BIM+項目管理系統(tǒng)融合應用及平臺構建研究

黃劍文 吳福居

(中交一公局廈門工程有限公司)

目前，隨著BIM 技術被市場廣泛的接受和應用，BIM技術帶來的經(jīng)濟效益和優(yōu)越性逐步得到了體現(xiàn)，將BIM 模型作為建設工程項目的信息載體，融合打造BIM+項目管理系統(tǒng)，輕量化、網(wǎng)絡化模型應用和信息集成，能夠大大改善項目傳統(tǒng)生產經(jīng)營管理方式和深度。以模型作為管理數(shù)據(jù)展示和應用的基礎，充分發(fā)揮項目管理信息多元集成、BIM可視化協(xié)同和跨部門的融合應用特征，為項目參與者提供模型協(xié)同管理機制和業(yè)務控制功能，實現(xiàn)高效的信息傳遞與數(shù)據(jù)共享，提升工程項目的管理效率和管理能力。

1.BIM+項目管理融合應用前景

BIM 是一種技術、一種方法、一種過程，它能夠對工程對象進行完整的描述，并處理和分析工程項目不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，以多維度的模型信息集成為建設工程參與方提供信息處理和協(xié)同應用能力。將BIM 與項目管理體系深度結合實現(xiàn)可視化管理，能夠推動項目全生命周期中動態(tài)的信息創(chuàng)建、管理和共享，降低信息不及時、不對稱帶來的不利影響，推動整個A/E/C（Architecture/Engineering/Construction）領域的變革和發(fā)展。

隨著建筑功能需求和結構復雜程度地不斷提高，建設工程的管理需要實現(xiàn)更加的精細化和智能化，越來越多的企業(yè)選擇通過平臺應用來實現(xiàn)管理質量的提升。針對項目存在的共性問題：部門、專業(yè)眾多、數(shù)據(jù)分散獨立，相互之間的溝通協(xié)作存在隔閡、信息傳遞不及時和數(shù)據(jù)傳遞損失等問題；參建各方缺少共同“語言”，應用標準參差不齊，溝通效率低，并且管理目標不一致，生產管理存在著一定的辯證矛盾；各專業(yè)之間協(xié)調效率低，工作過程中結構分解、進度計劃與圖紙模型相互獨立，作業(yè)交叉，質量安全事故頻發(fā)，安全風險高等。因此營造一個統(tǒng)一、直觀、及時的溝通協(xié)作環(huán)境有利于調和管理矛盾，為解決項目管理提升的發(fā)展問題提供嶄新的視角。

2.BIM+項目管理系統(tǒng)的設想和構建

2.1 BIM+項目管理系統(tǒng)的總體框架

BIM+項目管理系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)是通過集成接口經(jīng)由Web 服務器傳輸，以工程項目的WBS 分解和0#清單為紐帶建立BIM 模型與項目管理系統(tǒng)的動態(tài)連接，通過API 接口將模型構件屬性擴展到進度管理、分包管理、計量管理、變更管理、材料設備等項目管理的方方面面。采用授權及開放式的數(shù)據(jù)庫連接格式ODBC 搭建標準化通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在管理系統(tǒng)和輕量化模型之間的交換和共享，為工程項目參建各方管理人員提供遠程管理與控制手段，滿足各單位、各專業(yè)人員之間的協(xié)同交互應用。

系統(tǒng)的總體框架結構具有明確的業(yè)務邏輯與數(shù)據(jù)交換關系，項目業(yè)務管理維度主要包括施工動態(tài)管理、安全生產管理、技術質量管理、經(jīng)營成本管理，通過雙向連接實現(xiàn)BIM 與各項業(yè)務數(shù)據(jù)的聯(lián)動，構建一個基于BIM 技術的項目綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)總體結構如下：設置內網(wǎng)結構為Client/Server（客戶機/服務器）架構，外網(wǎng)結構為Browser/Server（瀏覽器/服務器）架構，通過系統(tǒng)認證及安全接口的無縫集成，實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)和BIM 的信息交換和共享。

2.2 BIM+項目管理系統(tǒng)的整體實施方案

系統(tǒng)的構建整體分為兩大核心模塊，一是BIM 輕量化引擎，引擎將多種專業(yè)軟件創(chuàng)建的模型文件轉換成以IFC為基準的模型，輕量化后的模型保留原有模型的幾何參數(shù)、體系結構和屬性信息等，支持多個維度的屬性數(shù)據(jù)存儲，建立BIM 模型駕駛艙。二是項目管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包含經(jīng)營管理、物資管理、安全管理、質量管理等眾多應用模塊，對施工管理過程中各模塊運行的數(shù)據(jù)進行記錄、編輯和擴展，通過數(shù)據(jù)中臺對項目過程信息、資源數(shù)據(jù)進行整合，將項目全生命周期中海量數(shù)據(jù)有機的集成在一起。

系統(tǒng)以施工項目全過程成本管理為中心，采用合同清單、標后預算、施工預算、實際成本的“四算管理”業(yè)務模型，在項目管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)核算的同時，自動將數(shù)據(jù)信息傳遞至BIM 輕量化模型，實現(xiàn)生產管理數(shù)據(jù)的三維可視化，提高信息共享程度，增強項目管理的協(xié)同性，打破信息孤島，建立系統(tǒng)化架構、體系化流程和指標化分析的整體實施方案。

2.2.1 接口層

引入國內成熟的BIM 輕量化引擎作為系統(tǒng)底座，通過數(shù)據(jù)接口進行模型文件的導入、解析和導出，將來自不同軟件（Revit、Catia、Tekla 等）的模型成果傳輸?shù)较到y(tǒng)，實現(xiàn)IFC 標準格式轉換，進而實現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的交換、集成和應用。

2.2.2 數(shù)據(jù)層

項目實施階段的數(shù)據(jù)可分為結構化的數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)及非結構化的文檔數(shù)據(jù)和過程信息。BIM 數(shù)據(jù)經(jīng)IFC標準格式的轉換和存儲后，通過數(shù)據(jù)中臺對全過程各專業(yè)信息建立轉換機制和映射關系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的抽取、存儲、分析和呈現(xiàn)。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程示意圖

2.2.3 模型層

模型通過主流的專業(yè)建模軟件創(chuàng)建，根據(jù)不同的應用場景和需求，以施工分段和內容分別建立施工場地布置模型、施工資源配置模型、施工進度管理模型、施工安全信息模型等，經(jīng)由BIM 協(xié)同平臺輕量化轉換，為項目管理應用提供模型基礎。

2.2.4 平臺層

包括自主開發(fā)以生產進度為主線、以成本管理為核心的項目管理系統(tǒng)和BIM 輕量化應用平臺，BIM 平臺用于實現(xiàn)模型的格式轉換、參數(shù)讀取、信息存儲和集成驗證；項目管理系統(tǒng)實現(xiàn)項目組織過程控制信息管理和非結構化數(shù)據(jù)集成。

2.2.5 應用層

通過項目管理系統(tǒng)與BIM 協(xié)同平臺的緊密結合搭建的BIM+項目管理系統(tǒng)，將BIM 模型數(shù)據(jù)直接穿透至項目管理系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)項目綜合管理方式、降低勞動強度、加快工作效率、增強數(shù)據(jù)表達效果，實現(xiàn)綜合、立體的項目信息化管理。

3.BIM+項目管理系統(tǒng)應用價值

BIM+項目綜合管理系統(tǒng)由業(yè)務管理、實時控制和決策支持三個部分組成。業(yè)務管理是將BIM 與業(yè)務管理數(shù)據(jù)關聯(lián)，實現(xiàn)各業(yè)務間的聯(lián)動和控制，為各職能部門業(yè)務人員提供項目管理信息和操作權限。實時控制是由系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析并自動生成報表，根據(jù)預先設定好的流程跟蹤施工過程中安全生產、技術管理、經(jīng)營管理等事件，設定閾值提供預警機制。決策支持為管理人員提供各類數(shù)據(jù)分析、效能分析、臺賬分析等功能，為管理者決策提供分析和依據(jù)。系統(tǒng)運行時，各部門、各領域全面深入分析各業(yè)務間、各管理層級間的邏輯關系，項目管理人員均通過系統(tǒng)操作、運行和取值，真正實現(xiàn)“穿透式”管理。

BIM+項目管理系統(tǒng)主要應用模塊如表1 所示。

表1 BIM+項目管理系統(tǒng)應用模塊

3.1 基于BIM 的施工動態(tài)管理應用

系統(tǒng)運用互聯(lián)網(wǎng)和BIM 對項目建設進程進行規(guī)劃和動態(tài)控制，實現(xiàn)資源的批次化管理、進度的可視化管理以及過程的數(shù)字化管理，確保在施工的各個階段材料供應及時、資源儲備合理、場地布置規(guī)范、進度計劃匹配、過程管控到位。通過管理模型實時監(jiān)控生產流程，及時預警，動態(tài)分析資源、進度和過程質量的合理性，將責任分配到人、施工記錄到點、計劃詳細到每個環(huán)節(jié)，提高管理人員對生產矛盾的感知能力，為決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

資源分配管理是借助移動互聯(lián)網(wǎng)和BIM 將項目的既有資源和計劃資源進行動態(tài)控制，以管理數(shù)據(jù)分析為支撐，實現(xiàn)對施工環(huán)境、作業(yè)程序的精細化管控；施工進度管理，將施工模型與流水段、WBS 分解和施工進度計劃有機關聯(lián)，使計劃和進度能用甘特圖或網(wǎng)絡圖表示，也可用模型直觀表達，實現(xiàn)可視化進度管理；施工過程管理，通過BIM 進行施工場地模擬、施工建造模擬、工藝漫游模擬、碰撞檢查模擬等，將生產組織和工序流程三維化并線上傳遞，論證作業(yè)程序的可行性，提高對設計缺陷的辨識度，降低不必要的損失。

3.2 基于BIM 的安全生產管理應用

將BIM 與項目安全生產管理應用進行結合，深化雙重預防體系，系統(tǒng)不僅可以將BIM 技術服務于安全技術交底、作業(yè)風險識別、安全教育培訓、危大工程作業(yè)驗證。而且可以將模型與物聯(lián)網(wǎng)集成，實現(xiàn)可視化基坑監(jiān)測、高支模監(jiān)測等應用，對作業(yè)程序、控制要點、監(jiān)控量測等方面進行實時監(jiān)控，更加直觀地辨識安全生產管理中的問題，更加全面地預測安全隱患要素，讓安全風險更加直觀，避免各類安全生產責任事故的發(fā)生。

安全事故往往是由于設計缺陷、質量缺陷、惡劣環(huán)境、方案缺陷以及人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)等眾多因素。通過系統(tǒng)的應用，論證設計、論證方案、把關質量、監(jiān)測環(huán)境，將項目的人、機、料、法、環(huán)進行信息化管理和數(shù)據(jù)分析，將工程質檢、安全數(shù)據(jù)和檢驗報告與信息模型相關聯(lián)，提供自動分析和實時監(jiān)管等功能，提高對安全生產的科學管控。

3.3 基于BIM 的技術質量管理應用

將項目策劃、方案設計、工序模擬、工期排布、資源配置、質量標準、風險控制、資料管理等有機的結合在一起，通過模型與離散事件進行數(shù)據(jù)交換，將工藝流程、質量標準和相應的技術標準輸入到施工管理的各個環(huán)節(jié)，保障材料的供給質量、建造過程質量等，滿足生產計劃、資源配置、工藝工法應用組合的合理性，技術人員根據(jù)模型和管理數(shù)據(jù)進行全面的技術管理和質量把關，及時發(fā)現(xiàn)各種工程質量問題，實現(xiàn)工程品質的全方位改善。

對于技術管理方面，傳統(tǒng)的技術組織以二維圖紙、文檔等方式進行信息傳遞，每個人對信息理解的深度和角度不同，信息傳遞并非完全一致和同步更新。通過系統(tǒng)將關鍵信息集中至BIM 模型，模型經(jīng)輕量化以二維碼或鏈接傳遞至相關作業(yè)人員，實現(xiàn)施工方案、技術標準等關鍵信息的實時共享和動態(tài)關聯(lián)，為項目參建各方建立統(tǒng)一的協(xié)同工作環(huán)境。

對于質量管理方面，首先建立工藝流程和質量標準，結合設計指標于系統(tǒng)中建立質量管理模型，系統(tǒng)根據(jù)管理人員填入的實測數(shù)據(jù)，自動對比設計真值，及時反饋質量偏差狀況并動態(tài)信息監(jiān)控。必要時可運用BIM 與數(shù)碼設備（AR設備、測量儀器、監(jiān)測儀器等）相結合，實現(xiàn)現(xiàn)代化的數(shù)字監(jiān)控模式，全面強化項目施工質量控制，科學指導施工。

3.4 基于BIM 在造價成本管理的應用

BIM 是一種由多維元素組成、動態(tài)的信息管理模型，可實現(xiàn)分布式、異構工程數(shù)據(jù)之間的匹配和共享，其構件信息是可運算的，計算機可自動根據(jù)構件信息進行構件區(qū)分和參數(shù)提取，將模型內嵌的幾何和物理信息與成本管理數(shù)據(jù)進行一致性關聯(lián)，實現(xiàn)自動預算管理、成本核算管理和變更控制管理等，以WBS+0#清單+分包工序為基礎，細化至項目管理的最小單元，為管理者提供立體的、全方位的經(jīng)營狀態(tài)展示，將進度、材料、分包、計量等生產管理數(shù)據(jù)三維可視化，實現(xiàn)基于BIM 的成本控制應用。

自動預算管理，在項目建立之初，先著重開展0#清單勘誤，從數(shù)據(jù)源頭進行集中梳理，建立BIM 模型并關聯(lián)清單信息，后續(xù)不同階段、不同管理部門均可依托模型和清單實現(xiàn)當前經(jīng)營預算需求的數(shù)據(jù)提取；成本核算管理，在項目建設階段，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)的采集、分析、預警、匯總和考核，實時對比預算成本實現(xiàn)超限預警機制；變更控制管理，通過成本管理模型關聯(lián)變更信息，匹配變更審批、變更清單和生產過程等數(shù)據(jù)，快速傳達變更信息，實時監(jiān)控變更所造成的各類影響，避免不必要的損失。

圖3 BIM+項目管理系統(tǒng)效果圖

4.結語

BIM 具有多元化、參數(shù)化、集成化、智能化的特點，它能夠實現(xiàn)工程項目實體實施和功能特征的數(shù)字化表達，對工程建設全生命周期各個階段的數(shù)據(jù)、過程和資源進行動態(tài)捕獲、表達和協(xié)調，完整描述建筑信息。將BIM 與項目管理融合，充分發(fā)揮工程數(shù)據(jù)集成、模型可視化以及跨時空、跨部門的應用，解決分布式、異構工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，實現(xiàn)項目管理過程中動態(tài)的信息創(chuàng)建、數(shù)據(jù)計算、組合分析和管理共享，有利于參建各方對項目實施狀況實時了解與監(jiān)控，合理部署項目實施計劃并滿足項目管理精細化管理需求。平臺化管理充分挖掘數(shù)據(jù)潛力，為決策提供多維的信息支撐，全面的監(jiān)督和管理項目實施的關鍵要素，促進生產組織模式和管理方式的轉型，提升各方面業(yè)務的管控精度和協(xié)同能力，勢必對建設工程項目的管理思維產生深遠的影響。