基于BIM 技術(shù)的建筑工程管理影響因素與策略分析
——以某污水處理廠BIM 應用分析為例

劉立慧 張睿 楊光 龔衛(wèi)東

(1.上海隧道工程股份有限公司；2.天津城建大學；3.上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司；4.上海環(huán)境集團股份有限公司)

進入21 世紀以來，我國建筑業(yè)得到快速發(fā)展，為推動建筑工程繼續(xù)朝著高質(zhì)量發(fā)展的方向前進，建筑業(yè)需要進一步推進高效的建筑工程管理模式。但是，從行業(yè)現(xiàn)狀來看，我國在建筑工程管理方面仍存在大量問題，與國外先進水平相比仍然有一定差距，突出體現(xiàn)在成本控制不合理，導致建設效率不高。本文提出利用BIM 技術(shù)來提升建筑工程管理水平，進一步提高建筑工程的成本控制效率，實現(xiàn)高效的建設管理。

1.建筑工程管理現(xiàn)狀分析

在建筑工程管理過程中建設效率經(jīng)常受到各種環(huán)境因素的影響，企業(yè)往往通過動態(tài)管理及控制措施來保障項目績效。其中，工程成本的管控是建筑工程管理的一個關(guān)鍵點。我國建筑業(yè)正在快速發(fā)展，但由于發(fā)展基礎仍然比較薄弱，規(guī)范化程度仍然有待提高，一些成本控制措施的實施程度較低，導致整個管理效率的降低，阻礙了經(jīng)濟效益的提升。

為此，建筑企業(yè)要想在激烈的市場環(huán)境中立足，就必須提高對建筑工程管理的重視，利用多種技術(shù)方法實現(xiàn)對成本的有效控制，將工程造價控制在合理范圍之內(nèi)，使項目管理效率得到提升，實現(xiàn)建筑工程項目的經(jīng)濟利益最大化。

2.建筑工程成本影響因素分析

2.1 材料因素

在建筑工程經(jīng)濟管理中，材料影響因素極其關(guān)鍵。任何工程項目的進展都需要以合理配備的建筑材料為支撐，施工的連續(xù)性需要材料供應作為保障。在工程造價管理方面，材料成本占比較大，是成本管控的關(guān)鍵因素；材料的合理配備，有利于實現(xiàn)企業(yè)對資金的合理配置。因此在建筑工程管理的各因素中，材料配置至關(guān)重要。

2.2 人才因素

從業(yè)人員專業(yè)素養(yǎng)對建筑工程管理水平產(chǎn)生了重要影響，許多管理人員由于知識儲備欠缺，對工作涉及到的專業(yè)知識以及工作技能掌握不夠，導致管理效率進一步下降。尤其是當BIM 成為建筑業(yè)的主流技術(shù)時，人才的不足成為企業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。

2.3 管理體系因素

建筑工程規(guī)模相對較大，涉及專業(yè)內(nèi)容較廣泛，對管理規(guī)范要求較高。近幾年來雖然我國建筑業(yè)發(fā)展較快，但由于起步時間較晚，使得建筑管理的規(guī)范性不足，導致管理效率不高。由此可見，管理體系的構(gòu)建在建筑工程管理中有著重要地位。企業(yè)要想實現(xiàn)對建筑成本的有效控制，需要建立完善經(jīng)濟管理體系，綜合運用多種管理制度，包括監(jiān)督審核制度以及獎勵懲罰制度等。在管理問題發(fā)生時，可以快速明晰責任，將損失程度降到最低，實現(xiàn)對成本的有效控制，提升企業(yè)內(nèi)部管理效率，保證企業(yè)發(fā)展模式更加符合建筑市場的需求。

2.4 管理理念因素

受傳統(tǒng)管理思想的影響，許多建筑企業(yè)的管理理念相對落后，除了表現(xiàn)出對管理的不重視外，對于一些隱性成本沒有進行有效控制，導致在施工建設中出現(xiàn)了許多成本問題，造成建設資金數(shù)量不足，影響了工程質(zhì)量，對后續(xù)工程的開展造成了很大負面影響。

3.基于BIM 技術(shù)提升建筑工程管理的途徑

3.1 通過建模提升從業(yè)人員水平、增強管理規(guī)范性

企業(yè)除了開展專業(yè)培訓外，還需要利用現(xiàn)代BIM 技術(shù)進行建模，以此解決從業(yè)人員水平不足的問題。技術(shù)人員根據(jù)設計單位所提供的圖紙信息，完成模型整體搭建。在具體實施的過程中，還要防止工程信息在傳輸過程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，保證信息與設計模型之間能夠有效傳遞[1]。另一方面，企業(yè)明確具體的控制流程，要求技術(shù)人員進行標準化操作，實現(xiàn)對工程經(jīng)濟管理的細化。比如在項目構(gòu)件命名、文件命名、模型文件儲存、資金變化表以及模型拆分等方面進行標準化。

建模流程圖如圖1 所示。從圖中可以看出，當建筑工程信息被提取后，利用BIM 技術(shù)完成對信息的分析，通過將進度、資源、企業(yè)定額、政府規(guī)范及市場信息整合，形成綜合單價信息，最終形成價格。

圖1 BIM技術(shù)下建筑工程經(jīng)濟管理建模流程圖

在建模中，可以根據(jù)建筑企業(yè)所擁有的關(guān)鍵資源特征及所處理的實際數(shù)據(jù)進行搭建，包括材料資源的利用、設備資源利用等進行建模。同時為了保證管理中的可變單位能夠適合建模，采用云服務方式，使建模效率得到進一步提升。在處理一些敏感數(shù)據(jù)時，通過量化適應性因子的求解公式來進行數(shù)據(jù)整理。具體公式可表示為：

其中L 表示工程成本控制最大值，Cl 表示工程成本控制最大值中的分值，WV 表示控制量的可變值，Cwv 表示實際分配值，DS 表示工程控制量的敏感值，Cds 表示工程控制量敏感值的分值，ADH 表示實際數(shù)據(jù)的處理量，C 表示成本控制的重要程度值，Cc 表示成本控制重要程度值的分數(shù)值。通過對該公式的具體應用，能夠整理出實際的工程控制量，實現(xiàn)對成本的有效控制，完成對工程經(jīng)濟管理效率的提升[2]。

如果是對工程設計方案進行建模，需要對工程方案各項指標進行綜合評價，將方案中不同計量指標直接轉(zhuǎn)換成綜合評分形式，實現(xiàn)對工程方案的可行性進行評價，具體公式為：

其中a 表示工程方案綜合評分數(shù)值，Ci 表示工程方案某個評價指標的得分值，Wi 表示工程方案某個評價指標的權(quán)重。

在對BIM 造價模型生成的過程中，需結(jié)合建筑企業(yè)所提供的自主定額數(shù)據(jù)庫，利用建筑企業(yè)定額庫中的構(gòu)件資源以及編碼進行計算，這樣除了顯示具體的設計方案，還可體現(xiàn)不同的材料成本。例如以墻構(gòu)件為例，所構(gòu)建的價格輸出表如表1 所示。

表1 墻構(gòu)件價格輸出表

在完成對價格輸出表的制作后，通過對建筑物樓層高度以及施工工序的整合，使構(gòu)件單元能夠真正被計算出來，在提取完價格信息后，再將其返回到建筑模型中，采用自主開發(fā)程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進行添加，使最終價格能夠完全被呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)對工程經(jīng)濟管理的有效控制[3]。

3.2 利用三維可視化技術(shù)嚴控設計變更、改進施工流程

在建筑工程施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)設計變更，且隨意性較大，給管理增添了很大的難度，經(jīng)常導致施工進度偏離原本的控制計劃，造成建筑成本持續(xù)擴大。利用現(xiàn)代BIM技術(shù)將工程三維可視化，以立體的方式呈現(xiàn)出來，可有效解決工程設計變更隨意性的問題。

三維可視化技術(shù)能夠?qū)φ麄€建筑工程進行細部觀察，幫助技術(shù)人員識別具體施工計劃步驟中的不合理之處，輔助對施工流程的改進。例如在建筑工程中的巖土勘察工作中，首先是對三維巖土勘察地質(zhì)建模的理論進行研究，提前完成對數(shù)據(jù)點的采集，通過對鉆孔數(shù)據(jù)以及空間插值點的導入，完成對地質(zhì)曲面的構(gòu)建，實現(xiàn)地質(zhì)體的實體化，最終實現(xiàn)對單位地質(zhì)模型的建立。

3.3 通過碰撞檢查加強施工材料管理、優(yōu)化設計

在建筑工程管理中，施工材料對整個工程造價產(chǎn)生決定性影響，如果材料質(zhì)量無法得到保障，不僅工程質(zhì)量會受到嚴重影響，工程成本也難以得到有效管控。應用BIM 技術(shù)進行碰撞檢測，能及時發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯誤，不僅有利于設計的優(yōu)化，也能防止返工及材料的浪費。

碰撞檢測一般指工程項目還沒有正式開工之前，對設計圖紙中不同部件所產(chǎn)生的沖突干擾現(xiàn)象進行檢查，使方案設計能夠進一步被優(yōu)化，防止出現(xiàn)設計變更，增大施工成本。在碰撞檢查檢測中，主要碰撞類型一般分為兩種，分別為硬碰撞與軟碰撞。硬碰撞一般指不同部件在空間處的交集，而軟碰撞是指不同部件彼此之間的間距要低于規(guī)范要求。如果兩個部件并沒有出現(xiàn)明顯的空間交集，那么需要實施具體的成本方法，以此來完成對碰撞檢查的檢測。通過碰撞檢測，模型得到不斷改進，不斷集成各方面的數(shù)據(jù)信息。技術(shù)人員對優(yōu)化后的模型進行重新計算，對比以往的計算工作，完成對碰撞檢測結(jié)果的評價，實現(xiàn)對整個建筑工程進行細致分析與評價。

4.某污水處理廠BIM 應用分析

某污水處理廠總投資29.17 億元，設計處理能力為20萬m3/d，建設內(nèi)容包括新建DN1200-DN220011.2km 的進廠管道以及容積為5 萬m3/d 的污水調(diào)蓄池1 座。工程于2017年2 月底開工建設，計劃2018 年底出水達標。污水廠出水氨氮、總磷達到地表水Ⅳ類水標準，水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。

該污水處理廠是一座“全處理流程封閉式”的污水處理廠，對通風、除臭要求高。地下工程復雜，形狀不規(guī)則，基坑較深，最深處達15 米，整體尺寸為318×272 米。施工作業(yè)面較大且分散，專業(yè)分項多，施工風險較大。污水處理廠涉及的管線類型眾多、連接管線管徑較大，包括各種工藝管線、排水管線、風管和橋架，管線布置工作（尤其是豎向布置）難度較大。工程涉及專業(yè)多，各專業(yè)之間設計協(xié)調(diào)要求高。在施工過程中，由于涵蓋專業(yè)較廣，進場施工的專業(yè)分包商較多，尤其是在建設后期，需安排大量的多工種交叉施工，組織協(xié)調(diào)難度較大。依據(jù)本項目的特點，建設參與方分別從設計階段和施工階段展開了BIM 應用。通過標準化的BIM 模型創(chuàng)建，涉及的參與各方、不同的專業(yè)人員在不同階段都可進入BIM 模型，基于同一模型提取、更新和修改信息，促進了多專業(yè)協(xié)同。通過碰撞檢測、管線綜合輔助設計、施工模擬及大型設備運輸路徑分析等不同階段的BIM應用，項目的設計與施工效率均得到大幅提升。

4.1 設計階段應用

在設計階段，技術(shù)人員主要從模型創(chuàng)建與方案展示、碰撞檢測、管線綜合輔助設計等方面展開了應用。

4.1.1 標準化建模

本項目結(jié)合傳統(tǒng)建模軟件及3Dmax 軟件共同創(chuàng)建箱體綠化及施工場地模型。參照當?shù)匕踩拿魇┕さ囊笠约氨竟こ淌┕すに嚨男枰\用BIM 技術(shù)對施工場地進行了平面布置，一方面可以直觀的表達風井位置、箱體出入口等細節(jié)，另一方面還能體現(xiàn)各片區(qū)的總體布置及相互協(xié)調(diào)關(guān)系，最終對場地布置的科學合理性進行驗證，幫助施工單位進行全面有效的施工規(guī)劃，幫助施工單位進行全面有效的施工規(guī)劃。

當發(fā)生設計變更后，技術(shù)人員會及時更新建筑、結(jié)構(gòu)及管線模型。管線模型包括工藝管線、給排水及消防管線、通風除臭管及電纜橋架等內(nèi)容。建模過程中，技術(shù)人員首先按照規(guī)范流程收集了土建及機電管線圖紙，分別建立土建和機電模型；然后校核并放置設備廠家提供的符合族庫創(chuàng)建要求的族設備模型；最后整合土建與機電模型，形成了項目整合模型。

4.1.2 碰撞檢測

基于構(gòu)建的各專業(yè)Revit 模型，技術(shù)人員應用Navisworks軟件檢查了各專業(yè)模型之間的碰撞，然后將模型中專業(yè)內(nèi)與專業(yè)間的碰撞點全部過濾出來，共檢查出近1000 余個碰撞點，提早發(fā)現(xiàn)設計錯誤，并形成碰撞報告及優(yōu)化方案。部分應用成果如圖2 所示。

圖2 碰撞點及報告截圖

4.1.3 管線綜合

在管線綜合輔助設計過程中，各專業(yè)人員首先根據(jù)碰撞檢測的結(jié)果，進行了分專業(yè)的設計修正。在各專業(yè)完成設計修改后，BIM 技術(shù)人員再次進行碰撞檢測，出現(xiàn)的問題涉及到多專業(yè)時，及時召開專業(yè)間協(xié)調(diào)會商議解決方案，直到問題得到最終解決。在完成碰撞檢測后，將最終的模型進行階段性保存，并直接導出各專業(yè)二維圖紙，供設計人員調(diào)整修改出圖。在整個管線綜合過程中BIM 技術(shù)人員與設計人員直接對接，通過三維的管線模型直觀反映問題，雙方配合共同提高綜合設計質(zhì)量。部分應用成果如圖3 所示。

圖3 管線綜合圖

4.1.4 空間優(yōu)化

凈空排查是本工程空間優(yōu)化的重點對象。技術(shù)人員在土建、機電整合后的模型中根據(jù)設置的凈空標準，檢查所有通道、房間的凈空高度，對不滿足凈空標準的區(qū)域進行調(diào)整優(yōu)化時首先確定需要凈化優(yōu)化的關(guān)鍵部位，如脫水機房、箱體通道等；然后通過調(diào)整各專業(yè)的管線排布來有效地增大凈空高度、滿足規(guī)范要求。空間優(yōu)化完成后，技術(shù)人員需要將調(diào)整后的模型以及優(yōu)化報告、凈高分析等成果文件提交設計方、施工方及業(yè)主方確認，為后續(xù)深化設計、施工交底提供依據(jù)。

4.2 施工階段應用

施工單位基于設計單位交付的模型進行了深化設計與優(yōu)化，展開了工程量計算、施工模擬及大型設備運輸路徑分析等應用。

4.2.1 工程量計算

針對傳統(tǒng)工程計量方法中存在的錯算、漏算等問題，本工程充分利用BIM 技術(shù)對土建、機電等各專業(yè)的工程量進行了精確的統(tǒng)計，計算速度及計算精確度均得到了大幅提升，有助于更加精準地控制項目成本。根據(jù)合同流程，施工方確定需要工程量統(tǒng)計的重點區(qū)域和單體，收集對應的監(jiān)理工程量開項表；BIM 軟件可以工程結(jié)算的需求，通過設置屬性列表生成不同類型的工程量明細表；然后將BIM 軟件的工程量統(tǒng)計結(jié)果與監(jiān)理開項表上的工程量進行對比、校對，確保誤差率在3%以內(nèi)，實現(xiàn)工程量的精準統(tǒng)計。

4.2.2 施工模擬

在施工前，施工方還利用BIM 模型進行了整體的工序模擬，然后針對局部復雜區(qū)域，進行重難點局部施工方案模擬。施工模擬可以生成模擬演示視頻，幫助施工單位進行可視化交底，還能及時發(fā)現(xiàn)施工組織設計、施工工藝等方面的問題，繼而對施工方案進行調(diào)整優(yōu)化。需要專業(yè)分包商協(xié)調(diào)解決的，總包商可以召集分包商，在不斷模擬施工過程后共同商定調(diào)整方案，確保施工計劃的合理性。

4.2.3 大型設備運輸路徑分析

針對大型設備運輸問題，施工單位提前應用模型進行了路徑分析，將設備尺寸資料作為模擬輸入條件，在模型中設置設備運輸路徑，仿真模擬后輸出檢查結(jié)果，最終確定最優(yōu)運輸路徑。

應用時首先將已有模型導入到Navisworks 進行整合，并設定安裝檢修路徑。其次，校驗模型的完整性、準確性。最后，運行Navisworks 檢查設備安裝檢修路徑并生成檢查報告。

比如，針對上層檢修通道進行路徑分析后，確定上層檢修通道X 方向最小凈高控制在4.15m（地面層6.55/5.55，梁底11.5，除卻管線及支吊架0.8m，最小凈高4.95m），運輸車輛與運輸設備垂直高度不超過4.15m（設備運輸于通道管線安裝之后）；上層檢修通道Y 方向凈高控制在5.15m（地面層5.55，梁底11.5，凈高5.95m，除卻管線及支吊架預留0.8m），運輸車輛與運輸設備縱向高度不超過5.15m（設備運輸于通道管線安裝之后）。

綜上所述，BIM 技術(shù)的應用可在加強材料管控、提升人才水平、優(yōu)化企業(yè)管理體系、升級管理理念等方面顯著提升建筑工程管理水平。目前在建筑工程中，BIM 技術(shù)得到了廣泛的應用，適用于建筑工程各個環(huán)節(jié)。因此企業(yè)需提高對BIM 技術(shù)的重視程度，運用合理的計算方式實現(xiàn)對成本的有效控制。企業(yè)本身需提高對工程成本管理的重視，實施有效的管理控制措施，對材料、施工工藝、人員配置、機械設備進行合理選擇，將建筑成本控制在合理范圍之內(nèi)，提升企業(yè)經(jīng)濟效益，讓企業(yè)能夠有著更多資金投入到工程建設中，保證建筑工程能夠順利的實施下去，最終促進我國建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。