基于BIM技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)研究

湯 瑞 （安徽省路橋工程集團有限責任公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

受全球疫情和不穩(wěn)定的國外環(huán)境持續(xù)影響，當前建筑業(yè)在國民經濟中仍是主要的支撐性產業(yè)，并帶動大量人員就業(yè)。智能化和信息化是提升建筑業(yè)實現高質量發(fā)展的必然途徑，其中BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為近幾年來的新技術，在建筑施工領域被大范圍應用。有部分學者研究了基于BIM 技術的高速公路、市政、房建等工程的項目管理，并詳細闡述了BIM 所發(fā)揮的作用，對項目管理水平有所提升。同時，BIM 技術在設計階段也有所應用，補充了CAD 的短板，被認為是繼CAD 之后建筑行業(yè)的第二次科技革命。此外，大量學者研究了BIM 和智慧工地的融合，并認為BIM 融合信息技術在異形構件施工、進度協(xié)同優(yōu)化、風險管控、數字信息處理等方面有良好的可行性，可實現智慧工地在質量、進度、安全、物資、商務等方面的管理。

雖然大量學者都提出了基于BIM技術的項目管理，但多數在討論“BIM+智慧工地”管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過將BIM 模型載入智慧工地平臺，最終形成界面交互系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)僅將BIM應用停留在工程形象展示、施工方案模擬、技術交底等層面，對提升項目管控能力收效甚微。同時，“BIM+智慧工地”主要是以單一項目為依托，單一項目的生產數據往往單項匯集或無法匯集至公司級項目管理層面，導致出現數據孤島、數據無法被高效利用的現象。此外，對于多數的施工企業(yè)，還停留在“BIM 技術+智慧工地”與企業(yè)級項目管理系統(tǒng)相互獨立的狀態(tài)，這就導致項目人員需要反復填報生產數據，造成了人員資源的浪費，不利于項目管理。

為此，本文將以企業(yè)自有的項目管理平臺為依托，融合BIM 技術和智慧工地平臺，打造三方數據互通的綜合信息化、智能化管理平臺。為其他施工企業(yè)升級項目管理平臺提供參考依據。

2 BIM技術研究現狀

2.1 BIM技術在測繪中的應用

在項目設計階段，往往需要大量的現場的踏勘和測繪工作，人工成本高且時間周期長。同時，路橋項目常位于地質條件復雜，易出現現場工作空間受限的情況，導致人力資源消耗大、人員風險高等問題。隨著無人機和高清攝像的發(fā)展，對于風險高的項目，已采用無人機結合高清攝像采集現場地貌照片，并通過傾斜攝影技術構建三維模型，再與BIM技術結合，可輔助分析周邊建筑信息。

2.2 BIM技術在正向設計中的應用

BIM 正向設計的提出，是為了與“逆向”做區(qū)分。逆向設計是指從二維圖紙翻模得到三維模型的過程。由于二維模型本身就存在信息缺失，導致翻模后的三維模型往往需要再重新調整，如機電、管廊等。而正向設計是在三維環(huán)境中進行，模型中包含的信息將不斷傳遞至下游，貫穿設計、施工、運營全壽命周期。如通過三維模型的二維平面進行初步設計、在建筑模型中增加邊界力學特性進行結構計算、在三維模型中增加機電和管道以及鋼筋后進行碰撞檢查等。

為實現正向設計覆蓋項目全過程，需要協(xié)同各專業(yè)的數據信息和有效傳遞，這就要求建立統(tǒng)一的BIM 建模標準、模型手冊、族庫、BIM 構建庫、基礎資源庫等，各專業(yè)（建筑、結構、機電、裝飾）在BIM 平臺協(xié)同設計，實現快速出圖。隨后，需要將業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理的業(yè)務板塊多維掛接BIM 信息化平臺中。最終，實現業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理在BIM信息化集成平臺上對模型進行協(xié)同交付應用。

2.3 BIM技術中智慧工地中的應用

在信息化、智能化的發(fā)展，對項目管理平臺都有了較大的提升。目前，BIM技術在智慧工地應用較為廣泛，主要是以BIM 模型為數據載體并結合物聯(lián)、智能設備，從而形成單一項目智能化管理平臺。該類平臺主要功能包括進度、質量、技術、安全、勞務、設備、節(jié)能環(huán)保等多模塊化管理。隨著智慧工地的大量普及后，企業(yè)將多個智慧工地匯集為一個平臺，形成企業(yè)級的智慧工地。在多個智慧工地簡單的疊加后，導致企業(yè)級智慧工地平臺與企業(yè)級項目管理系統(tǒng)相互獨立，兩者數據不互通。進而增加了現場人員反復填報兩套系統(tǒng)，浪費人力資源、難以達到管理精細化和效益最大化。

3 基于BIM+智慧工地的企業(yè)級管理系統(tǒng)

3.1 構建思路

基于BIM 技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，將BIM 技術與企業(yè)現有項目管理系統(tǒng)深入融合，主要體現在利用BIM 技術將當前項目管理信息系統(tǒng)中的抽象“結構物”實現具象化，并由智慧工地平臺展示，讓項目管理基礎數據的采集更加簡便，項目形象進度管理更加直觀，以此達到形象進度與產值統(tǒng)計相統(tǒng)一、勞務實名制管理手段更加有效、考勤數據更加真實、成本管理更加規(guī)范、安全管理更加智能。最終形成依托BIM 模型數據，以互聯(lián)網、物聯(lián)網為介質，通過企業(yè)級項目管理平臺與智慧工地相互交互的綜合管理平臺，達到施工數字化和智能化管理，其系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

圖1 構建思路

3.2 數據載體

在系統(tǒng)中以BIM 模型、GIS 作為數據載體層，GIS 數據包括了高清遙感影像、傾斜攝影模型、DEM 等地理空間相關的數據。其中，傾斜攝影數據通過無人機搭載多臺不同角度傳感器獲取地面信息，再通過軟件處理成三維模型，如圖2所示。

圖2 GIS應用

在施工企業(yè)管理中結構物分解至關重要，將關乎后續(xù)項目施工、結算、支付等?？蓪IM 模型在結構WBS 編碼以多層級名稱，如“XX 項目-橋梁工程-XX橋梁-上部結構-……”。在輕量化處理模型后，以層級名稱來形成結構樹（如圖2、圖3 所示），以替代項目結構分解工作。其中BIM 模型結構樹的層級要根據后續(xù)應用的需求來劃定。同時，BIM模型還可掛接結構物的屬性信息，并通過輕量化處理后得到幾何數據與屬性數據兩個存儲文件，但該方法對后臺處理與儲存要求較高，也可以通過企業(yè)管理系統(tǒng)中增加結構物屬性信息，如圖3 所示。

圖3 基于BIM模型的結構物分解

3.3 項目管理應用

3．3．1 進度管理

依托BIM 模型所產生的結構物樹，按施工總進度、季度進度、月進度計劃掛接相應的結構物。并在相應的進度計劃中，根據緊前、緊后、平行施工等工序的邏輯關系，對結構物進行編寫計劃時間、完成時間、工程量等信息，該功能可利用圖3 中“編輯”功能進行實現。對于實際進度的填報，可采用圖3 中“編輯”功能進行人工錄入，也可以采用利用報驗程序，在報驗界面中設置BIM 構建選項和實際完成時間，系統(tǒng)抓取固定字符串，實現填報功能。保留人工錄入功能的好處在于項目在建設工程中可能存在突發(fā)事件如疫情、洪水等，所造成的工期可以進行索賠，不應該計入。

系統(tǒng)將自動對比計劃完成時間和實際完成時間，計算兩者的差值，以此區(qū)分項目建設是否滯后。如果兩者差值為負值則表示工期滯后，會在智慧工地反饋預警信息，反之則表示正常。同時，在智慧工地平臺中，會根據系統(tǒng)提供的進度信息，進行BIM 模型的渲染，可讓各級項目管理人員、業(yè)主等更加直觀了解和管控項目進度。

3．3．2 技術質量管理

在技術質量管理方面，傳統(tǒng)質量檢查主要以現場檢查、發(fā)現問題后，下發(fā)整改通知單，該工作由最早的紙質手寫整改單到現階段的電腦無紙化辦公，但在電腦中錄入，往往不是在問題現場而是在公司補錄，這就導致依舊存在手寫記錄過程。上述工作忽略了移動端的優(yōu)勢，為此開發(fā)移動端項目管理系統(tǒng)，包含技術質量檢查模塊，與電腦端收據互通。此外，為了起到警示作用，將質量問題掛接到對應的結構物中，使在智慧工地平臺BIM 模型中與之相應構建會顯示為紅色（見圖4）。

圖4 技術質量管理模塊——質量檢查

3．3．3 安全管理

在系統(tǒng)中安全管理模塊與技術質量管理類似。同時，利用無人機實時或留存的航拍視頻、視頻監(jiān)控錄制視頻，平臺自動進行視頻實時處理，對現場實際工程情況進行記錄。此外，視頻監(jiān)控可同時在智慧工地平臺和公司級項目綜合管理平臺中進行查看，方便了多層級管理人員對項目的管控（見圖5）。

圖5 安全管理模塊——安全檢查

3．3．4 成本管理

通過對BIM 模型的結構物分解，并配合在項目管理系統(tǒng)中工程量的錄入，之后與業(yè)主清單和預算標準相映射，形成業(yè)主計量和對下支付。同時，將BIM模型關聯(lián)施工合同、專業(yè)分包合同、勞務合同清單等情況，后臺自動計算工程造價，形成工程產值、成本等數據，實現BIM 模型、工程量、綜合單價的構件級的關聯(lián)。其次，在智慧工地平臺進度模型中，可實現不同時間和單位工程下，所產生的產值、成本等清單量，并與施工進度綁定，能夠更加直觀反映不同時期、不同單位、分部分項工程下工程統(tǒng)計數據，更好的輔助項目管理者進行項目管控和決策。此外，也通過對比形似工程，來分析不同專業(yè)分包單位、勞務單位的業(yè)務能力。

3．3．5 勞務管理

利用物聯(lián)網設備，進行身份證自動識別，快速錄入工人實名信息，自動采集考勤數據。在施工過程中利用人臉識別系統(tǒng)對項目勞務人員進行考勤，設置工人或勞務分包隊伍黑名單，在項目間共享并上傳至企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，可加強控制用工風險。

4 結論

通過研究BIM 技術+智慧工地的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)，與傳統(tǒng)項目管理系統(tǒng)對比，得到如下結論：

①該系統(tǒng)打通了智慧工地和企業(yè)內部項目管理系統(tǒng)之間的數據壁壘，通過企業(yè)內部項目管理系統(tǒng)與BIM 模型數據的雙向映射，最終形成了以BIM、GIS模型為數據載體，智慧工地為形象展示，企業(yè)項目管理系統(tǒng)為核心引擎的企業(yè)級項目綜合管理系統(tǒng)；

②該套系統(tǒng)整合了多套平臺系統(tǒng)，消除了一線管理人員反復填報數據的工作，減輕了人力資源和管理成本，對項目管控起到積極作用。同時，該系統(tǒng)在進度、技術質量、安全、成本管理等方面，均和BIM 技術相融合，在智慧工地中能夠直觀顯示數據信息，能夠極大提升各層級對項目的管控水平；

③該系統(tǒng)將滿足企業(yè)對項目高度集中信息可視化管理和日常管理機制，實現了企業(yè)項目一體化閉環(huán)管理，推動工程施工智慧化的發(fā)展。