5D BIM技術在工程施工進度與成本管理中的應用

年 景 王曉妮

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著計算機和其他科學技術的迅猛發展，“互聯網+”時代的來臨，給傳統的建筑工程施工管理帶來了前所未有的機遇和挑戰，促使了數字化施工管理技術的誕生。在建筑行業，項目效益是生產和經營的核心，而施工進度與成本管理則是實現這一核心目標的關鍵，它不僅要求投資者要進行有效地管理與控制，還要求“估、概、預、結、審”有效地執行，以確保項目順利實施。BIM（Building Information Modeling）是“建筑信息模型”的簡稱，是一種以數字化方式對建筑物進行設計、建造和運營的工具和流程。而5D BIM 則是在BIM的基礎上，加入了第五維度時間的概念，將建筑物的施工時間和成本等因素考慮進去，對項目進行整體的優化。BIM 5D 提供了提取和分析成本、評估方案和變化影響的方法，可以進一步完善建筑項目的管理和控制，并提供更準確、高效的決策支持。本文從傳統施工管理在進度與成本管理方面的問題出發，針對性地引入5D BIM 技術，以求提升項目管理的水平，在施工進度與成本管理中取得成效。

1 傳統施工管理在進度與成本管理方面的問題

“決策、設計、交易、施工、竣工”是工程建設的五大階段，在傳統管理模式下，由于缺乏信息化手段的支撐，信息差異較大、數據不連續、協同共享難度大等問題較多，工程施工的造價控制存在明顯的分割，應用范圍受到限制，事后控制占據主導地位，實現對建設項目全過程的綜合管理變得更加困難。隨著技術的進步，建筑的復雜性不斷提升，建筑的結構、材料、設計等都變得越來越多樣，這使得企業在施工過程中面臨更大的挑戰，需要考慮更多復雜的因素，并且需要對所有的施工子項目進行嚴格的監督和管理[1]。當前，建筑行業的施工企業仍然主要依賴人為管理，但由于管理人員的綜合素質存在差異，所接收到的信息有差距，從而導致工程進度和成本控制存在諸多不足。

1.1 進度管理方面的問題

（1）參與主體多，與總包計劃存在沖突。隨著各種異型建筑、大型結構工程和高層建筑的出現，參與施工過程的施工人員逐漸增多。在項目建設過程中，分包商、材料供應商和總承包商編制的總體進度表存在不一致的情況。因為土建、給排水、暖通、強弱電、裝飾裝修等多個領域的技術交叉，使得在執行進度計劃的過程中，可能會遇到各個環節的矛盾以及物資的短缺和缺乏。由于施工項目部管理缺乏及時的監控，他們很難及時發現可能導致工期延誤的現場情況，從而無法采取有效的預防措施，以確保工程的順利完成。

（2）實際施工進度的動態分析存在信息缺口。在施工過程中，項目前期規劃的施工進度經常因各種因素而變動，管理者必須對其進行實時動態監控。在審查計劃進度與實際進度是否有任何變化以及項目的估計完工工作量與實際完工工作量是否相同時，往往通過甘特圖、網絡圖或者文字等，然而進度管理中的人員素質差異可能使項目的實際情況與計劃存在較大偏差，導致管理人員無法及時地識別和評估施工中的進度問題。

1.2 成本管理方面的問題

（1）成本管理難以進行全過程把控。傳統的項目成本管理僅起到了周期性成本核算的目的，并且對成本的把控工作常集中在施工以后，項目施工前的把控較少，而對于過程中的動態監控就更難以實施。

（2）隨著工程項目不斷進展，施工過程中會產生大量的數據，這些數據的處理和分析極其繁瑣，從而給成本管理帶來極大的挑戰。因此，各級管理者必須花費大量的精力和時間來完成這些繁瑣的任務，包括但不限于成本預算、成本核算和變更計算。由于數據的多樣性和復雜性，從多個部門獲取的合同、圖紙等信息數量巨大，使得狀態查詢和統計的任務變得極其艱巨，而且由于統計的復雜性，很多風險因素也會被忽略，從而造成巨額的經濟損失。

2 施工進度與成本管理引入5D BIM技術的價值分析

2.1 施工進度管理方面

基于5D BIM，施工人員可以在電腦上對項目進度進行模擬，預測出各個工序的時間和費用，并進行優化，從而可以在項目早期就對施工進度進行合理的規劃和控制，大大提高工程項目的進度管理效率，實現規劃、設計、施工和運維各階段信息的互通，有效縮小信息鴻溝，提高項目管理效率，避免項目施工進度的延誤。通過5D BIM，項目參與方可以在同一個平臺上進行信息共享和協作，實現設計師、施工人員和業主之間的實時溝通和協作，減少信息傳遞的誤差和延遲，同時保證了所有項目參與者都可以使用相同的數據進行協同工作、進度準備和進度審查，并使用相同的界面來創建進度和管理進度。5D BIM 技術的出現，拓展了工作時間管理的方式，使得管理更完善、更全面。每條線路都采用開放的數據共享方式，減少了雙方的溝通，降低了數據丟失的風險。同時，應用5D BIM 技術“先試后建”的特點，可以在模擬施工過程中提前發現設計規劃中的空間和時間方面的缺陷，降低項目施工風險[2]。

2.2 施工成本管理方面

5D BIM 技術將進度、預算、資源、施工組織等關鍵信息集成起來，對施工過程進行模擬，及時為施工過程中的技術、生產、商務等環節提供準確直觀的進度、物質消耗、過程計算、成本核算等核心數據，提升溝通和決策效率，幫助客戶對施工過程進行數字化管理，從而大大節約時間和成本，提升項目管理效率的目的。通過應用5D BIM技術，可以有效地將技術和管理結合起來，準確地復核和及時地響應相關方反饋的問題，在建模和施工模擬階段發現圖紙和現場施工中的問題，合理申請設計變更，優化施工工藝和工法，減少不必要的材料浪費，從而實現開源節流，提高成本管理水平的目的[3]。對于某些費用超支的情況，多維度分析存在的問題就是需要拆分大量數據信息，單靠人力無法快速完成。應用5D BIM 技術可以提高成本分析的效率和精確性[4]，提高投標前或工程進行中的現金流量預測精準度，對多項目進行的施工單位，能協助其更準確地預估財務狀況，使營運的風險降到最低。

3 5D BIM技術在施工管理中的應用實例

3.1 天津永利大廈項目的應用實踐

永利大廈是一座高達107m 的綜合性建筑，由A、B、C 三座塔樓組成，總建筑面積達到83564.3m2。其中A 塔樓地上有18 層，3 層地下室，地上建筑的高度有89.5m。B塔樓地面上方有21層，地下有3層，地面之上的高度99.6m 左右。C 塔樓由9 層高樓和3 層低樓組成，地面之上的建筑高度有43.8m。塔樓的結構由三部分組成：A、B塔采用框架結構，C塔采用框架結構，地下車庫則采用框架-剪力墻結構。5D BIM 技術的應用始終貫穿該建筑建設始終。

與傳統的民建項目不同，這個項目的工期緊迫、任務繁重。為了加快建設進度，減少重復勞動，選擇了廣聯達軟件和TEKLA 來完成土建和鋼筋建模。為了提高施工效率，優化資源配置，項目在施工過程中必須對流水段和現場工作面進行劃分，根據差異編制和管理進度計劃、分包合同、甲方清單、圖紙等文件，使項目人員清楚了解各組工的數量、工程量和材料需求或其他信息。使用5D BIM 技術可以有效地幫助施工管理人員更加合理地安排施工計劃，從而有效避免工作面施工中可能出現的交叉作業沖突。在該項目中通過應用5D BIM 技術，實現了信息的快速傳輸，有效控制了施工進度、成本、安全和質量，形成了一個閉環管理系統，進一步提升了項目的履行能力和精細化管理水平[5]。

3.2 珠海歌劇院項目的應用實踐

總建筑面積高達5.9 萬m2的珠海歌劇院項目已落地建成，其建筑面積達到4.85萬m2，其他配套建筑1.05萬m2。建筑物大部分建筑結構采用框架-剪力墻和鋼結構，其中鋼-混凝土組合樓蓋覆蓋了整個建筑物。珠海歌劇院作為一個大型公建項目，貝殼高度55.6m，面臨著極大的挑戰，包括建設難度大、技術要求高等，但同時也要求項目團隊在滿足工作進度的前提下，與全球頂尖的專項設計團隊進行有效的協調與配合。

珠海歌劇院項目在最初實施中運用了4D BIM 技術，在施工中結合了進度與質量控制，但采用的仍是常規項目動態成本控制，未引入造價信息。在成本管理方面出現了成本計劃的滯后性，商務策劃落地率低，在項目管理中數據量太大或變化較多，無法進行有效成本分析和成本控制，成本考核舉步維艱。引進5D BIM技術，為該項目在工時反演、工時修正、質量控制、圖紙審查等方面提供了更多條件。

施工和設計團隊通過使用5D BIM技術，將建筑物的鋼結構、幕墻、內部支撐結構、管道和觀眾區域的信息進行三維可視化，以便更好地了解建筑物的整體布局。此外，還利用三維演示來及時發現建筑物的碰撞和空間不匹配，以減輕圖紙審核的負擔。通過5D BIM的三維立體展示，可以對鋼結構的設計和施工過程有更精細的了解，從而更快地確定加工和安裝的步驟，從而有效地提高施工效率，并有助于提前完成任務。通過軟件的施工模擬功能，可以清晰地展示施工工藝和進度，從而有效地實施流程管理，優化施工方案和進度安排。在成本管理上，由軟件直接生成準確工作量，減少預算部門工作時間和產生的誤差，加快工程結算和決算的進度。

4 5D BIM技術管理應用的制約因素

4.1 BIM方面技術人才不足

2021 年發布的《上海市建筑信息模型技術應用與發展報告》顯示，我國建筑業的數字化轉型已經不可避免[6]。BIM、CIM 等技術的應用也越來越受到重視，全國對BIM 技術的人才需求量高達130 萬人。5D BIM 技術在國內的發展雖然強勁，但是在支持BIM 技術應用的同時，還需要一個經過培訓的專業BIM 團隊。由于施工人員的流動性較高，BIM 團隊的組建困難，業主無法在施工中很好地使用BIM 技術，經常存在施工工人經BIM 技術培訓后就離開等問題，使得業主不愿投入資金培養。

4.2 可提供咨詢平臺較少

5D BIM 技術在設計院和建設單位的工程建設實施中發揮著重要作用，但是在國內5D BIM咨詢管理平臺仍然相當稀缺[7]。隨著技術的發展，5D BIM 技術管理平臺的R＆D 和應用已經取得了長足的進步，它不僅可以幫助建設單位更好地管理項目，而且可以為工程咨詢單位提供更加全面、專業的服務，使其在決策階段具有先發優勢，從而提高工程建設的效率和質量。

4.3 技術標準及行業規范不健全

目前，我國相關技術標準及行業規范滯后于5D BIM 技術的發展，各種數據資料、信息管理的職責及技術規范沒有健全的標準及行業規范可供參考或依據。而施工參與者需要有效利用BIM 技術進行施工，將BIM 技術融入施工管理的現有業務流程，急需政府機構和行業主管部門制定相關技術標準及行業規范。

4.4 國內應用費用高

對比CAD 制圖，5D BIM 模型的好處顯而易見，但是業主、設計師和施工方往往不愿增加投資。5D BIM技術平臺的維護和技術人員的引入，會造成初期成本的一定增加，項目各方不愿承擔這一部分的高昂費用，導致行業中5D BIM技術推廣緩慢。

5 結束語

綜上所述，傳統施工管理在進度與成本管理方面存在一定的問題，通過引入5D BIM 技術，可以在電腦上對項目進行時間和成本的模擬，預測出各個工序的時間和費用，并進行優化。通過5D BIM,可以在項目早期就對施工進度和成本進行合理的規劃和控制，從而減少項目的延誤和超支；項目參與各方可以在同一個平臺上進行信息共享和協作，實現設計師、施工人員和業主之間的實時溝通和協作，減少信息傳遞的誤差和延遲；而且5D BIM技術還可以提高成本分析的效率和精確性，提高投標前或工程進行中的現金流量預測精準度，對多項目進行的施工單位，能協助其更準確地預估財務狀況，使營運的風險降到最低。雖然5D BIM技術已在天津永利大廈、珠海歌劇院等項目上成功應用，但還尚存技術人才不足、技術標準及行業規范不健全等制約因素有待進一步解決。