BIM在公路工程施工管理中的應用價值探究

(長沙理工大學交通運輸工程學院 湖南 長沙 410000)

研究背景

隨著信息化技術的快速發展，大數據時代到來，人們越來越重視信息的處理與管理，只有這樣才能充分利用信息的價值，創造更大的利益。大型的公路工程也越來越多，需要處理的信息更多，BIM技術將一個工程項目的全部信息，賦予在項目設計、施工、運營的整個生命周期中，構建起具有可視化的三維模型，其實質是一個數據平臺，讓工程的每個參與方協同對工程管理，加強交流，跟更加高效的的建設公路工程。目前BIM技術還只在公路工程設計階段應用的探索期,通過構建公路模型數據庫更好的表達工程設計成果，其實在公路工程施工過程應該運用BIM對施工進行指導，對各種施工信息的管理，可以提高施工管理效率，節約施工成本，BIM在公路工程施工管理具有潛力，現在在這方面的研究還比較少，本文特以此為契機研究BIM在施工管理中的應用價值，探究BIM技術在公路工程施工管理中的應用，為以后的研究作出初步的探索。

一、BIM的基本概念及特點

BIM(Building Information Modeling)其實是利用建筑工程的幾何信息、結構建立工程數字模型的一種技術，它強調設計工程的全生命周期中，設計、施工、運營管理，打破了以往的工程的參與方的交流隔閡，促進各方對工程的共同管理，避免出現“信息孤島”，導致工程管理出現不平衡，造成工程的損失。BIM與傳統的設計與管理的不同：BIM設計的模型具有三維可視性，直觀展示工程特性。BIM構建了一個數據庫，支持數據在不同的部門共享交流，消除專業間溝通障礙，更加全面準確表達工程。每個項目參與方在項目的不同階段，通過在 BIM 構建的模型中添加、提取、刪除和修改信息，以用來支持和反映其各自職責的協同作業。一個大型公路工程是集合多項專業的建筑工程，路基路面工程、管涵，橋梁，綠化，排水，因此無論是在設計中還是施工中怎樣將這些工程融合在一起形成一個功能全面完整的工程，這都需要大量人力成本，BIM技術建立的數據庫，將這些專業數據關聯起來，當某一個專業工程進行變動時，我們馬上可以對其相關聯的專業進行變動，大大提高了公路工程施工的效率，BIM的核心就是信息的管理，其在公路工程施工中有極大的應用價值，本文就施工中的各個階段以及每個層次的應用，探究BIM在施工中的應用價值。

二、施工方案的確定及施工方式的優化(可視化施工模擬)

公路工程的專業工程較多，施工起來在各項工程交互上在設計方案通過BIM技術確定后，設計方通過BIM軟件將工程數據傳遞給施工方，施工方可以通過BIM導入實際場地情況，用BIM軟件分析根據施工方的施工技術確定合理的施工方案，進行施工模擬，讓我們可以及時了解而且在施工進行過程，BIM可以進行實時監控，進行可視化施工模擬從而預測到可能發生的問題，施工決策者可以及時采取措施進行糾偏，優化施工方式，這樣可以節約一大筆時間成本以及人工費用，對公路工程成本控制起到了關鍵作用。BIM可以更直觀的確定施工方案，這是傳統施工管理方法做不到的，這是BIM管理的優勢之處。基于BIM建立的施工管理平臺，整合了一個工程的所有信息數據，其中任一時間點的工程信息，包括了工程的幾何信息、工程量、資源的投入量和消耗量、人力和機械設備的調配等，都可以被快速獲取并傳送到信息管理系統中，實現工程施工進度的實時監控，項目管理人員可以根據這些信息數據準確及時地做出項目決策，有效改善傳統管理模式中項目信息無法實時獲取而難以控制項目風險的情況。可視化模擬施工主要以工程信息在公路工程成本管理過程中，通過利用 BIM 信息管理技術作為技術手段進行管理，可以對整個工程施工過程進行實時管理，提高管理效率，減少糾偏措施的采取，降低施工成本。BIM 技術的特點給工程施工建設參與各方帶來了好處與優勢，在進度管理、成本控制、質量管理、資源調配、安全風險管控等多個方面，都具有不俗的應用價值。主要包括 ：基于 BIM 模型的可視化施工施工技術決策；基于 BIM 模型與參建各方的可視化交互；通過 BIM模型的模擬性和優化性，持續改進施工方案和組織設計；與現有施工管理信息化技術手段進行深度整合，借助遠程 BIM云數據庫與現場能設備的數據交互，通過移動互聯網實施施工監控和動態管理，大大提高信息化管理水平。

三、BIM在施工進度管理中的應用(4D-BIM進度管理)

BIM可以構建三維可視化的工程模型，這個構建的模型不僅包含了工程幾何信息，也包含了非幾何信息，例如工程材料的顏色，材料的價格，這些也僅僅只是一個三維模型，沒有工程生命，清華大學課題組將BIM與4D技術結合開發出了一套4D施工管理系統，賦予工程模型時間進度，并融合了工程成本、質量、安全情況等工程信息，這樣可以更加及時管理施工進度，更加高效，相對于傳統的進度計劃表，時效性高，信息反饋更加快，這樣施工方可以及時的根據施工情況調動人員，合理安排人工，避免出現窩工現象，降低效率成本。 尤其是在公路涉及專業工程較多，極大可能會出現人工分配不合理的現象，運用BIM-4D系統可以還可以更好的確定公路關鍵工程的時間節點，該系統可以根據施工程度預測工程的進度，這樣施工方可以更加合理安排施工時間，節約時間成本。我們可以在該系統查詢任意時間點工程的施工進展情況，點擊任意里程碑時間點，查詢該時間點上各項工作的完成情況，以及上一里程碑至該時刻之間完成的主要工作及其工程量和成本，支持管理者快速了解和展示項目的建設歷史，掌握整體建設過程和資源配置動向。基于BIM的進度的管理平臺實現就是將工程的三維信息和進度信息整合到一個模型中，如今BIM管理平臺的構建框架如圖一所示，從四個不同的層面圍繞項目的信息構建一個不僅僅是具有三維信息并且具有時間維度的BIM-4D模型，建立了可視化的模型，能夠實時掌握施工的動態，監控整個施工進度，更加精確的控制工期。

施工進度管理也是在公路工程管理中成本、質量、進度管理三大管理目標的重要的一個管理目標之一，對整個公路工程的施工管理有至關重要，大型的公路工程往往包含了很多專業工程，比如橋梁工程，隧道工程，交通工程，施工進度管理的協調需要更多的成本(人力時間)，而且在公路的傳統進度管理中很難將所有工程的進度管理只是事后控制，很難做到精準跟蹤施工進度動態，運用BIM管理平臺可以實時監控施工進度，準確進度與計劃對比，讓我們及時的采取糾偏措施，嚴格控制整個工程的工期，對公路工程的施工做到精細化管理，提升整個工程的品質。BIM提供了一個可視化的模型，

運用BIM管理工程進度，更加方便工程各種參與方之間交流，工程的信息以IFC標準格式儲存在模型，只要都使用支持IFC的標準的BIM軟件，就可以直接讀取到施工時的進度信息，各個參與方可以協同對工程施工進度進行檢測，糾偏，并且共同探討有效方法解決問題，以保證工程質量，加快施工進度，降低項目成本。以前的傳統監理模式在傳遞信息的有滯后性，運用BIM-4D管理系統可以將進度信息實時共享，這樣可以節約時間成本。BIM可以根據施工情況預測了工期，更加方便計算時間成本。

總的來說BIM可以高效的管理時間信息，信息本來就是BIM的核心，運用BIM進度管理平臺可以更加高效地管理公路工程施工，可以保證工期，這是BIM技術在公路工程施工管理中帶來的巨大工程效益。

圖1 基于BIM的進度管理系統架構

四、BIM在施工成本控制的應用價值

公路工程由于施工過程的不定性因素影響，造成絕大多數的公路工程項目超出了預算，在一定程度上浪費了資源，不僅給建設方增加了成本，也降低了施工方的建設回報，做好施工的成本控制也是公路工程施工中的重要目標。在傳統的成本管理模式中由于施工過程的高度動態變化，施工資源及成本管理主要依靠人為控制，現有資源及成本管理軟件只能輔助管理者進行必要的計算和統計，無法對施工資源和成本進行實時監控和精細化管理。而通過BIM建立的4D模型可以將資源動態信息整合到其中來，建立4D資源動態管理模型，可以做到施工資源的動態管理和成本的實時監控，做到公路工程的精細化管理，BIM成本實時控制的應用框架如圖2所示

圖2 BIM成本實時控制框架

(一)減少管理成本

公路工程建設過程中對 BIM 技術的引入，能夠在一定程度上減少管理成本的投入。具體表現在以下兩方面：其一，通過BIM技術可使管理實現一體化，在一定程度上使其中的管理環節顯著減少，從而節省大量的管理成本。其二，管理工作的開展需要有大量人力和物力的支持，而且在管理中工程需要各參與方互相交流，通過BIM技術使現，使得各方能夠協同管理，只要簡單的配合就可以精準的對工程監控，可以節省了大量的人力物力成本，從而降低了管理成本。

(二)節省時間成本

在施工過程中，時間也是一項巨大的投入，時間成本也是工程成本的重要組成。一般說來，工程的建設周期越長，時間成本和資源消耗量都會更大，BIM技術更加高效的管理工程，合理安排施工時間，避免了窩工、返工現象，并且能夠減少修改施工方案的時間，之前的傳統方式是在原有的圖紙修改，這樣不僅消耗時間大，而且還要多產生的圖紙，造成資源的浪費，采用BIM技術管理可以節省時間成本。

(三)控制材料的投入

除了人工費用，時間成本，材料的費用也是工程成本的重要組成。公路工程建設中應用BIM技術可以高效的管理材料的使用，避免出現材料浪費使用，嚴格根據工程造價購買材料，不會過量購入，不造成建設資源的浪費。

BIM公路施工中通過對材料的管理控制成本主要應用方式主要在以下方面：一是預算控制，主要是利用 BIM 外購勞動和物資采購控制，防止采購金額超過預算金額的情況，以防止收入大于支出。另一方面是限額領料，主要是利用 BIM 來控制物料管理，團隊嚴格按照施工預算收到物料限額，但物料人員，施工人員對項目預算不熟悉與勞動團隊和許多的建設時間節點的交錯經常導致實施配額采摘的困難。BIM 技術可以根據時間節點預測，并提供大量的數據分析。BIM 技術可以快速準確地為施工人員提供基礎數據，為建筑企業制定準確的預算計劃提供有效的支持。它為在施工過程中材料員、施工員的限額領料與消耗控制提供了強大的技術和數據支持。節省材料成本，將有效控制建設成本，這也是重要的應用價值。

五、現階段BIM在公路工程中的應用存在的困難

雖說BIM公路工程設計中已經開始一定初步的應用，但是要在公路工程中廣泛的應用，以下是總結BIM在公路工程中的應用存在的困難。

(一)行業標準的統一。公路工程是一條幾十、上百公里長的道路，擁有路基、橋梁、涵洞、隧道、天橋、交叉等性質、特點完全不同，這么多的組成因素，標準化程度較低。為了能夠做到工程信息的表達，BIM涉及公路工程整個生命周期，其信息需要在工程參與方之間傳遞，因此一個統一的數據標準，在建筑工程都有統一的IFC標準，公路工程還沒統一，因此這是一個難點。

(二)應用特點。公路工程項目 BIM 系統的應用對象比較復雜，從它的決策投資，到施工的監理，再到使用的管理、養護維修等，各對象的需求信息內容不同、層次不同，對 BIM 系統的認識、接受程度就不同，這也是公路行業設計者普遍存在的顧慮。

(三)軟件落后。現在雖然已經開發了一些公路工程設計的軟件，像Autodesk公司的Civil 3D，Bentley公司的Power Civil，但是也只能用于設計出圖，要做到施工管理還沒有開發成熟的軟件，BIM公路工程施工管理的軟件的開發才能做與設計數據連接，才能保證工程的工程價值。

(四)人才制約。技術是為人服務的，前提使我們要掌握技術的應用，目前，我們還缺乏使用BIM技術管理的人才，畢竟一個大型工程的管理涉及到多個專業，要想建立一個完善的BIM一體化系統，必須要一個具備專業BIM知識的團隊才能做到的。

六、推動BIM在公路工程施工管理中的應用的措施

BIM在公路工程施工管理中的潛力是巨大的，如今需要針對其在工程中的實際做出一些措施。從幾個方面來考慮：一、整個的公路工程領域，首先要建立整個行業的工程數據標準體系，就如建筑工程中已經有自己的IFC標準，這樣就能使BIM模型建立的數據能夠在不同BIM軟件中傳遞，加強施工建設方對工程的協同管理。二、BIM軟件的開發，加強公路工程施工管理BIM軟件的開發，讓公路施工管理有一個精良的管理環境，提高公路施工精細化管理。三、加強BIM人才的培養力度，BIM作為高精尖的管理技術，使用上需要專業技術人員，對專業人才的培養也是推動BIM在施工管理應用中的關鍵之徑。

七、結論

BIM技術作為一種新的信息管理技術，在公路工程施工管理中能夠充分得到應用發揮其價值，依靠其時效性，共享性，可視化，可以大大提高我們對工程的管理效率，其在進度管理、成本控制、質量和安全管理方面都能大大提升管理效率，不僅僅只是在設計中發揮起作用，更加關鍵的是其對信息而且BIM加強工程參與方之間的交流，對保證工程的社會價值有極大的幫助，我們應該加強推動BIM在公路工程施工中的應用，消除應用的障礙與阻力。