基于BIM5D技术的工程项目全过程管理研究

李正焜，叶 飞，李 尚

(安徽粮食工程职业学院 粮食工程系，安徽 合肥 230011)

0 引 言

经初步在核算，2019年国内建筑业实现增加值70 904 亿元，国内生产总值的占比较上年增长5.6%，建筑业增加值占国内生产总值的比例达到了7.16%，创近十年的新高，表明建筑业在我国经济发展中具有重要的作用。同时，建筑业从业人数约5 427.37万人，占全社会就业人员总数的7.01%，建筑业从业人员的人均产值仅略高于全社会就业人员的人均产值[1]。在科学技术蓬勃发展的今天，作为第二产业重要组成部分的建筑业从业人员，应该充分利用信息产业革命的丰富成果，加速进行建筑业数字化和信息化转型，使建筑领域产业数字化和数字产业化不断融合，实现我国建筑业高质量发展。BIM5D技术是中国建筑业信息化集成创新应用的重要成果，是能够搭建多类建筑信息模型的综合系统平台[2]。BIM5D技术在我国建筑业的主要应用方式是在三维立体建筑模型的基础上，引入进度模型和成本预算模型，形成的5个维度综合项目管理模型系统，为工程项目管理提供可视化、可量化的协同管理平台，最终实现项目精细管理和企业集约运营[3],大大提高了工程项目管理的质量，为我国建筑业发展注入了新的活力。

1 BIM5D技术应用研究综述

现阶段，我国BIM5D技术应用和研究已经取得了许多重要成果和突破。谢伟双等[4]针对龙华中心变电站项目的技术难点，提出了基于BIM5D技术的解决方案，实现了建筑内部空间结构的优化，缩短了建设工期，降低了返工率，节省了项目成本；钟炜[5]运用BIM5D软件平台，对进度款的支付流程进行改进，提高了现有的进度款结算效率；Zhijie Yuan等[6]运用Glodon BIM-5D软件，综合处理工程项目的模型、成本、进度等信息，优化了施工组织，加强了施工过程控制；汪萍萍[7]针对住宅项目，运用广联达软件构建BIM5D模型，用于项目图纸管理、流水段划分、进度管理、质量管理和成本管理等工作中，实现了工程项目精细管理。综上所述，BIM5D技术已经开始逐步应用到建筑工程项目管理的全过程中，并且在使用过程中可以实现工程建设和使用的增值，具有很高的实用价值。

当前，BIM5D技术正处于加速推广阶段，BIM5D技术的应用逐渐从设计咨询单位向施工单位、建设单位等项目的各参与方渗透[8]。但就总体而言，我国建筑业中BIM5D技术的应用多集中在一些创优示范项目中，还未实现全面普及，一些欠发达地区的从业人员对BIM5D技术还缺乏清楚的认知。此外，BIM5D技术在项目实施阶段的应用，尤其是施工阶段的应用还存在主客观障碍有待解决。鉴于此，本文系统介绍BIM5D技术在项目全过程管理中的具体应用，在普及BIM5D应用知识的基础上，针对BIM5D技术在应用中存在的障碍，探讨如何加强推动BIM5D技术普及应用，以促进我国建筑业高质量发展。

2 BIM5D技术在项目全过程管理中的应用概述

BIM5D技术的应用需要依托计算机技术，在专业的软件平台中操作。由于BIM5D技术是一个整体解决方案，需要不同功能模块在一个兼容性强的平台中协同操作，即将项目在不同阶段所使用的具体功能模块(设计模块、造价模块和施工组织等)在同一平台中实现相互识别与挂接，实现数据的相互利用和同步处理，进而实现工程项目的全过程系统管理。

当前，开发BIM5D系统来解决方案平台的国内外企业较多。国内较为常见的有广联达BIM5D、斯维尔BIM5D、鲁班5D-BIM等平台，各平台操作差异不大。为进一步分析BIM5D在应用中存在的问题，本文以广联达BIM5D软件和相关建模操作软件为例，简要介绍BIM5D技术在项目决策、设计、招投标、施工、竣工和运营维护全过程中的应用情况。

2.1 决策阶段

决策阶段管理工作包括酝酿项目建设意图，编写和报批项目建议书、编制和报批项目的可行性研究报告等项目前期经济和技术论证业务，进而确定项目的定义，为项目的实施指明方向。决策者可以根据BIM建模工程师的初步设计，构建简单的项目实体三维模型，并基于BIM数据库(类似项目形成的造价数据库)对项目进行方案的比选[9]。相对于传统的经济技术分析方法，在决策阶段运用BIM技术，基于三维模型进行技术分析的结果更加直观和准确，同时BIM数据库的持续更新在一定程度上能够保证投资估算的时效性，减小投资估算的偏差，提高决策的效率和可靠度。

2.2 设计阶段

设计阶段的主要工作是确定各专业的设计图，在此阶段引入BIM技术可将传统的二维平面图纸翻模成高度可视化的BIM三维模型，主要包括建筑模型、结构模型与机电模型。以上模型的构建通常使用Revit系列软件完成，如图1所示。常见的做法是首先在Revit软件中完成建筑和结构模型，然后建立单独的机电模型样板，再将其与Revit的建筑结构模型连接起来，作为绘制机电模型的基础。一般可以在连接之后，将连接进的模型调整为主体视图，然后通过调整视图透明度来保障机电模型绘制时的视野。此外，在设计阶段应充分利用BIM技术三维立体建模的优势，结合使用Revit软件和Navisworks软件进行不同设计过程中的硬碰撞检查、间隙碰撞检查等工作，及时发现重要的设计缺陷，完善设计方案。

2.3 招投标阶段

招投标阶段项目管理的重点是在设计阶段完成的BIM三维模型绘制的基础上，编制项目施工技术方案和相应造价文件。利用BIM系列软件(BIM施工现场布置软件、BIM模板脚手架设计软件、进度计划软件等)对技术标中的重要施工方案和施工进度计划进行可视化动态模拟，直观展示项目整体部署与配套资源的投入情况，论证施工方案的可行性，并形成技术标文件的关键内容。同时在Revit软件中利用GFC插件将模型文件导出为GFC格式文件，导入广联达造价软件中，识别构件属性，关联定额库，调整生成商务标文件。

图1 BIM三维实体模型示例

进度计划软件中形成的进度信息和造价软件中形成的成本信息，经签订合同过程中的协商调整，与三维建筑信息模型共同组成了初步的五维建筑信息。招投标阶段BIM5D技术应用流程(见图2)。

图2 招投标阶段BIM5D技术应用具体流程

2.4 施工阶段

施工阶段是BIM5D技术从设计走向应用的重要环节，是实现BIM技术应用价值关键。应用BIM5D技术优化施工管理工作方案，需要在BIM5D操作平台中，导入E5D、igms、ifc、mpp等格式的项目文件，包括项目实体模型信息(GGJ文件、GCL文件、Revit文件)、场地模型信息(GSL文件)、其他模型信息(塔吊、施工电梯等文件)、进度计划(project文件)合同预算和成本预算信息(GBQ文件)，通过模型之间的关联、匹配与调整，实现模型之间的挂接，确定最终施工方案，构建具有应用价值的5D建筑信息模型[10]。在此基础上，利用BIM5D软件云系统实现移动应用端、电脑应用端和web端的不同单位、不用岗位项目管理人员协同管理，高效开展施工过程管理工作，主要包括以下内容。

2.4.1 优化施工方案

应用BIM5D软件平台中碰撞检查功能，设计和施工人员协同在建造之前对工程的土建、工艺设备、管线等进行碰撞检查，消除软、硬碰撞，规划管道预留孔洞，优化管线排布方案，减少项目施工阶段需要返工的可能性。同时施工人员可以利用优化后的三维可视化管线方案，进行工程施工模拟和交底工作，提高与项目各参与方之间的沟通效率。

2.4.2 优化进度计划

综合考虑总进度计划与整体劳务强度的均衡性，以及场地的合理利用情况，在广联达BIM5D软件平台中对总进度计划进行模拟演示，依据技术方案特点及资源调配负荷合理调整施工流水段。同时利用曲线图，从成本层面对进度计划进行校核，进一步优化施工进度计划。

2.4.3 实时跟踪控制施工进度

现场工程师利用手机端APP，在施工现场对施工任务的完成情况进行跟踪，将影响项目进度的问题通过BIM5D软件云系统及时上传；电脑应用端BIM工程师在BIM5D平台软件内对现场工程师上传的问题进行进度偏差分析，将分析结果通过BIM5D软件云系统及时上传；最后运用BIM5D软件WEB端对问题数据进行汇总，并直观呈现给管理层，管理层从项目全局出发做出科学的决策，在BIM5D平台中做出相应变更指示，并通过BIM5D软件云系统将命令下达到各岗位工作人员，实现项目进度的实时跟踪控制。

2.4.4 规划落实物资供应计划

通过物资查询，按照施工时间、部位和进度计划等条件查询物资量，完成人、材、机投入计划的编制，保证在施工过程中能够高效完成物资供应工作，减少人、材、机等资源的浪费，实现精益建造。

2.4.5 优化质量安全管理过程

在BIM5D软件中按照问题记录、问题发布、认领整改的流程，实现质量安全管理过程的优化。实际应用中可以通过“图钉法”将质量安全问题以标签形式直接显示在建筑模型中，通过手机应用记录并分享到云端，对质量安全问题实现自动提醒，减少漏报、漏处理情况，提高问题整改效率。管理过程中，由于软件可以自动输出整改通知单、销项单等文件，实现一次输入，多项成果输出，减少了不必要的重复劳动。整个质量安全管理工作流程形成了闭环，并实现了管理留痕，为后期追责等工作提供了数据支撑。

2.4.6 优化成本管理过程

在BIM5D的合约视图模块中，基于分包合同管理的合约规划，可以查找项目不同维度的工程量和单价信息，包括预算信息、中标信息和分包信息。运用BIM5D软件进行汇总计算，可以得出各清单项目的清单价格三算对比和人、材、机资源消耗的三算对比数据为施工过程中的成本管理工作提供数据支持。

通过对施工阶段BIM5D软件流程运用的整理，简单描述BIM5D技术在施工阶段的应用情况(见图3)。

图3 BIM5D技术在施工阶段的应用

2.5 竣工验收阶段

项目竣工验收时，总包单位提交完整的工程项目BIM5D模型，验收人员可以查看BIM实体模型，与验收点相应构件进行对照，部分构件支持使用手机、平板电脑扫描商品二维码查阅构件各项属性，进行精确对比。上述做法相较于传统的查阅二维图纸进行验收，大大提高了验收效率和验收结果的准确度。验收完成后，运用BIM5D模型中相关商务信息，借助BIM5D软件高效处理数据的性能，进行结算、决算和成本总结等工作。最后，将竣工验收后的BIM5D模型存档，方便日后对整个项目过程中形成的历史数据进行追溯。

2.6 运营维护阶段

施工单位在竣工验收后将最终的工程项目BIM5D模型移交给业主，由于该模型具有工程项目实施中各专业、各阶段的信息，可以为建筑物设备管理与维护提供必要的依据，为业主方提供直观、完整和相互关联的工程项目信息服务和决策支持。例如，在后期维护中业主发现某些故障时，可以基于竣工交付的BIM5D模型，根据故障情况模拟可能出现的问题，快速找到故障点，再通过BIM5D信息模型查找出故障部件的规格、材质等信息，快速处理问题，大大提高了运营维护工作效率。

3 应用BIM5D技术存在的障碍与对策分析

BIM5D技术在工程项目管理全过程的应用中，由于存在组织、经济、技术等方面障碍，影响了BIM5D技术的进一步普及。应深入探究障碍产生因素，提出有针对性的对应措施，促进BIM5D技术在项目全过程管理中的推广应用。

3.1 应用BIM5D技术存在的障碍

3.1.1 组织障碍

组织论的一个重要的结论是：组织是目标能否实现的决定性因素。BIM5D技术如果能成功地应用到项目全过程管理的复杂工作中，一定离不开良好的组织，因此必须组建专业且负责任的项目管理班子。其需要涵盖具有优秀BIM5D业务能力的设计、施工、造价、运维等各专业的人才，需要设计、建设、总包、分包、监理等项目参与单位有相应的BIM5D技术人才储备。BIM5D技术人才需兼具工程专业知识、软件操作技能、跨专业整合能力和必要的工程管理经验，但此种兼具专业业务与管理才能的员工相对稀缺。

由于BIM5D技术始终在发展完善，高校BIM技术人才的培养体系也还未完善，培养能力尚不能满足产业需要，同时产业界对员工的培训普遍缺乏整体规划，员工难以兼顾工作与培训，培训效果不佳。在人才缺乏的情况下，如果开展项目管理的BIM5D技术团队中部分专业出现人才缺口，或者个别单位BIM5D技术管理水平达不到要求，必然产生“木桶原理”中的短板效应，大幅弱化BIM5D技术的应用效果。

3.1.2 经济障碍

在工程项目全过程管理中应用BIM5D技术的主体是建筑业相关企业，企业是否选择应用BIM5D技术的关键在于是否能产生更多经济效益。根据BIM5D技术应用现状，发现设计、招投标代理等单位可以利用BIM5D技术进行设计和招投标服务，整个过程相对独立，可操作性强，具有一定经济效益，因此BIM5D技术在设计、招投标代理机构中应用状况较好。但是作为BIM5D技术应用落地的关键，施工单位运用BIM5D技术进行管理，普遍在经济效益上存在很多不确定因素，影响了施工企业在项目全过程管理中推广应用BIM5D技术的积极性。

一方面，BIM5D技术对硬件的配置要求较高，且硬件需求量大。以计算机硬件配置为例，鉴于BIM5D运行时占用内存和CPU较大，对图形显示和处理要求高，需提高计算机硬件配置。在硬件选择上，尽量使用高主频i7系列CPU，显卡最好选用专业图形显卡，同时配置双屏甚至是三屛显示，建议使用3D鼠标，以便提高建模效率。上述配置的计算机，即使批量采购单价也过万元，施工单位项目管理班子一般有几十人，同时配置几十台计算机，需要投入大量资金。

另一方面，BIM5D技术相关人才的匮乏，导致项目人员的培养和使用成本大为提高，在人力资源构建上也需要企业投入大量的资金支持。BIM5D技术带来的资金投入和不确定的经济效益预期，削弱了施工单位应用BIM5D技术的积极性。由于施工单位的不积极，影响了项目其他参与方，导致BIM5D技术仅仅成为投标单位获得甲方认可、获取中标资格的工具，而在项目全过程管理中无法真正落地。

3.1.3 技术障碍

由于BIM5D技术属于新的工程项目管理技术，相关软件的开发应用刚进入市场，存在部分功能障碍。以广联达BIM5D软件为例，平台WEB端采用的浏览器插件有较多使用限制，数据处理能力不足；运用BIM5D软件集成不同格式信息时，容易产生信息的丢失；缺少统一的建模标准和规范，部分构件的名称不统一，造成模型信息不匹配，比如门窗和幕墙的混淆，会造成清单项目和工程量与原设计模型的不匹配；成本管理过程中，由于BIM5D合约视图模块不够智能，需要将造价软件中的数据与BIM实体模型逐项挂接，工作量大。以上技术障碍的存在，在一定程度上影响了BIM5D技术的应用价值。

3.2 推广BIM5D技术应用的具体措施

深入分析应用BIM5D技术存在的障碍，可知障碍的来源主要有人才的相对匮乏、经济的高投入和技术的不完善，因此从提高人才培养能力、扩大经济激励和加速BIM技术完善等方面制定应对措施，帮助推广BIM5D技术在工程项目全过程管理中的应用。

3.2.1 提高全社会BIM5D技术人才培养能力

一方面，行业企业尤其是施工管理单位要加强BIM5D技术人才的培养。企业应充分利用软件商提供的培训服务，组织相应岗位技术管理人才接受系统培训，同时可以考虑在BIM5D技术应用涉及的相关岗位中推广学徒制，将BIM5D技术逐渐在本单位推广起来。另外，行业协会应组织一些有关BIM5D技术的比赛和沟通交流活动，激励行业企业进行BIM5D技术的相互学习借鉴，提高员工BIM5D系列软件的操作水平，并形成应用BIM5D技术的良好氛围。

另一方面，高校作为人才培养的重要基地，应加强BIM5D技术方面的师资队伍培养工作，并与行业企业共建BIM5D技能人才培养基地，实行“情境式培养”，推广“校中厂，厂中校”办学模式，提高BIM5D技术人才培养能力，为行业企业输送高质量技术人才。

3.2.2 扩大经济激励措施

推动企业应用BIM5D技术，经济激励是最普遍的手段。政府应出台一系列政策，给予应用BIM5D技术的企业更多的经济奖励，比如在工程评优中对实施BIM技术的项目予以更多的倾斜，获奖工程项目会获得一定的经济利益。此外，建设单位作为整个工程项目的管理核心，具有更多的项目决策权，应在政府的引导下尽快认识到BIM5D技术在建筑全寿命周期的应用价值，从而对应用BIM5D技术的合作方给予经济支持，促成BIM5D技术在工程项目全过程管理中的应用。

3.2.3 加速完善BIM5D技术

完善BIM5D技术需要BIM5D软件开发商、用户等形成合力，具体有以下四点措施。第一，软件开发商应深入工程项目的全过程中，推广BIM5D相关软件在工程中的应用，在应用中不断发现问题，通过对软件的调试，完善相关功能；第二，BIM5D相关软件用户应保持与软件开发商的沟通和交流，及时反馈问题，支持软件商进行二次开发，克服技术障碍；第三，引入高校和科研院所力量，推动BIM5D技术产学研协作，加快软件开发速度；第四，支持正版软件的使用，既可以减少模型中的漏洞，又能保护软件商合法权益，激励软件商增加技术投入。

4 结 论

BIM5D技术是BIM功能的进一步拓展，是集成了三维工程实体、进度、成本等信息的5维建筑信息模型技术。通过对BIM5D技术应用情况进行分析，发现运用BIM5D技术将设计模型转变为设计、施工和运营等多种功能相互挂接的复合模型，进而借助该模型实现整个工程项目管理全过程的数字化和信息化，能够直观模拟整个工程项目的实施过程，提升工程项目各参与方的的沟通和决策效率，最终提升整个工程项目管理水平，对建筑业的发展具有重要的价值。

为推动BIM5D技术在建筑工程项目中的普及，系统分析了应用BIM5D技术过程中存在的障碍，包括组织障碍、经济障碍和技术障碍，针对上述障碍问题，从人才培养、经济激励等方面提出了应对措施，以克服推广BIM5D技术的不利因素，使BIM5D技术快速普及开来，助力建筑业的高质量发展。