BIM在施工企業(yè)的施工階段落地應(yīng)用研究

陳浩然 CHEN Hao-ran；于懷遠(yuǎn) YU Huai-yuan；劉幸龍 LIU Xing-long

（北京城建集團(tuán)有限公司，北京 100088）

0 引言

建筑信息模型（BIM）技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用BIM可實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目精細(xì)管理，縮短項(xiàng)目周期，節(jié)約工程成本，促進(jìn)建筑業(yè)生產(chǎn)方式的變革，可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。從國內(nèi)到海外，BIM技術(shù)已普遍應(yīng)用于工程施工，尤其是部分央企，其海外項(xiàng)目頻頻獲取BIM大獎(jiǎng)，并通過BIM技術(shù)應(yīng)用切實(shí)獲得了效益。[2]

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，海外項(xiàng)目BIM應(yīng)用較成功的企業(yè)，都有專門的BIM機(jī)構(gòu)，有成熟的BIM管理體系、制度、標(biāo)準(zhǔn)，且十分重視BIM人才培養(yǎng)。對一些BIM應(yīng)用尚處于初期階段的施工企業(yè)來說，在管理模式、人才建設(shè)、具體應(yīng)用點(diǎn)等方面，均需要建立、完善、挖掘利用。為此，我們圍繞如何加快BIM落地應(yīng)用這一課題，進(jìn)行了分析論證、實(shí)踐總結(jié)。以使BIM技術(shù)能夠融入施工生產(chǎn)、項(xiàng)目管理，促進(jìn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)水平和綜合管理水平全面提升，減少外派人員，降低成本，增強(qiáng)履約、盈利能力。[3]

1 背景介紹

BIM技術(shù)的應(yīng)用為超過50%的施工企業(yè)帶來了極大的效益，且在減少施工圖中的錯(cuò)漏、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減少施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)問題、減少返工、提高安全性等方面取得的收益較為顯著。

目前BIM應(yīng)用首先已為大勢所趨。隨著建筑工業(yè)化發(fā)展、智慧城市建設(shè)、建筑業(yè)數(shù)字化步伐加快，傳統(tǒng)的建造方式進(jìn)行徹底的變革勢在必行。其次，行業(yè)需要，部分地區(qū)政府、業(yè)主招標(biāo)明確要求BIM應(yīng)用，如港澳、東南亞等地區(qū)。最后，轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)，施工企業(yè)發(fā)展迫切需要由成本驅(qū)動(dòng)型向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)級信息化、數(shù)字化管理。做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的BIM解決方案，是信息化建設(shè)的關(guān)鍵之路。

2 BIM應(yīng)用落地存在的問題

本文利用頭腦風(fēng)暴的方法，總結(jié)了50個(gè)原因，并使用團(tuán)隊(duì)列名法，對這50條原因進(jìn)行打分和排序，利用二八法則找出其中最重要的兩個(gè)關(guān)鍵影響因素。利用該方法，共得到四個(gè)一級原因和17條二級原因，見圖1。

圖1 BIM落地難原因思維導(dǎo)圖

2.1 施工企業(yè)BIM人員匱乏

BIM人員匱乏的主要因素有：①BIM人員數(shù)量不夠；②BIM人員業(yè)務(wù)深度不夠；③項(xiàng)目人員BIM應(yīng)用意識有待培養(yǎng)。

2.2 項(xiàng)目管理未能與時(shí)俱進(jìn)

項(xiàng)目管理未能與時(shí)俱進(jìn)的主要因素有：①BIM管理模式未能因地制宜；②傳統(tǒng)管理未能融合新技術(shù)；③專業(yè)分包BIM水平落后。

2.3 未能把握應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)

未能準(zhǔn)確把握落地應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)：①未對施工各階段BIM應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)做充分分析；②BIM應(yīng)用點(diǎn)和項(xiàng)目需求點(diǎn)不符。

2.4 現(xiàn)有BIM工具受限

現(xiàn)有BIM工具限制的主要因素有：①單項(xiàng)建模軟件無法單獨(dú)完成復(fù)雜的建模；②需要根據(jù)項(xiàng)目特征和實(shí)際需要選擇合適軟件。

3 BIM落地難解決方式

3.1 項(xiàng)目管理應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)

3.1.1 項(xiàng)目管理融合BIM技術(shù)

BIM技術(shù)作為一種管理手段，能發(fā)揮更詳實(shí)全面的數(shù)據(jù)采集能力，融合智慧工地系統(tǒng)，更簡單高效的智慧管理指揮能力，進(jìn)一步提升項(xiàng)目管理效能。如：門禁系統(tǒng)，人員機(jī)械定位系統(tǒng)，物料跟蹤驗(yàn)收系統(tǒng)，進(jìn)度管控系統(tǒng)，質(zhì)量巡查系統(tǒng)，安全巡查系統(tǒng)，群塔作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，BIM協(xié)同資料管理系統(tǒng)。高效搜集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息模型化和模型自動(dòng)化，達(dá)成項(xiàng)目整體目標(biāo)執(zhí)行可視化，實(shí)現(xiàn)基于生產(chǎn)要素的現(xiàn)場指揮調(diào)度，做到基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目協(xié)同管理。[4]

BIM數(shù)據(jù)協(xié)同管理系統(tǒng)，在項(xiàng)目協(xié)作平臺中完整保存了每一個(gè)版本模型文件，所有變更版本可追溯。通過協(xié)作平臺的權(quán)限控制機(jī)制，項(xiàng)目參與各方登陸協(xié)作平臺即可受控地訪問到所需的模型文件。如圖2為某項(xiàng)目的協(xié)同作業(yè)平臺，使用協(xié)作系統(tǒng)各項(xiàng)目參與方可根據(jù)需要，隨時(shí)調(diào)取模型文件。

圖2 BIM協(xié)同管理平臺

進(jìn)度管控系統(tǒng)，通過BIM5D，完成項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的模擬和資源曲線的查看，直觀清晰，方便相關(guān)人員進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化，和資源調(diào)配的優(yōu)化。將日常的施工任務(wù)與BIM模型掛接，建立基于流水段的現(xiàn)場任務(wù)精細(xì)管理。通過進(jìn)度對比和后臺配置，平臺可顯示紅色進(jìn)度滯后段，推送相關(guān)相關(guān)任務(wù)給負(fù)責(zé)工長，工長看到模型滯后，采取措施，人材機(jī)調(diào)配。同時(shí)工作的完成情況也通過移動(dòng)端反饋至后臺，建立實(shí)際進(jìn)度報(bào)告。[6]（圖3）

圖3 BIM 5D進(jìn)度管控系統(tǒng)

3.1.2 因地制宜選擇BIM應(yīng)用管理模式

目前，部分施工企業(yè)項(xiàng)目在自有BIM人員不足的情況下，BIM應(yīng)用多采用“外包+管理”模式，即：實(shí)操部分外包專業(yè)隊(duì)伍，自身對BIM過程進(jìn)行監(jiān)督管理，并加用于工程。這種模式能部分滿足項(xiàng)目BIM需求，但往往項(xiàng)目結(jié)束了，施工企業(yè)即沒培養(yǎng)出BIM人才，也沒能留住BIM技術(shù)。因此，應(yīng)逐步向BIM自施方向改進(jìn)。[8]

①第一階段內(nèi)逐步由“外包+管理”模式向“部分外包+部分自施+管理”模式轉(zhuǎn)變，并且要在此期間完成對公司全部項(xiàng)目管理類人員的BIM基礎(chǔ)知識宣貫。

②第二階段進(jìn)入“自施+管理”模式，即：施工企業(yè)由自己管理人員進(jìn)行實(shí)操并統(tǒng)籌BIM管理。在該模式的發(fā)展中，我們要讓除BIM專業(yè)人員的其他“用模”人員逐漸的參與進(jìn)去。在第二階段內(nèi)平臺層建立BIM中心，自有的BIM工程師團(tuán)隊(duì)具備向項(xiàng)目輸出模型的能力，與項(xiàng)目上的建模、用模人員協(xié)同完成BIM工作。BIM工作重心放在平臺層，能減少外派人員數(shù)量，降低成本。

③該階段應(yīng)該說是施工企業(yè)BIM最成熟階段了，它要達(dá)到“全員BIM”模式，即：應(yīng)用BIM的項(xiàng)目中，“建模”和“用模”人員占一線管理人員率為100%，基本達(dá)到BIM代替CAD。

BIM技術(shù)成為公司發(fā)展優(yōu)勢，全面實(shí)現(xiàn)階段。平臺層BIM中心團(tuán)隊(duì)發(fā)揮主要的管理和建模功能，在項(xiàng)目BIM小組的響應(yīng)配合下，完成大型復(fù)雜項(xiàng)目的BIM工作。此階段建立了完備的公司BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用適合公司的管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)BIM產(chǎn)品化，BIM技術(shù)輸出型公司。

3.2 人才建設(shè)

3.2.1 BIM普及培訓(xùn)

項(xiàng)目是BIM應(yīng)用的載體，人才是BIM落地應(yīng)用的執(zhí)行者，提高BIM應(yīng)用人員的數(shù)量和質(zhì)量，是促進(jìn)BIM落地應(yīng)用的重要措施。

量變引起質(zhì)變，進(jìn)行全員BIM學(xué)習(xí)，提高BIM技術(shù)普及率，讓所有人員都對BIM理論、軟件認(rèn)知、基本操作等有初步的掌握。在全員培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，選取關(guān)鍵崗位，如專職BIM人員、技術(shù)人員等，再進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，增加具備BIM實(shí)戰(zhàn)能力的人員數(shù)量，夯實(shí)對BIM應(yīng)用人員需求的基礎(chǔ)。

根據(jù)項(xiàng)目對人員BIM能力需求的不同，將BIM人員分為兩類：建模人員、用模人員。建模人員為專職BIM人員、現(xiàn)場技術(shù)人員，建模人員應(yīng)能熟練掌握各項(xiàng)BIM技術(shù)，用模人員應(yīng)能夠熟練利用BIM成果指導(dǎo)施工生產(chǎn)。[1]

3.2.2 提升專職BIM人員業(yè)務(wù)水平

在現(xiàn)階段，專職BIM人員的水平高低，直接影響到項(xiàng)目BIM能否落地應(yīng)用。

一是BIM軟件操作要熟練、工作效率要高，如果完成一件工作，利用BIM地效率沒有CAD高，BIM應(yīng)用將失去動(dòng)力。

二是BIM人員要具備一定的施工經(jīng)驗(yàn)，否則，BIM工作難免會(huì)與施工應(yīng)用脫節(jié)。

三是BIM技術(shù)還在不斷發(fā)展之中，新軟件、新技術(shù)層出不窮，因此需要BIM人員具備持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。

3.2.3 BIM應(yīng)用意識培養(yǎng)

以點(diǎn)帶面。通過典型工程、人員示范，讓更多的項(xiàng)目、員工看到BIM應(yīng)用所產(chǎn)生的價(jià)值，主動(dòng)學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用BIM。

3.3 多BIM軟件組合應(yīng)用

3.3.1 BIM建模、模擬軟件相結(jié)合

目前還沒有哪個(gè)BIM軟件，能夠一下解決所有BIM問題，所以完成一個(gè)完整流程的BIM工作需要多軟件配合完成。尤其是對于不同業(yè)務(wù)的施工企業(yè)，若所承接工程種類較多，不僅涵蓋房建、市政、港口、隧道。綜合考慮性價(jià)比、數(shù)據(jù)兼容性、未來應(yīng)用發(fā)展空間等因素，結(jié)合以往工程實(shí)際應(yīng)用效果，確定以Autodesk系列產(chǎn)品為主，輔以其他專業(yè)軟件，篩選、編制了BIM軟件工具集，以便低成本、高效率完成BIM工作，同時(shí)也給后期BIM學(xué)習(xí)者指明方向，免走彎路。

3.3.2 BIM+信息一體化數(shù)字平臺展望

施工企業(yè)在擁有較好的項(xiàng)目管理軟件PU應(yīng)用基礎(chǔ)，但這些項(xiàng)目管理PU軟件系統(tǒng)沒有BIM可視化、智能工地等功能，將BIM智慧平臺與PU項(xiàng)目管理系統(tǒng)打通，能夠?qū)崿F(xiàn)BIM模型與即有PU系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享、聯(lián)動(dòng)，減少重復(fù)工作，最終實(shí)現(xiàn)“表單信息化、信息模型化、模型自動(dòng)化”。

3.4 應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)分析

本文施工階段可應(yīng)用的價(jià)值點(diǎn)分為了6個(gè)部分：虛擬建造，管綜排布，細(xì)部模擬，三維數(shù)字掃描技術(shù)，數(shù)字工地和優(yōu)化商務(wù)成本等六個(gè)方面。各類型項(xiàng)目根據(jù)需要選擇合適的應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)，最大程度優(yōu)化項(xiàng)目管理和項(xiàng)目施工。

3.4.1 虛擬建造

3.4.1.1 虛擬建造對進(jìn)度管理

傳統(tǒng)進(jìn)度管理較容易出問題，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)度計(jì)劃不合理，現(xiàn)場人員素質(zhì)影響，參加方的溝通不暢，施工環(huán)境影響等問題時(shí)，均會(huì)影響進(jìn)度管理。雖然工程項(xiàng)目前期會(huì)對傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，但是有些缺陷只能施工階段才能暴露出來，這個(gè)時(shí)候虛擬建造的重要性就凸顯出來了。[7]

BIM模型和時(shí)間軟件（project）集成。通過BIM技術(shù)與虛擬建造技術(shù)結(jié)合可以在現(xiàn)場動(dòng)工前對施工全過程進(jìn)行模擬施工，編制完成合理的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)4D模擬仿真，進(jìn)一步合理優(yōu)化工期；對關(guān)鍵的施工過程進(jìn)行模擬仿真以分析施工方案是否可行，達(dá)到控制進(jìn)度目的；可以輸出可視化的施工計(jì)劃進(jìn)度和施工現(xiàn)場實(shí)際形象進(jìn)度等能大幅提高建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施效果和現(xiàn)場管理效率。

3.4.1.2 虛擬建造對成本管控作用

虛擬建造把BIM模型和成本軟件（廣聯(lián)達(dá)）的數(shù)據(jù)集成，讓業(yè)主及團(tuán)隊(duì)能利用三維的直觀優(yōu)勢，可以按月、周、天看到項(xiàng)目的施工進(jìn)度和成本，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，做到人，物，財(cái)處于最低狀態(tài)。[5]（圖4）

圖4 BIM5D-項(xiàng)目BIM模型與成本軟件相集成

3.4.2 BIM在管綜排布中的應(yīng)用

碰撞檢查是指尋找與圖紙和報(bào)告中在工程項(xiàng)目中不同部分之間的沖突，重點(diǎn)在施工建造之前的圖紙會(huì)審階段。碰撞可分為硬碰撞和軟碰撞兩種，硬碰撞指實(shí)體與實(shí)體之間交叉碰撞，軟碰撞指實(shí)體間實(shí)際并沒有碰撞，但間距和空間無法滿足相關(guān)施工要求。目前BIM的碰撞檢查應(yīng)用主要集中在硬碰撞。通常碰撞問題出現(xiàn)最多的是安裝作業(yè)中的各專業(yè)的管線之間、管線和建筑結(jié)構(gòu)工程之間的碰撞以及建筑結(jié)構(gòu)工程之間的碰撞。[9]

3.4.3 細(xì)部節(jié)點(diǎn)模擬

項(xiàng)目施工過程，細(xì)部節(jié)點(diǎn)把握尤為重要。細(xì)節(jié)決定成敗。例如：鋼結(jié)構(gòu)螺栓孔尺寸偏差5mm可能導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件報(bào)廢；構(gòu)件尺寸比預(yù)留孔大1mm導(dǎo)致無法穿過，造成返場處理。工程實(shí)施前完成鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，并對個(gè)構(gòu)件細(xì)部進(jìn)行詳細(xì)分析并建立BIM模型，預(yù)判施工控制重難點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工方案。例如香港機(jī)場項(xiàng)目在施工前完成“樹杈柱-主桁架”結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)模型，細(xì)化構(gòu)件間連接配件，根據(jù)模型準(zhǔn)確設(shè)計(jì)構(gòu)件加工尺寸，可以在工廠加工制造期間，利用模型進(jìn)行復(fù)核完成構(gòu)件的效果。

3.4.4 三維掃描虛實(shí)對比

三維掃描需要實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的實(shí)物虛擬化，這一過程需要使用精準(zhǔn)的儀器設(shè)備，目前可以直接利用的設(shè)備包括全站儀、三坐標(biāo)檢測儀、激光掃描儀等。例如：已完工混凝土結(jié)構(gòu)、深基坑等現(xiàn)場三維掃描，提前發(fā)現(xiàn)施工誤差。結(jié)合初始BIM模型，對點(diǎn)云處理，形成點(diǎn)云模型，逆向建模，對比實(shí)體結(jié)構(gòu)，可精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)深基坑基坑位移，土石方工程量變化，輸出實(shí)測實(shí)量數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)客觀，并將精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)帶到現(xiàn)場工地，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化，從而提高工作效率和精度。

圖5 三維激光掃描形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)

3.4.5 數(shù)字工地

施工過程利用數(shù)字化技術(shù)，不僅可以節(jié)省勞動(dòng)力資源，讓施工工序更加精確化、機(jī)械化；還能夠?qū)σ淹瓿刹糠诌M(jìn)行質(zhì)量復(fù)核。安裝有數(shù)字化施工系統(tǒng)的工程機(jī)械通過接收衛(wèi)星與GNSS基站差分信號，實(shí)現(xiàn)自身精準(zhǔn)定位，并通過網(wǎng)絡(luò)將機(jī)械行駛軌跡等位置信息和施工過程中各傳感器記錄的信息傳輸?shù)綌?shù)字化施工數(shù)據(jù)管理平臺，通過平臺實(shí)時(shí)獲取施工過程數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析與管理。

圖6 數(shù)字化工地技術(shù)

3.4.6 BIM復(fù)制商務(wù)優(yōu)化成本

在商務(wù)工作中，BIM在工程計(jì)量中發(fā)揮了驗(yàn)證校對的作用，并可以在材料流轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，從而控制并優(yōu)化成本。通過已建立的BIM模型，獲取分部分項(xiàng)工程的單個(gè)工程量，不需要使用其他計(jì)量軟件，再次進(jìn)行二次建模導(dǎo)出工程量。BIM模型計(jì)量一方面幫助施工方避免了人工算量出現(xiàn)的誤差，另一方面又可以依照分部分項(xiàng)，分區(qū)域進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)可以再校驗(yàn)的過程中，查漏補(bǔ)缺。

4 結(jié)語

經(jīng)過某建筑企業(yè)BIM落地援外項(xiàng)目的實(shí)踐，本文總結(jié)出一些關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)以供參考，結(jié)論如下：

①BIM在施工企業(yè)落地的解決方式中，項(xiàng)目管理融入BIM技術(shù)是最重要的解決方式，最大效率的提高管理效率，降低管理成本，優(yōu)化施工進(jìn)度從而高項(xiàng)目管理透明度。

②施工企業(yè)可根據(jù)項(xiàng)目需要，選擇合適的BIM應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)，應(yīng)用在不同的價(jià)值點(diǎn)在不同的項(xiàng)目上，虛擬建造可用于施工場地局限，施工質(zhì)量要求很高的項(xiàng)目。

③三維掃描技術(shù)與數(shù)字工地平臺的結(jié)合應(yīng)用，項(xiàng)目級BIM落地有著重要作用。