞動力、材料、機具、成本等相關資源信息集成在平臺的信息模型中。

2.3 圖形平臺

平臺的圖形展示采用自主開發(fā)的基于 Open GL的圖形平臺，增強了4D可視化模擬效果?？紤]到資源平衡和用戶需求，各用戶可以根據(jù)不同的工作內容在平臺內呈現(xiàn)不同的工作界面，結合圖形、圖標及工作向導等多種表現(xiàn)形式，便于用戶操作和使用。

2.4 算法分析

擁有對場地設施、工程構件碰撞檢測以及施工進度和資源的沖突分析等安全分析功能。系統(tǒng)在BIM4D 施工模型基礎上，采用了邊界描述法對施工場地進行整體描述，針對場地設施實體的幾何特征、外觀表現(xiàn)、運動規(guī)律及時變化特征，建立施工場地設施的時空模型。通過改進并應用簡化層次包圍盒判斷算法、集成空間分解與占用的精確碰撞檢測算法，實現(xiàn)了施工設施之間、設施與結構之間的物理碰撞檢測。同時將BIM4D 模型與資源信息有效掛接，建立了包含資源信息的施工信息集成模型，在此基礎上采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡算法實現(xiàn)施工進度的里程碑分析、機電優(yōu)先級計算、資源沖突管理等功能。

結合建筑工程項目施工的管理需求，以 WBS （工作分解結構）為核心，實現(xiàn)了4D施工進度管理。4D 施工進度管理是將建筑物結構構件的 3D 模型與已有進度計劃的各種工作相對應，建立各構件之間的繼承關系及相關性，最后動態(tài)地模擬這些構件的變化過程[3]，尤其適用于大型復雜工程的施工進度管理。

3 基于BIM的項目建設工程管理平臺的實際操作應用

3.1 項目特點

在上海虹橋國際機場東航基地（西區(qū)）二期配套工程中采用了基于BIM的建設工程項目管理平臺。該項目的特點是體量大（約 26 萬 m2），建筑構造體系多（包括混凝土剪框結構、鋼結構、地下室通道頂管結構、鋼連橋結構等），涉及的專業(yè)分包多，管理和協(xié)調工作量大。

3.2 系統(tǒng)部署

BIM建設工程項目管理平臺按照管理層次將賬戶分為業(yè)主、設計、顧問、監(jiān)理、總包、分包 6 個層級。總包作為總建設工程項目信息收集和集成者，構筑與建設工程合同相關的BIM模型并錄入平臺，將業(yè)主、設計、顧問、監(jiān)理的往來文件、會議紀要、備忘錄納入平臺資料庫，反饋至平臺的4D 信息模型上。各分包將自己建造合約范圍內的BIM模型錄入平臺并持續(xù)更新信息。

因為項目體量大，所以為了保證系統(tǒng)運行的高效性，根據(jù)建設特點，合同工作面將平臺的4D信息模型劃分成若干個子信息模型并配置相應的訪問權限，以提高平臺的訪問和更新效率。本項目BIM土建毛坯模型如圖2所示。

圖2 土建毛坯模型

項目管理平臺的登錄訪問采用客戶端統(tǒng)一訪問固定服務器 IP 地址的形式，保證登錄與更新的便捷性和及時性；服務器數(shù)據(jù)設置定期備份，周期為 2 d 一次，確保數(shù)據(jù)的安全性。

整個系統(tǒng)由基于BIM的4D施工管理系統(tǒng)和項目綜合管理系統(tǒng)兩大部分組成，分別設置為 C/S（一種軟件系統(tǒng)體系）架構和 B/S（一種瀏覽器/服務器模式）架構。兩者通過系統(tǒng)接口無縫集成，建立管理數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接，實現(xiàn)了基于BIM數(shù)據(jù)庫的信息交換與共享[4]。系統(tǒng)整體架構如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體架構

總包根據(jù)項目現(xiàn)場實施進度情況每周更新一次平臺模型。施工階段，BIM模型被導入到 4DBIM中，進行工作結構分解，與施工進度相鏈接，并與施工資源（勞動力、材料、機具、成本）信息以及質量、安全、場地布置等工程信息集成一體，生成4D施工信息模型，存入BIM數(shù)據(jù)庫，形成可供業(yè)主與設計方、施工方和監(jiān)理方協(xié)同工作的BIM數(shù)據(jù)平臺[5]。

結合項目的進度計劃實施4D模擬，用以調整場地布置、物料供應、勞動力分配、形象進度匯報（結合進度計劃在BIM模型里通過不同時間段進行填色，以BIM模型方式匯報項目進度情況）。

使用平臺的碰撞檢測功能，結合建造圖紙和BIM模型發(fā)現(xiàn)圖紙中的“錯、漏、碰、缺”，形成報告，在協(xié)調會議上逐條協(xié)調解決，并將結果反饋至管理平臺?，F(xiàn)場問題上傳記錄照片和批注如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場問題上傳記錄照片和批注

業(yè)主、設計、顧問、監(jiān)理對于現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的建造質量問題可以拍照上傳至平臺并設置提醒消息推送給總包方，從而實現(xiàn)消息平臺通道的統(tǒng)一化、及時性和全面性。

在舉行協(xié)調會議時，為節(jié)約會議時間，一般會采取分組、分專業(yè)的探討形式，在登錄統(tǒng)一BIM項目管理平臺時可以有效提升溝通的效率，便于追溯以往的問題記錄，并保證在分散進行會議時各個會議的溝通結果和紀要統(tǒng)一納入 BIM項目管理平臺，以確保信息的完整性和可靠性。對于暫時未能解決的問題，在平臺內設置定時提醒，直至解決。工作流程如圖5所示。

圖5 工作流程

3.3 問題和不足

在BIM項目管理平臺實施過程中，因為建設工程輸入的信息量大以及對傳統(tǒng)項目管理工作流程有所改進，所以平臺初期投入使用時會增加一定工作量，如：部分現(xiàn)場照片和批注上傳輸入到平臺時，因項目臨近機場，網(wǎng)絡信號會受干擾，可能會導致輸入失?。黄脚_操作和更新輸入需要一定時間培訓和后期技術跟蹤支持，管理者也需要一定的適應時間。

4 結 語

隨著信息化建設不斷深入，傳統(tǒng)建設工程項目管理模式向著數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡化轉型將是大勢所趨。作為新興的建筑信息化技術，BIM平臺將從 2D 到 3D、4D 的視覺信息，從紙質到電子的資料信息整合在統(tǒng)一的模型中。因此，將BIM技術與項目管理工作有機結合，可以提升建設工程項目管理的水平。雖然目前BIM項目管理平臺尚缺少統(tǒng)一的標準和成熟的指導文件，但在上述工程案例中，BIM項目管理平臺的應用實現(xiàn)了不同建設階段、不同專業(yè)的業(yè)務協(xié)同，為建設工程項目管理向數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡化方向轉型積累了經(jīng)驗，具有一定的先進性和前瞻性。