基于BIM技术的施工阶段多维度资源动态管理系统

邵昭

(延安职业技术学院 农林与建筑工程系,陕西 延安 716000)

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，我国的建筑工程在建造方式和施工方法上也在与时俱进，一批批大型甚至特大型建筑不断涌现，这些大型建筑往往结构复杂，施工参与方众多，施工协调性要求高，施工难度大，因此施工过程中对施工资源的管理难度极大[1-3]。

BIM(Building Information Model，建筑信息模型)作为一种建筑信息共享、施工协同管理平台，为大型建筑信息化施工提供了极大便利[4]，同时BIM技术与云计算、大数据、“互联网+”等现代计算机技术的结合使建筑施工的多维度资源动态管理相得益彰。Lova等研究了工程项目全生命周期中BIM的经济效益，认为BIM技术以信息共享的方式最大效率利用资源[5]；Jung通过文献查阅的方式，在总结以往经验的基础上开发了综合BIM软件，用以指导施工中资源管理并取得了一定成效[6]；Greva通过BIM中标准的制定，研究了施工资源信息的集成[7]；马志亮等研究了BIM模型中国际IFC标准的执行方法，并从施工资源控制出发，提出了项目成本控制方法[8]；王又群将BIM技术与施工管理的三大任务结合，并着重分析了施工中工程量的动态管理[9]。

从目前的国内外研究现状看，关于BIM技术的研究主要集中于模型建设和成本控制，并且将BIM模型中各类资源分开控制，忽略了项目施工中的动态性和各种资源在动态施工中的关联性、系统性，这种信息管理手段与实际施工存在一定差距。因此本文从施工阶段资源的关联性出发，将BIM中三维模型与施工进度信息与预算信息相互关联，实现了资源的动态管理，最后以某小区内幼儿园建设为例，研究了多维度资源动态管理系统的工程应用。

1 多维度资源动态管理系统

施工阶段多维度资源动态管理指以BIM中的三维模型为基础，通过WBS(Work Breakdown Structure，工作分解结构)方法，利用BIM中模型的分解，实现建筑施工阶段资源计划及消耗、施工成本分析与控制的信息资源管理方法。

1.1 施工多维度资源模型建立

1.1.1 资源模型架构

施工资源多维度信息模型包含基本信息、进度信息和预算信息三部分，其结构如图1所示。

图1 施工资源信息模型结构

基本信息是BIM中三维模型的扩充，根据施工特点增加项目类型信息、工程材料信息、建筑物几何信息、工程量信息及其他属性信息。进度信息是利用WBS手法，将BIM基本信息与施工进度信息相互关联，因此在进度管理中作为基本信息和进度信息衔接的纽带，WBS方法显得尤为重要，工作分解的质量直接决定了项目进度把控程度[10]。项目预算信息的基础是项目三维模型信息，通过模型中构件的拆分计算工程量，在所得工程量基础上根据定额信息计算人、材、机的消耗，得到项目的预算信息。施工资源信息模型是以BIM基本信息模型为基础，利用WBS手法建立进度、预算、三维模型三者的有机统一，通过对模型中建筑物构件信息的把控，实现施工资源动态管理。

1.1.2 WBS分解

相关研究表明，WBS工序节点的存在于资源管理之间不是孤立存在的，二者在资源配置中会按照一定的规则机制形成对应的逻辑关系[11]。工序资源任务分解分为3步。从一些定额的定制原理可以发现，定额的制定基础是WBS分解的节点，单个节点在同一种定额规则中对应一个或多个定额项目。因此WBS分解的第一步是建立节点与定额间的对应关系，为了提高关联效率，有必要将施工阶段不同但节点内容相同的节点进行归类，形成资源模板，以降低资源模板数量，提高节点和施工定额的关联效率，工序资源任务分解如图2所示。

图2 工序资源任务分解

第二步是以节点为依据，将项目的定额目录分解成以工序节点为单位的工序资源模板。第三步是在第二步的基础上建立工序节点和工序资源模板的关联。

1.1.3 系统内项目预算模式分析

项目的预算是以项目的工程量清单为基础[12]，在三维模型中能显示构件的尺寸信息并进一步统计工程量，在此基础上按照定额信息、分部分项工程费、项目措施费用、其它费用及费率几项。为了实现预算资源的动态管理，必须将预算信息与三维模型及WBS节点信息关联，其关联模式如图3所示。

图3 预算信息关联模式

通过关联模式实现信息动态施工信息实时共享，通过对共享信息的分析处理达到预算资源的动态管理。

1.2 系统资源管理功能模块分析

施工阶段多维度资源动态管理打破了以往按照施工日期划分的工程进度管理和成本控制方式[13]，实时采集施工阶段信息并在BIM模型中将信息共享，利用系统的关联特性实现项目进度和预算信息的实时动态管理，系统动态管理包括工程量动态查询、施工资源动态管理、成本动态控制管理。

工程量动态查询的时间单位是天，通过进度信息和系统模型的关联，可查询计划工程量、计划进度、实际工程量和实际进度[14]，其原理如图4所示。

图4 动态查询

首先找到WBS方法中当日完工节点，通过模型中的构件信息查询构件进度计划及计划工程量，通过实际工程量、实际进度与计划工程量、实际工程量的对比绘制进度曲线和工程量累计曲线。

施工资源动态管理是根据施工进度计划、实际进度、工作节点分解情况，可根据已完成工程量动态计算下一时间节点的资源需求计划。资源动态管理打破了传统的施工组织设计静态资源管理的弊端，能够根据工程实际进度合理调配资源，根据实际情况更改施工组织设计。施工资源动态管理过程如图5所示。

图5 施工资源动态管理过程

根据WBS分解的施工节点，确定项目的实际进度，并利用关联特性查找节点之前相关构件的信息，计算人、材、机消耗量，并用资源单价乘以预算用量得到资源计划成本。

成本动态控制管理的基础仍然是WBS方法分解的节点[15-16]，首先用BIM的关联模式查询节点的工程构件信息重点依据三维模型查询构件的工程量信息，依据工程量信息根据清单计算节点之前的人、材、机消耗情况，并根据实际进度和计划进度情况，分别得到计划进度预算成本、实际进度预算成本、实际进度消耗成本，其原理如图6所示。

图6 成本动态控制管理

最后利用挣值分析法计算实际成本与预算成本的差距，对已完成工作进行评价并在现有数据基础上对成本预测分析，根据预测结果调整施工组织设计。

2 应用案例分析

施工多维度资源动态管理系统开发完成后以某学校为例，将系统应用于工程建设中。首先通过Revit软件建立了项目多维信息模型，利用WBS分解方法对项目进行了节点分解，利用上文的资源动态管理系统对工程中各节点工程进度、工程量、资源消耗及施工成本进行动态查询和管理。

2.1 项目概况

某学校为济南市某小区内的幼儿园配套设施，小区内共有建筑16栋，该工程为第13栋，建筑高度10.85米，建筑面积2 724.7平方米，建筑物为普通钢筋混凝土三层结构，结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度8度，建筑物场地类型为2类。

2.2 多维度资源动态管理系统应用

2.2.1 多维度资源模型建立

系统应用的第一步是在施工前建立学校BIM模型，如图7所示。

图7 学校BIM模型

模型建立完成后通过WBS方法对建筑结构按照节点进行项目分解，并以节点为依据实行施工进度信息动态管理，通过三维模型中构件的特性生成项目的工程量清单。

2.2.2 工程量查询

工程量动态查询界面如图8所示。

图8 工程量动态查询

该查询界面显示了一天内人、材、机的当日计划投入、当日实际投入情况，系统的统计功能还可对每日工程量信息累加，查询累计工程量消耗。通过计划工作量与实际工作量的对比，可准确掌握现阶段各项材料的消耗及材料单价，对于施工单位定制采购计划提供了参考依据。

2.2.3 工程进度管理

施工资源动态管理是以WBS分解的节点为基础，施工过程中对项目进度采取日记录方式录入BIM模型系统，并用不同颜色区分节点状态，其应用过程如图9所示。

(a)项目实际进度

图9(a)为项目实际进度情况，图9(b)为BIM模型中项目进度，其中绿色部分为已完成节点，黄色部分为施工进行中节点，最后结合项目的定额信息得到项目资源消耗信息，如图10所示。

图10 项目资源消耗信息

根据消耗信息结合进度计划部署人、材、机。

2.2.4 施工成本管理

成本动态控制管理的依据是按照一定周期进行施工进度核对的建筑物节点。以指定时间点为时间参考根据模型中构件的参数信息和定额信息，以节点为单位按照挣值分析法得到项目的预算成本、实际成本以及成本偏差，并根据现有成本信息预测总成本，系统中生成的成本动态控制界面，如图11所示。

图11 成本动态控制管理

系统能根据前文中工程量及进度管理，按照成本管理计算方法自动对各个时间节点成本考核，绘制成本曲线，对于未发生的预测成本，图中虚线部分代表从当前成本分析中对未来成本的预测。

3 总结

在信息技术应用日益成熟的今天，如何将以计算机为代表的现代信息技术应用到建筑工程尤其是大型建筑工程的施工过程管理中，以提高建筑工程的施工效率和管理水平，最大化为建筑项目增值，是我国建设部门和相关施工企业面临的难题。本文以BIM软件为基础，将建筑物三维模型利用WBS方法分解，得到了以节点为单位的建筑物施工进度信息，根据现场施工和模型构建实现了施工进度的动态管理，通过将定额信息与三维模型的关联在工程量清单基础上实现了人、材、机和施工预算的动态管理，最后将多维度资源动态管理用于某小区内幼儿园配套工程的建设中，结果表明该系统能很好地实现施工进度和施工预算的动态管理。