BIM技术在施工项目管理中的应用探索

戴 路 隋伟旭 徐亚军

(1.中建三局集团有限公司，武汉 430064； 2.中国建筑业协会，北京 100081)

引言

施工项目管理的核心是通过对人、材、机等要素进行有效的组织、计划和控制，以实现资源的优化配置，进而获得最大化的经济效益。而项目施工是一个复杂的动态过程，人、材、机等要素与工期、成本、质量等管理指标之间存在着复杂的、动态的联系，项目施工过程产生的信息量巨大，且信息变化快，对项目管理者的信息处理能力提出了较高的要求。因此，信息技术的应用将会对施工项目管理产生极高的价值[1]。

BIM技术是目前应用于建筑行业的重要信息技术，其概念起源于美国，在美国国家BIM标准第一版中对BIM做了明确的定义[2]，并强调了BIM的数字化、信息共享、协同作业等方面的特点。美国国家BIM标准第三版引用buildingSMART对BIM的定义[3]，将BIM(Building Information Modeling)的概念进一步扩展为Building Information Modeling、Building Information Model以及Building Information Management。这一定义补充了BIM作为信息化管理手段的作用，极大地丰富了BIM的内涵。

近年来，BIM技术在施工项目管理过程中的应用逐渐深入，利用BIM技术的可视性、协调性、模拟性、优化性及可出图性等特点，实现项目精细化管理，将成为未来趋势。目前，受制于BIM软件工具和BIM应用标准，还未能实现在建筑工程各阶段、各专业充分应用BIM技术实现全生命周期的信息共享，整体应用价值还未显现。而针对某一阶段或某一环节的局部BIM应用已有价值体现，总结出了大量的BIM应用点[4]。本文将结合施工项目管理的主要内容，即项目进度控制、质量控制、成本控制、安全管理、合同管理、信息管理以及组织协调，展开阐述目前常见的BIM应用点以及BIM在这些管理活动中产生的价值，并探讨未来可能的发展方向。

1 进度控制BIM应用

1.1 应用现状

项目进度控制是一个动态的过程，它包括进度目标合理性的分析论证，进度计划的编制、跟踪、检查与调整。在BIM模型基础上添加进度信息，即3D模型加1D时间，通常称作“BIM 4D”，利用软件将进度计划项与模型构件进行匹配挂接，模型构件可按时间先后顺序进行逐一呈现，从而形成4D施工模拟动画，帮助施工管理人员直观了解工程施工流水段划分以及施工顺序，分析进度目标和施工工序安排的合理性[5]。如图1所示。

图1 BIM 4D进度模拟

在项目施工过程中的进度控制，主要为通过将实际施工进度信息录入模型中，并将计划进度与实际进度进行对比，之后利用软件的可视化效果直观地展现出进度状态，来帮助项目管理人员进行施工进度检查与调整，如图2所示。

图2 进度偏差对比

目前常见的BIM 4D应用软件有Navisworks、Navigator、Synchro、Fuzor、广联达BIM5D等。

1.2 发展方向

在BIM模型中，包含了材料类别、工程量、施工区域划分等大量建筑构件信息，这些信息是进度计划编制及优化不可或缺的参考依据。但BIM模型在现有的进度控制过程中的应用，仅仅是通过可视化的方式帮助项目管理人员进行进度控制。

李庆达等[6]在北京Z14项目中，尝试了利用BIM模型数据进行进度计划编排以及进度管控的应用，取得了不错的成效。项目采用Vico Office软件，将模型构件与任务项关联，并建立工序间的逻辑关系，根据BIM模型工程量数据，匹配工效信息，软件自动生成进度计划斜线图。根据图中的斜线状态，能够对计划合理性进行初步调整、优化。

图3 线性计划

在施工过程中，通过将各工序的实际开始和实际完成时间信息录入对应的施工区域，能够获取实际工效信息，形成进度预警。通过对各项资源数据的调整，形成新的进度计划，指导下一步施工，如图3～4所示。

图4 进度优化

该项目的4D BIM实施过程，充分展现了BIM数据的价值。利用这种方法，不仅可积累各种类型项目的数据，进而形成企业综合工效库，而在后续项目实施过程中，也可访问工效数据库，检索同类项目中相同任务的综合工效，为进度计划编排提供依据。

2 质量控制BIM应用

2.1 应用现状

施工阶段的质量控制的基本环节包括：事前控制、事中控制和事后控制。其中，实行样板引路制是施工质量事前控制的重要手段之一。现阶段，利用BIM虚拟样板代替实体样板，进行可视化交底，是目前较为常见的BIM应用点，如图5所示。

图5 石材幕墙施工质量样板

在部分BIM应用软件或平台中通常也会有质量管控模块对施工质量事中控制，其主要做法为：管理人员发现现场存在的质量问题或者隐患后，通过在手机端添加问题照片、问题描述，问题在BIM模型中的定位，发送给相关责任人，责任人收到问题后，进行整改并回复，经复查无误后问题关闭，形成闭环[7]，如图6所示。

图6 质量管理BIM应用流程

同时，BIM平台可对近阶段的质量问题进行数据分析，以曲线图、柱状图或饼状图的方式呈现问题的主要类型分布、责任单位分布情况等信息，为制定下一阶段的质量管控对策提供数据支撑[8]，如图7所示。

图7 质量问题分析

2.2 发展方向

随着科技的发展，越来越多的新技术可用于施工项目质量控制，如VR、AR、三维扫描、物联网等。通过VR互动功能，可以帮助管理人员或作业人员在虚拟环境中模拟施工工艺操作，熟悉和掌握工艺流程[9]。

图8 VR砌体施工模拟

AR技术则能够将BIM模型“搬到”施工现场[10]，将数字世界与物理世界合并，更加有效地帮助作业人员理解现场施工环境和作业内容，使施工过程更为流畅，同时，借助AR模型也能帮助进行质量检查和验收，如图9所示。

图9 BIM+AR应用示例

通过三维激光扫描技术可对已完工程进行逆向建模[11]，辅助质量管理实测实量工作，准确记录上道工序的尺寸误差，指导下道工序施工。

除了利用新技术丰富质量控制手段外，质量信息的管理同样重要。针对当前施工项目质量控制存在的信息获取途径单一、沟通反馈不及时、项目各方难以协同参与质量控制等问题，侯杰等[12]提出了项目质量管理信息协同系统构建的思路，通过BIM技术、RFID等物联网技术实时定位采集质量信息，搭建质量数据管理平台，对质量数据进行分析、处理，为质量控制提供数据支持。

3 成本控制BIM应用

3.1 应用现状

成本控制BIM应用业内也通常称之为“BIM 5D”，即模型+计划+费用。理论上可按任意时间段获取工程量、预算、成本、资源数据，进而实现成本动态控制。

由于目前大多数BIM软件均为国外软件，与我国特有的定额、清单工程量计算方式不相符，与我国工程项目的成本控制逻辑不相符，因此，关于BIM 5D的应用还非常少。当前成本控制BIM应用点主要集中在工程量计算[13]，资源、资金数据与模型构件挂接等方面。

3.2 发展方向

成本控制BIM应用一方面需要开发符合我国施工成本控制逻辑的BIM应用软件，另一方面要结合科学的成本控制方法论。挣值法是施工成本控制的主要方法之一[14]，利用BIM模型中的工程量数据以及进度计划中的时间信息，计算出计划工作预算费用(BCWS)、已完工作实际费用(ACWP)、已完工作预算费用(BCWP)，通过对三项数据的比较计算，能够得出成本偏差(CV)、进度偏差(SV)、进度绩效指标(SPI)、成本绩效指标(CPI)等指标，可用于分析项目进度快慢与成本偏差，根据分析结果采用相应的措施进行纠偏[15]，如图10所示。

图10 某项目基于挣值法的成本分析

4 安全管理BIM应用

4.1 应用现状

现阶段，安全管理BIM应用与质量管理较为类似，一方面是通过BIM模型以及VR技术等可视化手段进行事前的安全交底和安全教育[16]，另一方面是利用BIM管理平台实现安全问题巡检、发出整改、问题反馈、问题复查等流程的信息化，积累数据，用于分析和问题追溯。

4.2 发展方向

BIM+VR技术的发展对施工项目安全管理能够起到较大的帮助[17]。例如，在生产安全事故应急预案管理方面，施工现场通常需要针对具体的事故类别、危险源等制定专项应急预案，并通过应急演练，做到在事故发生时迅速反应、正确处置，而在现实场景中开展应急演练，很难模拟事故真正发生时的紧迫状态，利用VR技术则能够提供沉浸式的体验，通过视觉、听觉、触觉等多方面的直观感受，构建事故发生时的真实状态，以达到最佳的演练效果，如图11所示。

图11 VR火灾逃生模拟

此外，通过各阶段的BIM模型结合RFID技术可构建人员实时定位预警系统[18]，在BIM模型中描述危险区域，并在危险区域设置传感器，通过RFID对现场工人进行定位，一旦有人员进入危险区域，则会触发现场警报，从而降低事故发生的概率。

5 合同管理BIM应用

5.1 应用现状

施工项目合同确定了工作内容、价格条款、工期、质量、安全等目标，因此，合同管理对于施工项目管理而言至关重要。随着“一带一路”的推动，我国企业将会承接越来越多的国际工程，而国际过程尤其看重合同的履行与管理，现阶段，我国合同管理还存在诸多问题，例如工作范围不具体、合同界面划分不明确等。将BIM技术引入合同管理，能够确保信息的一致性和准确性，使合同范围和界面划分更加明确，通过BIM数据的传递与共享，能够提升合同管理的信息化水平，实现合同动态跟踪与管理[19]。当前对于合同管理BIM应用还处于研究和探索阶段，相关的应用案例非常有限。

5.2 发展方向

随着信息技术的发展，未来应能实现合同的信息化管理，能够利用计算机读取、分析合同数据，跟踪合同执行情况，实现全方位、全过程、动态化的合同管理。结合BIM+云计算技术，利用其强大的数据处理能力作为支撑，能够改善合同数据管理方式，实现海量项目信息的存储、分类、汇总，并支持信息检索和数据提取，能够极大地改善当前的合同管理方式，更有利于项目的管理。

6 信息管理与组织协调BIM应用

6.1 应用现状

目前我国建筑业的信息化程度还一直处于很低的水平，多数施工方的信息管理水平还很落后，施工资料以纸质资料为主，电子文档以本地文件的形式存储在每个人的电脑上，存在大量的信息孤岛，而信息的准确性、及时性又会对项目的组织协调管理造成影响，组织协调不顺畅，直接影响项目管理目标的达成。

信息管理与组织协调离不开信息技术的支持，现阶段，国内外多家软件公司均有研发BIM信息协同管理平台，用于文档共享、工作协同，以提升管理效率。公众号BIMBOX对BDIP、Modelo、Revizto等8款BIM平台产品做了全面的测评，从测评结果来看，这类平台更侧重于三维图形处理技术，例如模型在线浏览、对不同BIM软件创建的模型文件的支持、模型数据继承、模型加载速度、模型渲染、查看工具等，大部分平台也能实现各类文档的存储和在线查看，但数据处理能力皆不足，仅能靠人工来查看数据，缺乏对模型数据、文档数据的处理和计算分析能力，如图12～14所示。

图12 各类BIM平台中的模型展示

图13 各类BIM平台对文档的支持情况

图14 各类BIM平台对传统业务流程的支持情况

6.2 发展方向

施工项目是一个多方参与的过程，在信息及时、准确、对等的环境下能够提升组织协调工作效率，提升决策判断的准确性。而信息的产生需要大量基础数据的支持，BIM作为项目数据集成的载体，是实现项目信息化管理与协调的关键，利用物联网、大数据、云计算等技术手段可实现数据的自动采集和处理分析，将传统的建造模式改进为数据驱动建造的方式。

在此之前，需要开展BIM数据标准的研究工作，尤其是BIM数据交换标准。BIM不是单一软件能够完成的事情，不同软件产生的数据能否互联互通非常关键。现阶段BIM软件之间的数据交互以IFC标准为主，国内也有在IFC标准的基础上研究BIM信息集成管理平台[20]，以实现全生命周期的信息共享与集成化管理。而IFC标准在实际应用过程中，存在数据丢失、错误等各方面的问题，与其他项目管理软件之间也无法进行数据流通和交互，基于IFC标准进行项目信息管理在实际应用中落地困难。

7 总结

综上所述，BIM在施工项目管理中已经有了较多应用，从当前的应用点来看，更偏重于三维可视化展示，而BIM的关键在于数据和信息层面的应用，这也是未来的重点发展方向。结合BIM定义的变化，要实现从Building Information Model向Building Information Management的升级，需要研究配套的标准和软件产品。

数据标准的制定应结合施工业务逻辑，厘清数据与数据之间的关联性，做好数据结构化工作，建立以数据为核心的BIM技术体系，如图15所示。

图15 利用数据开展施工项目管理

BIM软件方面，依然以国外BIM软件为主，与我国工程实际的匹配程度较低。以主流的Revit软件为例，虽然其具备算量功能，但Revit的算量规则与我国清单工程量计算或定额工程量计算规则并不相符，因此需要在Revit的基础上开发对应的工程量计算插件，才能适应我国的工程量计算业务，且诸如此类的软件适用性的问题还有很多。关于BIM软件的发展，我们既可以利用国外BIM软件进行二次开发，使之具备符合我国工程实际的应用功能，例如市场上常见的各类Revit插件，还可以基于我国工程的逻辑研发国产BIM软件，走自主知识产权之路。

夯实数据化基础，辅以配套软件工具，施工项目管理工作便可借助BIM技术，向智慧化迈进。