基于BIM的施工总承包深化设计管理研究

2019-04-26于明武季小普王敬天王晓晴

烟台大学学报（自然科学与工程版） 2019年2期

邱翔，于明武，陈慧，季小普，王敬天，戚林,王晓晴

(1.烟台大学土木工程学院, 山东烟台264005；2.烟台建筑设计研究股份有限公司, 山东烟台 264003；3.中国建筑第八工程局有限公司总承包公司, 上海 200135)

深化设计是BIM应用由设计阶段向施工阶段发展的阶段性延续,文献[1]将深化设计列为基于BIM的现场施工管理信息技术之一,对深化设计做出准确定义,把施工工艺和施工技术规范与BIM模型进行信息集成,并以此为基础对各专业进行综合检查,解决各专业碰撞冲突,以达到施工优化设计和提升施工模型信息完整度的目的,增强各专业施工的准确性和可检验性[1]．即深化设计是为了解决设计图纸缺陷、设计深度不足、施工操作不易理解等问题．目前,基于BIM的深化设计在诸多工程中得到应用,如美瑞泰富大厦项目[2]、深圳市当代艺术馆和城市规划展览馆项目[3]、天津高银117大厦项目[4]、南京青奥中心项目[5]等,通过深化设计将施工中可能遇到的重点难点问题提前解决,达到精益建造的效果,但是在施工总承包模式下深化设计实施过程中因涉及参与方众多、工作繁琐、信息量大、多专业交叉而暴露出的入手难、协调难,以及因需要保证深化进度和质量而暴露出的监督难等问题亟待解决．

解决这些问题的过程正是深化设计管理对BIM深度应用提出需求的过程,深化设计管理效率的提升需要BIM技术为其提供更多的管理支持,比如健全的管理体系,协同的工作环境等．王陈远[6]提出应对深化设计进行组织协调,在BIM应用环境下梳理各参与方的职责和详细的深化设计实施方案和规则．杨震卿等[7]结合实际施工经验,提出了一套针对BIM技术的深化设计实施方案,包括深化设计标准、粗略协同流程以及成果保障机制．郭红领等[8-9]提出施工企业较少重视BIM实施的组织与管理,BIM应用深度的增加需要流程与组织的改变．邱翔等[10]提出BIM的应用价值除了为现代项目管理提供技术支持外,更多的是改变项目建设者的管理理念和实施方式,同时BIM的理念根源与价值体现在于协同的实施．可见,对于BIM的应用思路正逐步从技术应用向协调管理的方向发展,对于深化设计管理也应如是．但是在现阶段基于BIM的深化设计管理的研究中,对于组织的协调和流程的梳理还较为粗略,对深化设计整个阶段的进度和质量把控较为薄弱,仍需要对其进行深入研究和梳理,充分发挥BIM在深化设计管理过程中的高效性和协调性．

因此本文以BIM在管理组织架构中的定位分析为切入点进行研究,设计出有助于施工总承包模式下深化设计管理的新型组织架构,梳理工作流,制定深化设计工作体制并据此建立深化设计管控体系,为施工总承包深化设计管理及管理过程中BIM应用模式提供一定的参考,同时也推动基于BIM的管理理念在项目管理中的发展．

1 深化设计管理组织架构的再设计

BIM本身所具备的可视化、模拟性、协调性、优化性和可出图性决定了其在工程建造管理过程中应用的指向性和高效性,即BIM能够在比较基础的组织架构下,作为信息化工具为项目管理提供多方面技术支持;而另一方面,BIM与生俱来的协同属性,也要求项目各参与方,尤其是施工总承包单位内部顺势运用其协同模式和工作流程,缩短决策与执行的距离,而不仅仅是对冗杂信息的堆积和项目模型的搭建、浏览与模拟[11-12]．因此,本文将BIM定位为管理组织架构中的信息集成调配中心和项目管理协同中心．通过找准BIM在管理组织架构中的定位,将BIM的技术与协同管理理念同时融入施工总承包模式下深化设计管理的组织架构,依据调研结果,结合实际需求对其进行合理再设计,再设计结果如图1．

通过对中建八局总承包公司和烟建集团有限公司的现行深化设计组织架构调研分析得出,对于现阶段各单位组织架构所体现出的BIM定位仍停留在BIM的传统应用和人工协同的状态．BIM工作站或BIM服务中心虽在架构中占有一席之地却仅提供基础技术服务,没有体现其在组织架构中的协调性和主动性,在需要同时完成项目建设过程中主要工作流中的辅助任务之外,还需要帮助各业务部门解决零碎问题,极易造成BIM工作站的任务堆积,影响整个项目进度进而延误工期以致影响工程造价及物资采购．因此从组织架构再设计出发,施工总承包单位作为整个项目信息集成核心,从根本上协调施工总承包内部各职能部门的工作,也是施工总承包单位与其他参与方之间工作协同的前提．以此为出发点,将调研所得当下深化设计管理组织架构和上文对BIM在组织架构中的定位分析作为基础,以充分发挥BIM协调性和集成技术为目的,对施工总承包模式下深化设计管理组织架构进行再设计,BIM工作站作为组织架构中的协调部门,设置多专业BIM工程师与各职能部门及受邀参与深化设计工作的其他项目建设参与方进行对接,实现部门联动,使得深化设计管理工作能够充分协调开展,体现BIM的协同价值．

图1 组织架构

在新型组织架构下BIM工作站或BIM服务中心主要负责辅助各业务部门深化设计工作的完成及统筹控制下属各专业具体工作和进度,将深化设计阶段性工作成果与各业务部门交接,全力辅助决策层进行信息协同和工作协同,各专业分包BIM负责人在总包BIM工作站和各业务部门双重管控下推进深化设计工作．

2 基于BIM的深化设计工作流

为了方便施工总承包单位在深化设计过程中进行精细化管理以及与各参与方进行信息互换和工作沟通,本文对深化设计工作流进一步梳理和优化,增加多方工作的协调性,将各参与方职责与流程相对应,提高深化设计的进度可控性[13-15]．因深化设计的实施流程复杂且各参与方联系密切,工作流梳理难度较高,因此将施工深化设计分为2个阶段:深化设计准备阶段和深化设计实施阶段,对不同阶段内各参与方主要工作内容及其工作流进行详细梳理．

2.1 深化设计准备阶段工作流分析

准备阶段的工作目的在于深化团队组建、协调组织架构、总承包协同管理平台搭建及权限划分、制定深化设计实施计划及管理规范、BIM工作计划及工作范围的确定．施工深化设计准备阶段参与方主要是施工总承包单位与业主、设计方,本文将施工图设计模型的建立工作设定为设计单位完成,不对建模工作多做赘述,工作流梳理结果如图2．

图2 深化设计准备阶段流程

2.2 深化设计实施阶段工作流分析

深化设计实施阶段是在深化设计准备阶段的基础上,主要由施工总承包单位协调各专业分包及总包各业务部门利用BIM进行工程项目各专业内与各专业间碰撞等问题的检查和处理以及提升施工图设计模型精度建成充分协调的深化模型并完成可指导施工的施工图出图工作．主要涉及到施工总承包单位、各专业分包单位、业主与设计单位,本文将深化设计实施阶段分为两项主要工作进行流程梳理,即全专业碰撞检查与方案优化以及各专业复杂节点优化,流程如图3．

图3 深化设计实施阶段流程

3 基于BIM的深化设计管控体系

3.1 深化设计管控体系建立

通过对深化设计工作流的详细梳理,使项目各参与方和参与人员能够充分了解工作流程,可以保证深化设计的顺利实施,是深化设计管理的关键．然而深化设计工作需要循序渐进,其工作内容繁琐,缺乏恰当的管理体制,对保证深化设计效率及工作成果质量存在一定影响．且深化设计过程中BIM技术在各专业优化设计中的应用程度深浅不一,只有通过建立统一的深化设计体制和完善的管控制度才能提高施工总承包单位的监督效率,保证深化设计的顺利实施．因此,本文在深化设计组织架构和工作流的基础上,结合实际深化设计管理经验并加以完善,制定基于BIM的深化设计工作体制和管理制度进而有针对性地建立深化设计管控体系,如图4,将深化设计工作变成递进式的线性工作,加强施工总承包单位对深化设计工作内容的管理,保证深化设计过程中的工作效率和质量．

3.2 “三级深化体制”的内容

在一级深化过程中,主要进行深化设计基础工作,进行主体模型建立,单专业制定优化细则;二级深化是深化设计过程的核心阶段,其主要工作是发现和解决模型问题与复杂节点优化、模型精度提升,通过协同平台对信息的集成与传递,将业主、设计单位、监理单位、各专业分包等各参与方的意见进行集成,协调各方制定处理方案,进而改进深化方案;三级深化作为三级深化体制的最后一级主要目的是完善细化,多专业碰撞检查且协调跟进,完成充分协调模型并出具协调图．

3.3 “四制度”的作用

深化设计工作在三级深化体制下仍存在众多问题无法避免,如涉及多专业的责任划分和工作范围界定、多专业间连接节点的优化和方案设置、同一空间下多专业构件布置、深化资料收集和存储、协同工作的实现等问题,因此必须建立对应的制度辅助三级深化体制实现深化设计的整体管控．

图4 深化设计管控体系

通过建立基于BIM模型的专业分包统筹协管制度,实行分包专业负责制,总包统筹主导并管理分包,对模型进行拆分,按照专业界定工作范围,各分包指定专业负责人,全权承担专业内深化工作,听从总承包单位调配;通过建立常态化多方设计协调例会制度,协调多专业工作,解决深化过程中的多专业碰撞、连接等问题;通过建立基于Cloud-BIM平台的协同制度,搭建协同平台,设置各方权限,保证工作指令与项目信息靠平台传递;通过建立文档存储责任追踪制度,结合云平台对资料档案进行存储,保留档案流传记录,设置人员定期专项整理．

四制度的建立规范了项目建设各参与方与参与人员在三级深化体制下的工作行为和问题处置方式,使在三级深化体制执行过程中所遇到的问题能够有制可寻,达到规范和高效的管理效果．

4 案例分析

4.1 工程概况

本文以北京市某合资项目为例,由中建八局总承包公司作为施工总承包单位,八局装饰公司、八局钢结构公司、亚厦股份等七家专业分包加入,项目体量大、工艺复杂,同时对深化设计的技术和管理提出了较高要求．在施工深化设计阶段,实行总包主导,统筹分包,辐射相关方的BIM应用模式,在完整的组织架构、清晰的管理流程和健全的管控体系下,工作推进顺利,取得效果显著．

4.2 深化设计团队建立及主要工作内容

由中建八局总承包公司结合本文提出的深化设计组织架构组建深化设计团队,按组织架构中对BIM定位建立BIM工作站发挥BIM协同作用,联合设计、技术、计划、合约、质量安全、商务其余职能部门实行工作联动,对各专业分包单位进行管控,同时由BIM工作站对接其他项目参与方实现信息流传递和共享．由项目经理和项目总工进行资源组织协调以及监督推进项目进展．

施工总承包单位依据梳理的工作流推展深化设计管理工作,总承包单位与专业分包单位的主要工作内容如下:

(1)总承包单位在深化设计过程中负责制定深化设计实施计划及管理规范和深化设计重难点目标文件;深化设计过程中的模型维护与实时更新;主持深化设计工作进展协调会议;在监督并审核分包单位完成碰撞检测和处理方案的基础上,进一步完成多专业碰撞检测;模型文件跟踪更新、整合;整理保存深化设计过程文件．

(2)专业分包单位在深化设计过程中负责各专业模型的优化;单专业碰撞检测问题整合及优化方案;设备安装以及设备整合等4D可视化模拟;工程量统计与复核．

4.3 基于Cloud-BIM的协同管理制度实施

深化设计管控体系的落地,核心在于管控层的Cloud-BIM协同管理制度实施,其作为BIM技术的直接应用,是深化设计管理的工作平台,将繁琐的线下工作转移至线上完成,为其他三项制度的实施提供技术和信息支持．本案例施工总承包BIM工作站租用广联云与Revit、广联达BIM5D相结合,建立Cloud-BIM协同管理平台,实行基于Cloud-BIM的协同管理制度,通过平台将深化设计大部分工作在线上进行协调,各参与方之间进行工作协同和信息协同．同时依靠云存储实现文档存储,落实文档责任追究制度．结合总承包组织的定期例会,在里程碑节点进行工作总结和线下协调,保证了深化设计工作的充分协同．

4.4 深化设计重难点矩阵

本案例中业主提供施工图设计模型及图纸,由施工总承包技术、设计、计划部结合设计模型,快速浏览图纸结合施工经验进行联合预判,制定深化设计重难点预判目录,由施工总承包BIM工作站根据项目自身特点和施工阶段可能面临的技术难点分析BIM应用整体思路及核心工作,按照风险大小、难易程度2个维度从BIM角度出发,对预判目录进行筛选和分类,制成基于BIM的深化设计重难点矩阵,如图5,进而制定出深化设计重难点目标文件,其中结合进度计划优先和加大第一象限的深化力度,对于二、四象限而言,当面对施工难度和因返工而带来的额外造价等风险时,在本案例中选择优先处理第二象限高风险、难度低的部分,将第三象限作为简单部分按常规进行深化处理,以此为依据引导深化工作的逐步实施,有效解决了深化设计工作入手难的问题．

4.5 三级深化设计体制的实施——以机电专业为例

在深化设计准备阶段编制的深化设计实施计划、管理规范和深化设计重难点文件的指导下各专业分包单位依据三级深化设计体制的内容进行具体的深化设计工作．

机电专业一级深化具体内容如下:

(1)完善单专业深化细则,主要考虑管线综合布置基本原则、管线操作空间、检修空间、工序安排、支吊架做法等问题,合理分配垂直空间,管线上下分层合理,平面布置平衡;

(2)充分分析施工图设计图纸与模型,分析管线分布和路由,做出合理平衡与修正,尽量避免管线高密度的集中;

(3)在土建施工前,结合主管线综合方案及时出具结构预留预埋图纸上交审核．

图5 深化设计重难点矩阵

机电专业二级深化在集成各方意见后,遵循常态化多方设计协调例会制度,进行方案讨论与审核,确定深化方案,根据已确定的深化方案修改深化设计模型并出具图纸．二级深化阶段图纸主要用于方案审核及多方沟通,因此主要以管线综合平面布置图与剖面图为主,充分利用BIM的三维可视化特性,保证图纸的立体层次和清晰传达深化意图．

机电专业三级深化具体内容如下:

(1)完善模型中的机电末端点位与毛细管道,达到施工模型的要求精度(LOD400);

(2)加强与精装的协调和配合,依据精装点位图等有效资料为依据开展对应深化工作,并及时跟进深化模型更新,体现深化设计意义,即保证深化后建成的施工模型与施工图对施工阶段的指导性,提升施工模型对施工现场的实际控制力;

(3)在该阶段内,主管线已准确定位,同时末端点位得到完善,是利用BIM技术进行碰撞检查最佳阶段,避免了在深化初期就开始重复碰撞和设计频繁变动的工作浪费现象,使得此时的碰撞问题可轻易通过管线翻折等简单方式得到解决;

(4)结合施工工艺和施工方案,建立复杂节点的交底模型,制作交底资料．

4.6 多专业协同优化

在本案例中,各专业分包单位负责专业内碰撞检查,并提供优化方案上报施工总承包BIM工作站逐层审批,如图6,机电专业风管、桥架、水管发生碰撞,由分包单位提供2种优化方案,方案一将管道与桥架上翻进而保证净高,方案二将水管下翻,保持桥架水平,减少桥架翻弯从而节约材料．

图6 专业内碰撞检查及方案优化

此外,本案例涉及与钢结构、机电、幕墙、装饰、电气等多专业协调,因此除了审核各专业分包专业内碰撞统计之外,BIM工作站利用Fuzor2017同时进行多专业间的碰撞检查与净高分析,进而追踪至对应碰撞点的三维模型处,结合报告内容筛选检查报告,依靠筛选结果协同涉及专业及其他部门处理专业间存在的问题,以实现深化设计模型的总体协调,最大限度地减少甚至避免后续施工过程中的错漏碰缺及不合理问题．

4.7 深化设计成果交付

施工总承包和各分包专业深化设计需结合三级深化体制和以下整体时间要求进行管控和验收:土建结构深化设计随施工进行且在对应部位施工前1个月完成;机电各专业间碰撞检测及管线综合应分层进行,在对应区域管道安装前1个月完成;钢结构深化设计应在对应区域施工前3个月完成;幕墙深化设计和精装修深化设计应在对应区域施工前1个月完成．

本案例深化设计结束时模型精度达到LOD400,除深化设计模型的所有价值信息及深化内容外,主要还完成狭小空间上部的通用支架或支撑、屋顶或狭小上部空间内的轻钢龙骨框架、检修系统、电气线路等类似细节内容;出具施工图主要需包括各专业深化施工图和剖面图、三维剖面图、节点大样图、三维安装指导图、三维效果图等．此外,应交付指导技术交底的复杂节点交底模型与对应图纸或视频文件,如图7．