基于BIM“云”的项目全过程管理创新及应用

[关键词] BIM云平台;建筑业信息化;项目成本一体化

河北建投水务环境工程有限公司成立于2013年9月30日，注册资金10000万元，拥有河北省实力最强、资金最雄厚的国有投资平台河北建设投资集团的支持，系河北建投水务投资有限公司全资子公司，公司商业合作模式灵活，可为客户提供不同的定制化服务。目前公司拥有市政工程设计、市政工程总承包、房屋建筑施工总承包、环保工程专业承包、工程咨询等多项企业资质。公司下设8个职能管理部门，设计、咨询、非开挖、造价等8个分公司，1个控股子公司和2个参股子公司。公司已全面通过ISO9001质量管理、ISO14001环境管理、OSAS18001职业健康安全和GBT/50430质量管理规范标准体系认证。2019年公司完成销售收入40348万元，利润总额3612万元，资产总额66818万元，纳税总额1149.39万元，所有者权益13719万元。

公司成立以来，业务范围不断扩大，企业效益逐年提高，公司业务从起初的城市供水、污水处理逐渐向工业与能源水处理、城市水环境修复、长输管网、二供与直饮水、智慧水务等领域延伸，可开展相关项目咨询、工程设计、技术集成、环保设备销售、建设施工、运营维护等工作。公司以“冀匠治泽、益达四海”为发展愿景，秉承“勤勉、善谋、固本、求变”的企业精神，先后承揽了省内多个地表水厂和污水处理厂的建设和多项长输及市政管网的建设维护工程，开展了电厂废水零排放集成技术研究及示范工程建设，同时承担着省内多个火电厂水处理系统的运行维护工作。公司先后完成了“超滤膜短流程水处理工艺技术的研究与应用”等多项科技成果，多次获得科技进步奖，形成了自有的科技和工艺技术体系。

一、实施背景

（一）公司信息化发展的需要

住建部于《2011-2015建筑业信息化发展纲要》中表明：全面推进BIM技术在建设项目设计、施工阶段的广泛应用，促进BIM技术发展，并将其作为建筑行业信息化推广的重点，将4D管理模式运用于目前大型复杂化建筑项目施工进程当中，实现建筑工程可视化管理。BIM技术促进建筑产业现代化高层论坛强调建筑产业现代化和BIM技术的推广应用是我国建筑业发展和改革的重要任务和目标，是推进建筑业信息化的重要手段，为产业链贯通、工业化建造提供技术保障。

（二）打造智慧化工程需要

通过应用BIM建模技术，搭建BIM云平台，实现BIM技术在三维交底系统、劳务实名制系统、安全管理系统、质量管理系统、物联网管理系统等方面的应用，使项目现场的施工和管理趋向于智能化，打造智慧工程。

（三）项目精细化管理的需要

公司实行项目成本一体化管理，通过BIM云平台的搭建，在成本管控、合同管理、项目投标、招标采购、结算管控、考核评价等全业务流程规范工程项目经济活动，不断强化二次经营，努力实现降本、增效、创收，使我们的项目管理更为合理有效，实现项目建设的总体利益目标。

（四）项目多目标协同管理需要

工期、质量、成本是贯穿工程项目全过程的三大主要控制目标，三大目标能否协同一致的进行才是项目成功的关键，在此目标的驱使之下，实现工程项目的工期最短、成本最小，质量最优是必不可少的工作。运用BIM建模技术可以有效提高对工程的质量、进度、成本的管控力度，达到项目多目标协同管理。

二、主要做法

BIM建筑信息模型，通过数字信息仿真模拟的参数化模型整合建筑物的所有信息，不仅包括几何形状信息，还包含大量非几何信息。在项目策划、设计和施工过程中，各种建筑信息可在各专业之间进行共享和传递，使工程人员准确理解并做出高效应对，为设计团队以及建筑运营单位提供各方协同工作的基础，从而达到提高项目设计、施工、运营及维护的效率以及工程质量的目的。

对于设计阶段来讲，应用BIM的直接好处就是设计可视化，以及由此带来沟通便捷、高效。施工阶段如果很好的利用和深化BIM模型，能够事先在计算机里模拟建造过程，提前发现各种冲突和错误，这也是当前应用BIM技术的最大动力。最终我们把设计阶段、施工阶段的所有信息整合在一起的模型，就为我们运营维护带来了各种可能性，从而实现工程建设全生命周期的资料统一化、数字化。

其实项目前期策划阶段对整个建筑工程项目的影响是很大的。前期策划做得好，随后进行的设计、施工就会进展顺利;而前期策划做得不好，将会对后续各个工程阶段造成不良的影响。项目的前期应用BIM，使项目所有利益相关者能够早一点在一起参与项目的前期策划，让每个参与方都可以及早发现各种问题并做好协调。比如在前期我们开展了现状建模与模型维护、场地分析、土石方平衡计算、布置方案必选等，甚至于对于项目现状拆迁、施工平整、建成后的各个阶段都可以整合在一个模型里，模型沿时间跨度上进行了整合。

基于以下分析，我们认为BIM技术在水处理工程建设中具有广阔的应用前景。

（一）水处理工程建设的现状分析

水处理工程是特殊的建筑工程，具有以下特点：

（1）占地规模较大，处理工艺繁杂，构筑物种类繁多;

（2）构筑物的分布集中，涉及建筑、結构、管线、电气设备等不同专业，各专业工序在空间上交叉分布、相互制约，施工难度特别大;

（3）构筑物结构多种多样，形状不规则，施工要求极高;

（4）对水动力学可行性要求特别高，对管线的敷设、预留洞口及预埋件的定位精度要求高，施工的难度大。

（二）水处理工程施工中存在的问题

1.设计与施工信息传递过程中的偏差

传统水处理工程的设计工作都是以CAD为操作平台，在信息的传递过程中，设计师的三维设计理念通过二维图纸表达，施工方通过对二维图纸的理解进行三维建筑的施工，在这个过程中，经历了两次二、三维信息的转换，很容易出现设计师在二维设计时表达的偏差以及施工方对二维图纸的理解偏差。

2.进度计划的抽象性

传统的施工进度计划是通过网络计划图实现的，该方法存在自身的局限性。首先，网络计划图运算过程比较复杂，耗费大量时间，且非专业认识理解起来比较困。其次，通过网路计划图所表达的进度计划相对比较抽象，不能将整个项目的规划进度精确地表达出来。最后，使用传统的施工进度管理工具，依靠经验确定逻辑关系，准确性受到极大的限制。

3.建设过程管理不到位

首先是施工总体目标不明确，导致施工的盲目性。其次是没有完善的施工计划，导致工期的滞后。最后，人力、财力以及资源没有得到合理的分配，导致施工过程浪费大、工期长、效率低等问题的产生，影响施工质量。

基于上述分析，我们认为集模型建立、图纸生成、碰撞检测、结构计算、绿建分析、施工模拟、算量造价、数据集成等为一体的BIM技术在水处理工程建设中具有较广阔的应用前景。

（三）BIM建筑信息模型构建

1.“族的方法”参数化建模

“族的方法”就是根据自己的需要，通过自定义标准构件族的方式，构建系统族中不包含的构筑物形体，用于后续的模型构建中，是一种利用参数化定义构件的方法。通过对某自由形体的结构进行参数化定义，并将参数进行公式化关联，使用某一个基础参数改变时，其他参数可根据公式自动适应，满足设计要求。

2.构筑物拆分建模

将较为复杂的水处理构筑物，拆分成简单功能单体或结构单体，分别对单体进行参数化建模，最后进行拼接，形成完整的构筑物。对于重复使用率高的单体结构，运用上述“族的方法”参数化设置，可在不同项目中重复使用。

3.模型构建

（1）建模准备

第一，项目样板

在Revit软件中，新建项目时，Revit会提示进行样板选择，与族样板相同，项目样板文件也是一个系统文件，定义了新建项目默认的初始参数，例如项目默认的度量单位、层数的设置、层高信息、线性设置等，为设计提供了便利，选择合适的样板文件能大大提高建模效率。

第二，标高和轴网

根据Revit基本设计流程，在项目创建之前需要设置标高和轴网。标高、轴网是对建筑构件在剖面视图和平面视图进行定位的重要依据，因此建立合适的标高、轴网能有助于建模的顺利进行。由于水处理构筑物的单体相互独立，因此可针对不同结构单体设置不同标高，以方便模型的构建。

第三，二维图纸调入

以二维图纸为基础进行建模，可在Revit中载入二维图纸，进行平面视图的定位。由于污水处理构筑物内部结构较复杂，因此平面图、剖面图信息量较大，建模过程需在个各标高平面视图上进行切换定位，可将各标高的二维平面图分别载入到个平面视图中，避免因已绘制的部分结构将图纸遮住而无法定位该位置其他标高上的结构。

（2）基本模型的创建

第一，建筑结构创建

上述拆分建模中提到，拆分后可重复使用的单体，使用Revit系统中的族进行参数化建模，对于可复用性不高的结构，在Revit项目中直接完成。Revit中提供了关于墙、梁、柱、门、板、楼梯等工具，可根据平面图直接绘制。创建模型对象时，需要先定义对象的构造类型属性，包括结构的厚度、作法、材质组成等，然后使用“基本墙”命令在二维图纸的基础是进行绘制，通过修改墙的高度及上下参照标高确定其空间高度。

第二，异形结构创建

水处理构筑物结构形式多样、异形结构量大，部分结构运用Revit系统自带的基本工具无法完成。在项目中创建的概念体量仅可应用于当前的项目中，而在概念体量组编辑器中创建的概念体量族可以像其他族文件一样，载入到不同的项目中。

第三，给排水管道创建

在建设项目管道设计时，可通过专有视图对进行构件的放置与查看。在管道系统中，由于构件是特定高度放置的，因此，创建的专有视图制定需具备能为构件制定适当试图范围和规程的在项目空间中的功能要求。

管件族也是一个系列族，管道的管径是管件族的主要参数，随管径的变化而变化。在前文中提到的法兰阀族，作为管路附件插入时，软件自动提取管径信息，法兰的各部分尺寸也随之改变，以匹配管道尺寸。专业设备族中也包含了大量的技术参数信息，这些信息被定义后可被系统计算提取分析。

第四，装饰装修工程

对已完成的建构筑物进行排砖、外墙饰面、预留预埋等工程的三维建模，完成水厂的装饰装修工程，使水厂建模更加完整美观。

（四）BIM技术在工程建设中的应用

BIM在施工阶段可以有如下多个方面的应用：三维协调、管线综合、碰撞检查、深化设计、场地使用规划、施工系统设计、施工进度模拟、施工组织模拟、数字化建造、施工质量与进度监控、物料跟踪等。

1.碰撞检查

所谓碰撞检查，就是在施工前，根据图纸对设计进行检查，以确定构件在空间位置上的分布的可行性，并对可能发生冲突的部位进行审核、修订的过程。根据碰撞的性质不同，

通过对各专业设计整合后的综合模型的审查，发现设計中隐藏的未被发现的问题，并进行修改，为项目施工提供一个最优化的施工模型。利用BIM技术的碰撞检查功能和BIM WORKS 软件平台，可实现对多专业BIM模型进行三维空间碰撞检查，可以发现空间与空间、空间与时间之间是否冲突，通过对构筑物各个专业信息模型加以整合，识别出管线、设备、构件之间的碰撞点，便于我们第一时间发现和解决设计及施工问题。与传统的相比，BIM的优势体现在：

（1）利用BIM技术所提供的应用平台，可将项目包含的各专业的设计模型整合到同一个模型中，可以进行各专业自身以及专业间的碰撞检查，并形成检查报告，可根据报告中的错位信息进行直接修改。由于模型是建筑物真实的表达，无论是尺寸还是空间位置都与实际建筑相同，能够展示二维图纸中不能展示的一系列问题。

（2）在模型中通过明确标注的管线定位标高，可直观准确的看到管线的分布情况，且在模型构建时，系统将对单个专业内的模型碰撞问题进行提示，减少了修改工作量。

（3）使用BIM技术进行碰撞检测，可以彻底地检测各专业的冲突问题，基本可消除所有碰撞，还可以通过碰撞检测修改过后的图形进行施工交底、模拟。

2.三维技术交底

设计院传统的出图方式是以二维图纸为媒介来表达建筑物（构筑物）的布置和结构形式，对于工艺先进、系统复杂的水厂，对施工单位的综合能力要求较高，再加上工期较紧，工程量大，识图难度也较大。然而，利用BIM技术可以将传统的二维图纸转化为三维模型，对于二维图纸上难以详细表达或较为抽象的地方，都可以用三维模型以360°的角度进行展示。

同时，BIM还可以在任意位置进行剖切，有助于施工人员更好地了解构（建）筑物复杂节点处的构造和连接方法，真正实现了多视角、可视化施工技术交底，方便施工单位编制施工计划，保证施工组织和施工方案的合理性。

3.虚拟施工进度

基于BIM建筑信息模型进行的施工进度模拟，可以实现施工过程的可视化管理，进而对已有的施工方案进行验证、优化操作，对施工方案进行实时、逼真和交互的模拟，根据施工阶段性目标不断更新完善。

虚拟施工进度可以实现在施工之前将施工过程进行演示，可以通过演示的施工过程发现施工进度中存在的问题，并进行及时的修改，避免实际施工中才发现问题，造成工程的变更及返工现象。也可制定不同进度计划，通过虚拟施工，选出较优方案，通过对进度计划的修改从而制定最佳施工方案，对施工过程进行有效的指导。

4.施工预警和设计优化

在传统的项目施工管理中，技术人员只有深入施工现场认真研究图纸后，才能在脑海里大致形成项目的空间结构、管线走向及设备布置等，遇到空间复杂、管线众多的更是难以形成立体空间布局，只有当现场施工完成后才会发现某些构件布局不合理、待优化之处，但已为时已晚。利用BIM技术可以很好地解决这一问题，它将以往的线条式构件形成一种三维的立体实物图形展示在我们面前，构件位置、与周围空间的关系一目了然，方便及时对构件的走向和高度进行调整。

5.施工动态模拟

通过BIM建模可直观地提前发现施工中存在的问题，在进行场地布置前，为避免出现二次搬运及施工工作面不足的情况，需要对现场料和设备的进场路线以及堆放区进行模拟布置，对于不满足设备进场安装条件的土建状况进行分析，及时调整优化设备安装计划及施工方案。

6.施工成本管理

BIM技术所创建的参数化的模型，在建模的同时通过大量参数对各个构件结构进行约束，如构件的尺寸、型号和材料等，且每个模型都是通过BIM技术在可视化的环境中进行反复修改、优化的成果，因此，利用BIM技术能有效的提高材料、设备的统计的准确率。

Revit软件自帶工程量计算功能，对于统计个数工程量，只要模型中表达准确就能进行统计，而对于以面积、体积、质量为统计单位的工程量，则需要用户在建模过程进行相关参数的设置，即可在工程量统计中直接提取，形成单独的明细表。利用建筑信息模型，也可直接导出工程预算和物资计划数据表，避免了传统手工算量方式中根据平面图纸按比例测算、分步累加的不足，保证了计算的准确性，提高了工作效率。

7.设备信息查询

BIM模型包含了完整的设计、建造和运营信息，我们按需对设备、管道等的基础资料进行查询，比如选中三维视图中的某个阀门，平台自动检索出该阀门的生产厂家、安装时间、备品备件等信息;同时我们可以对设备的信息进行更改和更新，比如增加一条检修记录，数据库会自动同步，保证平台信息的即时性和有效性。

除了基本的设备信息之外，还可以将设计、施工、安装过程中相关技术文档与工程实体关联，让相关的信息和资料都通过三维模型建立联系，避免工程资料的分散存储、查找不便。

8.实现无纸化管理目标

施工资料及设备资料数量非常庞大，在施工管理过程中，BIM人员将重要的设计图纸、变更通知、工程签证、工作联系单、检验批验收记录、施工方案等施工过程资料上传到BIM系统中，并将模型与相关资料进行关联，可随时全方位地查看构筑物的相关信息，实现资料的协调管理，最终逐步达到“无纸化”管理目标。

三、实施成效

随着对BIM技术的深入应用，达到了为企业增效的目标，提升了企业的管理水平，增强了企业竞争力的同时，实现了经济效益和社会效益双赢，为企业长期发展打下了坚实基础。

（一）企业经营管理水平和工作效率全面提升

随着BIM技术在公司项目建设中的逐步实施和推广，对工程建设控制指标与企业经营管理指标产生正向显著影响，工期工序得到优化，各项交底更加精细，沟通效率极大增强，成本控制效能显著，企业服务水平得到明显提升，企业社会形象大跨步提高。

一是设计阶段：最基本的设计优化就是对各专业的模型进行协调整合、检查冲突。BIM的三维特性和可视化特性，可以很方便的进行各专业间的设计协调。比如建筑结构和工艺管道设备间的冲突检查，都可以出具详细的报告。

二是施工阶段：施工的工序搭接、进度安排、资源调度安排等往往存在众多矛盾，施工单位通过BIM模型可在项目施工之前预先模拟项目施工过程，提前将可能出现的问题找出并加以解决，保证项目的顺利进行，保证工期的同时也节约了返工等带来的不必要成本。

三是水厂运维：基于高精度的模型制作，良好的模型渲染效果，做到水厂可视化，通过设备编号反向定位设备位置，快速视角切换，实现模型与数据库双向关联，对水厂的运行维护提供更加全面的信息，给业主单位提供更好的增值服。

（二）消除信息孤岛和信息传递障碍

BIM真正的价值在于消除信息孤岛，消除工程参与方的信息传递障碍。设计的协同建模还只是在设计院内部的协同，基于BIM工作应用流程，构建协同平台，有助于业主、设计、施工真正的在一个平台上工作，在各自的权限内对项目进度进行管理，对项目状态进行监控，对人员权限进行控制，以及对项目建设过程中的各种流程进行数字化管理。切实实现项目管理由粗放式管理向科学化管理的转变，促进了项目整体管理水平的提高。

（三）公司服务水平和企业社会形象得到提升

通过BIM技术应用，更加生动直观的了解各建筑方案，快速计算出各种方案对应的投资估算成本，这将有助于公司选择最优的方案，进行最有效的决策，使得公司在为业主服务方面提供了更为优质体验，对于提升企业经营管理水平，实现资源共享和降低运营管理成本具有十分重要的促进作用。实现管理水平、经济效益、服务水平、社会形象全面提升的企业发展目的，为企业可持续性快速健康发展奠定了良好基础。

（四）工程管理效率及水平得到提升

运用BIM技术对工程项目进行建模，使工程整体更加直观准确的呈现在了建设管理者面前，使原本数字化的工程形象进度更加直观的展现在了企业高层管理者面前，并且能够实时掌握准确的工程进度，使管理效率和水平得到了提高。

四、创新点

（1）施工场地规划、施工方案模拟，利用BIM协同平台进行多专业协同进行设计施工深化。

（2）通过应用BIM建模技术，实现BIM技术在三维交底系统、劳务实名制系统、安全管理系统、质量管理系统、物联网管理系统等方面的应用，使项目现场的施工和管理趋向于智能化，实现智慧工地。

（3）结合广联达等工程软件进行工程量计算、实现现场信息二维码，通过BIM协同机制建立和完善水厂深化设计模型，指导施工全过程管理。

（4）水厂运维：基于高精度的模型制作，良好的模型渲染效果，做到水厂可视化，通过设备编号反向定位设備位置，快速视角切换，实现模型与数据库双向关联，以期对水厂的运行维护提供更加全面的信息，给业主单位提供更好的增值服务。

（5）打造数字孪生建筑，做到建筑物信息的精准映射：通过BIM技术实现对建筑物的全面数字化建模，以及对建筑物运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟建筑在信息维度上对实体建筑的精准信息表达和映射。

五、展望与探讨

（1）BIM“云”技术的使用。同BIM技术是建筑领域信息化热点一样，“云”技术也是互联网通信领域的一个新理念，基于“云”计算的BIM技术应用研究也将成为建筑领域的新热点。在“云”计算模式下的BIM平台中，建筑过程中各专业人员可以实现信息共享和协同工作，“云”BIM技术无疑将给施工单位各类人员之间交流带来便利。

（2）BIM理念强调模型信息从建筑全生命周期设计阶段向施工阶段的不断流转，这其中涉及到设计方的著作权等法律问题。这些问题造成了BIM技术很难在设计、施工两个环节当中顺利连通，阻碍了BIM技术在施工阶段的应用。

六、附表

（1）利用BIM技术，建立深化设计模型，优化施工图纸，协助施工流程的管理，包括施工动员、采购、工程排序、成本控制与现金使用分析、材料订购和交付，以及构件制造与装设等，模型中也包含了详细的对象信息，在施工时对材料的信息及数量进行校对，减少资源浪费，节约成本，提升工作效率。

（2）及时地发现设计图纸中问题，避免返工的出现，节约了大量人力、材料、机械及时间成本，减少了资源的浪费，提升了工作效率。目前一个试点项目通过建模，初步发现某水厂设计图纸问题50处，预计为公司节约成本95万元。

（3）以实际工程项目为试点，通过BIM建模，培养一批掌握BIM技术的人才，形成公司BIM团队，为建立BIM工程师体系打好基础，树立高新技术企业形象，并逐步实现为外部提供技术咨询服务。