浅论BIM在监理中实现的功能——以兰州西客站铁路站房工程为例

江晓云

（兰州交大工程咨询有限责任公司， 甘肃 兰州 730070）

1 BIM由来

1.1 BIM技术产生的背景

美国建筑科学研究院在 2007 年颁布的《美国国家 BIM标准第一版》第一部分的研究报告中指出，工程建设行业的浪费值较制造业高出 31%。若工程建设行业通过一定手段达到目前制造业的水平，按美国 2008 年 12 800 亿美元的建筑业规模计算，每年可以节约将近 4 000 亿美元。

经研究发现，导致建设行业效率不高的原因是多方面的，但只有通过应用先进的生产流程和技术才能整体提高建设行业水平，因此 BIM 技术应运而生。它既是一种技术和方法，也是一种机制和机会。通过集成项目信息的收集、管理、交换、更新、存储和项目业务流程，为建设项目生命周期中的不同阶段、不同参与方提供及时、准确、足够的信息，支持不同项目阶段之间、不同项目参与方之间以及不同应用软件之间的信息交流和共享，以实现项目设计、施工、运营、维护效率和质量的提高，使工程建设行业的生产力水平得到持续不断的提升。

1.2 BIM在建设行业中的地位

我国建筑业信息的历史基本可以归纳如下。

(1)1981 年～1990 年，解决以结构计算为主要内容的工程计算问题(CAE)。

(2)1991 年～2000 年，解决计算机辅助绘图问题(CAD)。

(3)2001 年～2010 年，解决计算机辅助管理问题，包括电子政务和企业管理信息化等。

截止 2010 年，“十一五”计划完成以后，建筑行业信息化的纵向打通了，但横向没有打通。从宏观来看，技术信息化与管理信息化没有关联；从微观来看，CAD 与 CAE 之间也没有关联(如图 1 所示)。

图1 我国“十一五”计划完成以后的建筑业信息化情况

就目前技术和行业发展趋势分析，BIM 作为建设项目信息的承载体及我国建筑业信息化下一个 10 年横向打通的核心技术和方法之一，已经没有太大争议。BIM 通过其承载的工程项目信息把其他技术信息化方法集成起来，从而成为技术信息化的核心、横向联接技术信息化以及技术信息化和管理信息化的桥梁。因此，2011 年～2020 年，建筑业要解决的重点问题就是：BIM。

1.3 行业赋予BIM的使命

一个工程项目建设和运营，涉及业主、用户、规划、政府部门、承建商、供货商、环保、金融、维护等成百上千家参与方和利益相关方。其典型生命周期包括规划、设计、施工、项目交付和试运营、运营维护、拆除等阶段，时间跨度几十年甚至上百年。

目前在工程建设中，各参与方在项目不同阶段用自己的应用软件完成相应的任务，输入所需信息，把合同规定的工作成果交付给接收方；若关系好，可以把软件的输出信息交给接收方作参考。信息接收方将重复上述做法。

因为目前合同规定的交付成果以纸质成果为主。在这个过程中，项目信息被不断地重复输入、处理、输出成合同规定的纸质成果；下一个参与方再接着输入他的软件所需要的信息。据美国建筑科学研究院的研究报告统计，每个数据在项目生命周期中被平均输入 7 次。因此，在一个建设项目中，并不缺少数字信息；真正缺少的是对信息的结构化组织管理和信息交换，即机器可以自动处理且不用重复输入。由此看来，行业赋予 BIM 的使命是：解决项目不同阶段、不同参与方、不同应用软件之间的信息结构化组织管理和信息交换共享，使得合适的人在合适的时候得到合适的信息，这个信息要求准确、及时、够用。

2 BIM的概念

美国国家 BIM 标准给出 BIM 的定义：“BIM 是一个设施(建设项目)物理额功能特性的数字表达；BIM 是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。”

3 工程监理在兰州西客站铁路站房中BIM技术的应用

3.1 工程概况

兰州西客站位于甘肃省兰州市七里河区，处在兰州市中心地带。车站北侧为城市公路主干道西津路，南侧为在建城市主干道南山路；交通便利，有兰渝铁路、包兰客运专线、兰新第二双线、兰成铁路、陇海客运专线等 6 条 10 个方向的客运专线交汇于此；规模将等同北京西客站，是西部地区最大的路网型客运枢纽，也是国内一流的现代化大型综合交通枢纽。兰州西客站是一座能同时开行动车、城际列车和普通列车的车站。

兰州西客站工程属特大型交通枢纽项目，设有南北站房、高架候车厅、南北城市通廊、高架车道、落客平台、站台雨棚和物流通道。站场规模 13 台 26 线，由北向南依次为:普速场 6 台 13 线，其中正线两条;高速场 7 台 13 线，其中正线 2 条。

兰州西客站采用南北地上进站、高架候车、地下出站格局。地铁 2 号线从南北向穿过兰州西客站，车站设在北侧地下站前广场内。站房共 3 层，其中地上两层分别为站台层和高架层，地下 1 层为出站层。平面尺寸为 380 m×260 m，最大柱跨度 66 m，最大高度 39.55 m，主站房总面积 99 963 m2，雨棚覆盖面积为 102 000 m2。

3.2 BIM协作平台的建立

根据前文所述行业赋予 BIM 的使命可以发现，建设项目信息具有以下特点(见表 1)。

表1 建设项目信息特点

在一定程度上，项目建设过程中信息的特点，决定了信息管理过程中所要面临的问题(见表 2)。基于这些问题的产生以及项目管理人员对于信息管理的期望，协同工作平台的建设成为信息管理研究的重点。

表2 建设项目信息管理存在的问题

本工程中使用了 BIM 协作平台，对站房工程信息进行管理，与传统的监理方式相比，应用 BIM 技术明显提高了工程监理的工作效率(如图 2 所示)。

图2 BIM协作平台系统主界面

BIM 协作平台在本项目中所满足的三个基本条件。

(1)三维模型建模与展示。协作平台插入建模软件模块，通过登录平台即实现模型建立、展示、修改等功能，通过 3D模型直观、形象、多角度地描述建设项目的各种数据信息。监理登录平台后，根据自己的需求和使用权限对图纸进行审核，并提取和使用模型其他信息，有异议或不符合要求之处，直接从平台将信息反馈至相应参与方，进行信息修改。

(2)支持协同工作。BIM 技术涉及整个团队，各参与方的工程师很难长时间集中于一处进行办公，协作平台通过网络，将生成的文件传送给对方。因此 BIM 协作平台需具备协同能力，采用 C/S、B/S 甚至是云模式，在服务器终端搭建一个模型数据库。监理方通过客户端从服务器获取相关参数，并在本地快速建模，然后将各方的结果及时反馈至服务器。

(3)数据采集、加工。在应用 BIM 过程中，模型是一个展示实体各参数、属性的窗口。所有模型的数据都要与实际施工同步、相符，通过不断采集现场施工数据，并加工转换成驱动模型的数据源，才能使模型真正地“活”起来，充分发挥 BIM 的各种优势。根据国家标准和行业规范规定，监理主要在开工阶段、施工阶段、竣工阶段录入监理用表及其他相关信息，实现信息共享，有效避免信息重复录入时产生的错误，给监理信息管理带来极大的便利。

监理单位依照合同和规范要求，为建设单位提供咨询、管理服务。在本工程中，通过应用 BIM 协作平台，监理方充分了解了建设和设计意图，明确了工程的最终目标，开展了以下工作：系统化收集信息，确保信息流通顺畅；规范项目报告，便于进行统一化管理；建立信息管理流程，控制信息流；维护信息系统，保证信息系统有效运行。

因此，BIM 协作平台为监理提供了数字化监理模式平台。监理对这种模式下的资料、档案，通过一致性建筑信息进行智能化检索，效率高、速度快、范围广。监理单位内部用户(包括领导决策时)可以在任何时间和任何地点，通过网络共享模型文件及时调阅有关信息，当机立断完成各项决策。外部用户则可以随时查阅监理单位的相关信息(包括企业概况、工程监理业绩、人员专业配备及获奖情况等)，为合理、快捷地选择工程监理队伍提供参考。

3.3 可视化

可视化的本意是形象化地看一样东西，好看、容易看，简单一点说就是“所见即所得”。传统的 CAD 模式要求工作人员通过观看一堆普通的线条，经过脑袋翻译成房子就实现了可视化功能。但随着时代进步，建筑物结构越来越复杂，加之不同专业、不同背景、不同经验、不同企业的参与人员之间缺乏交流，设计师画出的高水平、专业的、抽象的二维图纸，也越来越难以看懂。进入 BIM 时代，可视化是其固有特性。BIM 的工作过程和结果就是建筑物的实际性状(三维几何信息)，加上构件的属性信息(例如门的宽度和高度)和规则信息(例如墙上的门窗移走了，墙就应该自然封闭)。在 BIM的工作环境里，由于整个过程是可视化的，可视化的结果不仅可以用来汇报和展示，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

西客站 BIM 可视化实施范围，涵盖站房(主要公共空间部分装修模块)、落客平台、城市通廊及出站厅、站台及雨棚、站场咽喉区以内铁路股道及信号机、南北广场。BIM 模型的搭建以站房建设为主，并要将站场咽喉区以内、南北广场的范围一并纳入模型建设中(仅限物理模型)。站房部分的主要内容为建筑和结构建模、钢结构及装饰(样板间)专业深化设计、施工预埋件。通过设计阶段搭建的 BIM 模型，辅助设计。施工阶段施工方根据设计模型完成施工模型，最终提交竣工模型。

工程监理可视化应用主要通过设置在建筑施工现场较重点、关键点位上的摄像探头，把现场施工情况传送到监理部的计算机屏幕上，用于监视工地的施工进度以及安全情况；并与三维模型进行对比，监督施工质量，结合现场巡视，进行影像记录，录入至咨询平台。在第一时间共享监理函件、工程照片、音像、规范标准，及时发现工程中的问题并提出解决办法。减少了由于隐蔽工程出现施工质量问题造成的返工情况，提高了施工效率。三维模型较强的直观性，也为监理审核图纸，全面理解建设意图节省了大量宝贵时间，在一定程度上缩短了工期。

3.4 虚拟施工技术

传统建筑领域中，建筑项目的品质在设计阶段已经确立，但由于设计方专业复杂，在后续的施工阶段将会出现约70% 的碰撞错误。如果到了施工阶段才被发现再进行修改，则会给工程造成大量的浪费和损失。虚拟施工技术则可以通过 Auto Naviswork 软件对模型进行碰撞检测，在施工开始前发现设计图纸中的错、漏、碰、缺之处，提高施工效率和建筑的使用性能。

本工程中的碰撞检测结果主要包含以下三个方面。

(1)土建布局不合理产生的碰撞。如站房站台层 Z4 轴和S5 轴处自动扶梯与梁碰撞。

(2)土建与管线间的碰撞。如站台层夹层 Z14 轴处梁与管线的碰撞。

(3)机电、水暖管线间的碰撞。如出站层 N1—N5 轴管线交叉，需综合调整；车道底板 4.65 m，风管 1 m，平行有 5 根水管，两根桥架。

经设计阶段进行碰撞检测后，形成书面报告，减少了设计变更，同时更加有效地避免了在施工时出现碰撞再采取滞后措施的现象。监理在施工阶段根据设计形成的碰撞检测报告书，重点对出现碰撞的工程环节进行监督检查，合理配备工作人员和工作时间，提高了工作效率。

同时，虚拟施工技术还可以对施工过程进行 4D 模拟演示，分解施工步骤，并且对内力进行分析和仿真计算。通俗来讲，就是现实进行的施工过程在计算机虚拟世界的高仿真再现。在本工程中，监理工程师在工程未进行之前，通过观看 4D 施工模拟演示，针对工程中会出现的施工难点，要求施工单位提供专项方案；针对施工中将会出现的问题，提前要求施工单位优化和更改施工方案，并进一步模拟方案的可行性。从而指导施工，提前合理地分配工作人员、材料设备用量，减少施工成本、降低施工风险，保证在施工安全的前提下缩短施工周期，为施工决策的有效性提供了保障，增强了对施工整体运营方式的控制力，提高了建筑建造的整体效率。

3.5 应用BIM技术的监理模式与传统监理模式比较

工程监理单位根据建设单位要求，依照工程建设文件、法律法规、技术标准和图纸，对整个工程项目进行质量、投资、进度、安全等信息的管理。

3.5.1 传统的监理模式在信息管理方面的不足

(1)信息管理手段落后。传统的监理信息一般采用手工填写、人工传递的方法，导致填写不规范、附件不齐全、无共享性、效率低下的现象层出不穷。

(2)应用管理水平低。大多数企业对网络信息技术的应用仅停留在编制计划上，对计划执行过程中的监督、控制和调整缺乏有效的管理方法。

(3)应用范围狭窄。监理信息管理主要集中在项目施工前的招投标、工程造价预算、工程设计阶段，对于施工过程中的进度、质量、成本、安全方面的控制几乎没有。

(4)由于买方市场带来的竞争压力，使监理忽视了信息技术的应用，工程信息无法大量储存和及时共享，无法快速处理和传递工程质量信息。加之各参与方之间缺乏工程信息的协调和沟通，大量实时、动态的工程质量管理数据的采集困难，工程档案、文件整体、保存、重复利用管理不善，造成工程质量管理决策支持信息不充分。

(5)现行质量评定方法不能全面、客观反映工程项目的质量情况。

(6)监理过程不规范、不能满足建设单位需求。

因此，在现阶段的建筑工程监理信息管理中，必须要引入现代信息技术来解决这些问题。

3.5.2 BIM技术在建设监理中体现的特点

根据西客站引入 BIM 技术，通过监理方的积极参与，我们体会到了一些其他技术所不具备的特点，真正认识到 BIM技术给建设监理带来的优势。

(1)BIM 模型中的信息完备。BIM 技术中涵盖了建筑设计的所有信息、属性，和传统的信息模型相比，BIM 信息模型中的信息更加完备。BIM 技术不仅可以对工程建设进行三维几何描述，还可以以其他形式更全面地描述建筑信息。例如建筑使用材料、施工工序、施工工期、施工成本等。

(2)BIM 模型提供的信息具有共享的特性，所有信息之间具有一定的关联性。通过 BIM 协作平台，实现了建筑建设过程中所有信息的共享，并经过信息统计和分析，形成文档。若在施工过程中，某一工序发生变化，则与这个工序有关的所有数据均发生相关联的变化，并且数据同时更新，确保BIM 模型的信息实时动态更新。

(3)BIM 技术确保了建筑工程建设中各阶段信息的一致性，因此相同的数据信息则不用重复输入。建筑信息模型根据数据的改变发生相关联的变化，减少信息重复录入时出现的错误。

高效率的信息技术为工程监理的各个工作环节提供了便利。通过本工程实践应用证明，信息技术可以应用在信息记录、查询、计算、传送、决策等方面，信息化的施工监理还能借助电子商务平台解决实际监理过程中产生的信息不对称的问题，从而帮助监理公司和施工单位达成双向协议。而且，信息化代表着在施工监理过程中施工数据、信息可以高效传递，为及时了解工程进度、质量要求、成本费用等信息提供了便利；代表着监理人员和施工人员可以有效的沟通，通过及时反馈施工信息，有助于建造更完善的工程。信息化监理不但使工程更高效完成，还能够给施工单位和建设单位节省一笔不小的成本。因此，建筑工程施工监理信息化具有“一举多得”的效果，是日后监理单位必须密切关注的发展方向。

4 BIM在监理中实现的功能

本节内容以工程监理企业实际的管理流程为依据，包含项目全生命周期的项目要素，对项目质量、进度、人力资源、风险、文档等领域进行深入管理。帮助工程监理工作团队合理规划资源使用、跟踪项目进度、监控项目质量与风险，为项目组织中各个管理层级提供全生命周期的精细化工程监理。所部署功能结合管理的需求，将工程监理团队各级管理部门、项目建设方、设计方等多个层次的主体于一个协同平台上，及时地对汇集的现场情况进行模型化比对，灵活适用于两级管理、三级管理、多级管理等多种模式。结合BIM 信息模型，其主体功能体现在以下方面。

4.1 项目资料无纸化管理

基于 BIM 技术的数字化工程监理模式，在实施过程中直接形成能被建筑模型识别成构件属性信息的文档。对档案进行集中式、全生命周期管理，从建档至归档实行自动化管理，避免资料遗失；同时还减少了项目竣工时资料整理工作的繁杂程度。规范的方案管理方法，帮助项目部和公司对大量资料进行有效管理，节约了项目资料的整理时间。

4.2 项目全局管理

系统功能包括项目时间、质量、人力资源、沟通、风险等管理要素，对各项目从信息获取、项目开工直至竣工验收的全生命周期进行详细管理。不仅可以管理单个项目，公司层面还可以实现多项目的统筹管理。建设监理 BIM 团队将实施计划用作协作工作模板，来确定项目标准。BIM 实施计划可以帮助各工作人员进行角色分工和责任分配，确定所创建、共享的信息类型、软件类型以及负责人。有利于各参与方更加顺畅地沟通，使监理在工程建设中对质量、工作内容和进度驾驭自如。

4.3 项目质量和安全管理

以“制定质量安全计划—计划执行—监督反馈—整改检查”为管控手段，运用从工序质量到分项工程质量、分部工程质量、单位工程质量的系统控制过程，强调工程质量管理的计划性、可控性。使质量问题能得到及时发现和切实整改，最大限度地降低工程质量风险。利用项目的集成化BIM，迅速识别和解决系统冲突，对设计中存在的冲突和矛盾进行及时的修改。

4.4 项目进度管理

BIM 技术对进度进行动态管理，制定项目计划。合理配置资源，动态掌握项目实际进度，重点防范项目时间风险。不同的参与方以 BIM 作为沟通和交流的基础。在项目完成以后，各方发现了应用的优势所在，熟悉了应用的流程，为以后更好的合作奠定基础。

基于 BIM 的虚拟建造技术是将设计阶段所完成的 3D 建筑信息模型附加以时间的维度构成模拟动画，通过在计算机上的监理模型并借助于各种可视化设备对项目进行虚拟描述。其主要目的是按照工程项目的施工计划模拟现实的建造过程，在虚拟的环境下发现施工过程中可能存在的问题和风险，并针对问题对模型和计划进行调整和修改，进而优化施工计划。即使发生了设计变更、施工图变更等情况，也可以快速地对进度计划进行自动同步修改。BIM 模型是分专业进行设计的。各专业模型建立完成以后，可以进行模型的空间整合，将各专业的模型整合成为一个完整的建筑模型。计算机可以通过碰撞检测等方式，检测出各专业模型在空间位置上存在的交叉和碰撞，从而指导设计师进行模型修改，避免因为模型的空间碰撞而影响各专业之间的协同作业，继而影响项目的进度管理。

4.5 项目风险管理

合理的风险管理可以减少项目实施损失，强调项目风险防范、主动风险预警，尽量在风险未发生或发生初期得到处理。利用质量、进度、投资控制模块，对所有系统模块进行有效控制。在该过程中，随着项目的进展，将产生各种合同文件、物资采购及调用记录、合同及项目设计等的变更记录以及施工进度、投资分析图等一系列文件。在有效使用范围内，项目参与方可以随时调用权限范围内的项目集成信息，有效避免因为项目文件过多而造成的信息不对称现象。

5 BIM在建设项目中面对的困难和挑战

BIM 技术是从美国起源，逐渐发展至欧洲、日本、新加坡等发达国家和地区。在 2002 年后引入国内，先在香港、台湾、上海等发达地区使用，但并没有得到极大的推广。

兰州西客站作为全铁路首个 BIM 技术试用站点，由于缺少可供参考的经验工程案例，在应用过程遇到了不同程度的困难。

施工企业将 BIM 技术的应用范围集中在结构施工管理和进度管理方面，而且大部分项目为满足创优要求。由于各部门之间的协调不到位，而且现场管理人员的工作能力在短时间内不能达到 BIM 应用的要求，新的工作模型一时难以适应，因此进度管理与合同管理、进度管理与成本管理的协同性较差。虽然 BIM 软件在技术上可实现二维图纸和三维模型的相互转化，但目前设计院即使使用 BIM 软件，三维模型也是由二维图纸转化而来的，并不是直接绘制三维模型后再转化为二维图纸。由于使用习惯的问题和对软件的不熟悉，降低了建模效率。BIM 平台作为一种管理工具，对使用者也有很高的要求。BIM 平台上的数据信息，决定了其在工程管理方面的重要地位，因此需要专业管理人员根据现场施工情况全面记录工程信息，并且及时录入。这样，BIM 咨询平台才能准确地分析和显示数据，得出符合实际的结果，充分发挥合理分配工作人员和材料设备、提前预警、提前决策的作用。

总体来说，软件的技术性和项目初期投入不是阻碍 BIM发展的根本原因。真正阻碍 BIM 发展的包括以下一些原因。

(1)不能广泛应用于建设项目的全生命周期，只有个别项目和部分设计院有应用，导致部分阶段参与方重复工作、重复投入。

(2)配套软件不完善。例如精装修的建模软件与 BIM 平台的接口开发问题。

(3)企业管理文化没有为 BIM 的实施做好准备工作。

(4)管理人员素质、能力、态度不足。BIM 作用的大小，主要取决于管理人员的数据记录的丰富性、准确性和及时性。因此，管理人员除了要接受深入的 BIM 培训外，还需要改变工作习惯，增强责任意识和执行能力。

(5)知识产权保护意识薄弱，其价值得不到广大认同，导致不同阶段(尤其是在 BIM 建模的初期)设计单位不愿意将BIM 成果移交给其他参与方。这种情况的出现，是由缺乏成熟的市场规则所导致的。

6 结 语

兰州西客站作为全路局首个 BIM 技术试用站点，开创了BIM 技术应用于铁路站房建设管理的先例，为国内建筑行业信息化提供了巨大的的发展空间和前所未有的发展机遇。

兰州西客站站房 BIM 项目的实施与实际紧密结合，通过不断总结经验教训，探索出一条站房全生命周期应用 BIM 的路子，并且制定了相关 BIM 模型精度标准、规划标准、软件标准等，实现了以下 8 个方面的目标。

(1)形成兰州西客站站房真实 3D 实物模型，对将建成后的站房站场，可通过漫游直观了解各部实际结构，提出优化意见。

(2)通过多专业协同设计，进程可同步搭接优化，缩短设计时间。

(3)通过硬碰撞、软碰撞检测，解决差错漏碰，避免返工窝工。

(4)通过模拟时序搭建，提前掌握施工工序同步、搭接的效果，提高施工效率。

(5)通过不断录入详尽数据和记录工程实施中的实际数据来修正模型，为运营维护提供既可视又详尽的站房、设备技术履历。

(6)通过基于 BIM 模型的维护管理系统开发，把站房建设中所有有用信息整合到一个系统中，使信息都能交互，能利用智能终端设备获取的电子标签显示对应的 BIM 设备工程模型，并获得相应设备的属性、状态及运维工单信息。

(7)实现根据设备的维保周期自动生成设备维保计划表加以兑现的闭环管理流程。

(8)实现在运维阶段信息模型中设备的替换功能。

应用 BIM 技术对建筑全生命周期进行全方位管理，是实现建筑业信息化跨越式发展的必然趋势，同时也是实现项目精细化管理、企业集约化经营的最有效途径。

[1]何关培.BIM总论[M].北京: 中国建筑工业出版社,2011.

[2] 特来福·威廉姆斯.现代信息技术在工程建设项目管理中的应用[M].中国建筑工业出版社,2009.

[3]何关培,李刚(Elvis).那个叫BIM的东西究竟是什么[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[4]丰亮,陆惠民.基于BIM的工程项目管理信息系统设计构想[J].建筑管理现代化,2009(4).

[5]朱江.BIM在铁路设计中的应用初探[J].铁道工程学报, 2010(10).

[6]张利,石毅.虚拟施工技术应用实践和研究开发展望[J].工业建筑,2003(11).

[7]任波.从二维到三维的计算机辅助建筑设计[D].重庆：重庆大学,2010.

[8]张春霞.BIM技术在我国建筑行业的应用现状及发展障碍研究[J].建筑经济, 2011(9).

[9]刘照球,李云贵.建筑信息模型的发展及其在设计中的应用[J].建筑科学, 2009(1).