BIM在施工企业的施工阶段落地应用研究

陈浩然 CHEN Hao-ran；于怀远 YU Huai-yuan；刘幸龙 LIU Xing-long

（北京城建集团有限公司，北京 100088）

0 引言

建筑信息模型（BIM）技术发展迅速，应用BIM可实现工程项目精细管理，缩短项目周期，节约工程成本，促进建筑业生产方式的变革，可以带来巨大的经济和社会效益。从国内到海外，BIM技术已普遍应用于工程施工，尤其是部分央企，其海外项目频频获取BIM大奖，并通过BIM技术应用切实获得了效益。[2]

通过调研发现，海外项目BIM应用较成功的企业，都有专门的BIM机构，有成熟的BIM管理体系、制度、标准，且十分重视BIM人才培养。对一些BIM应用尚处于初期阶段的施工企业来说，在管理模式、人才建设、具体应用点等方面，均需要建立、完善、挖掘利用。为此，我们围绕如何加快BIM落地应用这一课题，进行了分析论证、实践总结。以使BIM技术能够融入施工生产、项目管理，促进各项业务水平和综合管理水平全面提升，减少外派人员，降低成本，增强履约、盈利能力。[3]

1 背景介绍

BIM技术的应用为超过50%的施工企业带来了极大的效益，且在减少施工图中的错漏、优化设计方案、减少施工现场协调问题、减少返工、提高安全性等方面取得的收益较为显著。

目前BIM应用首先已为大势所趋。随着建筑工业化发展、智慧城市建设、建筑业数字化步伐加快，传统的建造方式进行彻底的变革势在必行。其次，行业需要，部分地区政府、业主招标明确要求BIM应用，如港澳、东南亚等地区。最后，转型驱动，施工企业发展迫切需要由成本驱动型向创新驱动型转变，最终实现企业级信息化、数字化管理。做好基础数据的BIM解决方案，是信息化建设的关键之路。

2 BIM应用落地存在的问题

本文利用头脑风暴的方法，总结了50个原因，并使用团队列名法，对这50条原因进行打分和排序，利用二八法则找出其中最重要的两个关键影响因素。利用该方法，共得到四个一级原因和17条二级原因，见图1。

图1 BIM落地难原因思维导图

2.1 施工企业BIM人员匮乏

BIM人员匮乏的主要因素有：①BIM人员数量不够；②BIM人员业务深度不够；③项目人员BIM应用意识有待培养。

2.2 项目管理未能与时俱进

项目管理未能与时俱进的主要因素有：①BIM管理模式未能因地制宜；②传统管理未能融合新技术；③专业分包BIM水平落后。

2.3 未能把握应用价值点

未能准确把握落地应用价值点：①未对施工各阶段BIM应用价值点做充分分析；②BIM应用点和项目需求点不符。

2.4 现有BIM工具受限

现有BIM工具限制的主要因素有：①单项建模软件无法单独完成复杂的建模；②需要根据项目特征和实际需要选择合适软件。

3 BIM落地难解决方式

3.1 项目管理应与时俱进

3.1.1 项目管理融合BIM技术

BIM技术作为一种管理手段，能发挥更详实全面的数据采集能力，融合智慧工地系统，更简单高效的智慧管理指挥能力，进一步提升项目管理效能。如：门禁系统，人员机械定位系统，物料跟踪验收系统，进度管控系统，质量巡查系统，安全巡查系统，群塔作业监控系统，视频监控系统，BIM协同资料管理系统。高效搜集现场数据，将数据信息模型化和模型自动化，达成项目整体目标执行可视化，实现基于生产要素的现场指挥调度，做到基于BIM技术的项目协同管理。[4]

BIM数据协同管理系统，在项目协作平台中完整保存了每一个版本模型文件，所有变更版本可追溯。通过协作平台的权限控制机制，项目参与各方登陆协作平台即可受控地访问到所需的模型文件。如图2为某项目的协同作业平台，使用协作系统各项目参与方可根据需要，随时调取模型文件。

图2 BIM协同管理平台

进度管控系统，通过BIM5D，完成项目进度计划的模拟和资源曲线的查看，直观清晰，方便相关人员进行项目进度计划的优化，和资源调配的优化。将日常的施工任务与BIM模型挂接，建立基于流水段的现场任务精细管理。通过进度对比和后台配置，平台可显示红色进度滞后段，推送相关相关任务给负责工长，工长看到模型滞后，采取措施，人材机调配。同时工作的完成情况也通过移动端反馈至后台，建立实际进度报告。[6]（图3）

图3 BIM 5D进度管控系统

3.1.2 因地制宜选择BIM应用管理模式

目前，部分施工企业项目在自有BIM人员不足的情况下，BIM应用多采用“外包+管理”模式，即：实操部分外包专业队伍，自身对BIM过程进行监督管理，并加用于工程。这种模式能部分满足项目BIM需求，但往往项目结束了，施工企业即没培养出BIM人才，也没能留住BIM技术。因此，应逐步向BIM自施方向改进。[8]

①第一阶段内逐步由“外包+管理”模式向“部分外包+部分自施+管理”模式转变，并且要在此期间完成对公司全部项目管理类人员的BIM基础知识宣贯。

②第二阶段进入“自施+管理”模式，即：施工企业由自己管理人员进行实操并统筹BIM管理。在该模式的发展中，我们要让除BIM专业人员的其他“用模”人员逐渐的参与进去。在第二阶段内平台层建立BIM中心，自有的BIM工程师团队具备向项目输出模型的能力，与项目上的建模、用模人员协同完成BIM工作。BIM工作重心放在平台层，能减少外派人员数量，降低成本。

③该阶段应该说是施工企业BIM最成熟阶段了，它要达到“全员BIM”模式，即：应用BIM的项目中，“建模”和“用模”人员占一线管理人员率为100%，基本达到BIM代替CAD。

BIM技术成为公司发展优势，全面实现阶段。平台层BIM中心团队发挥主要的管理和建模功能，在项目BIM小组的响应配合下，完成大型复杂项目的BIM工作。此阶段建立了完备的公司BIM技术标准，应用适合公司的管理标准，实现BIM产品化，BIM技术输出型公司。

3.2 人才建设

3.2.1 BIM普及培训

项目是BIM应用的载体，人才是BIM落地应用的执行者，提高BIM应用人员的数量和质量，是促进BIM落地应用的重要措施。

量变引起质变，进行全员BIM学习，提高BIM技术普及率，让所有人员都对BIM理论、软件认知、基本操作等有初步的掌握。在全员培训的基础上，选取关键岗位，如专职BIM人员、技术人员等，再进行专业培训，增加具备BIM实战能力的人员数量，夯实对BIM应用人员需求的基础。

根据项目对人员BIM能力需求的不同，将BIM人员分为两类：建模人员、用模人员。建模人员为专职BIM人员、现场技术人员，建模人员应能熟练掌握各项BIM技术，用模人员应能够熟练利用BIM成果指导施工生产。[1]

3.2.2 提升专职BIM人员业务水平

在现阶段，专职BIM人员的水平高低，直接影响到项目BIM能否落地应用。

一是BIM软件操作要熟练、工作效率要高，如果完成一件工作，利用BIM地效率没有CAD高，BIM应用将失去动力。

二是BIM人员要具备一定的施工经验，否则，BIM工作难免会与施工应用脱节。

三是BIM技术还在不断发展之中，新软件、新技术层出不穷，因此需要BIM人员具备持续学习的能力。

3.2.3 BIM应用意识培养

以点带面。通过典型工程、人员示范，让更多的项目、员工看到BIM应用所产生的价值，主动学习、掌握、应用BIM。

3.3 多BIM软件组合应用

3.3.1 BIM建模、模拟软件相结合

目前还没有哪个BIM软件，能够一下解决所有BIM问题，所以完成一个完整流程的BIM工作需要多软件配合完成。尤其是对于不同业务的施工企业，若所承接工程种类较多，不仅涵盖房建、市政、港口、隧道。综合考虑性价比、数据兼容性、未来应用发展空间等因素，结合以往工程实际应用效果，确定以Autodesk系列产品为主，辅以其他专业软件，筛选、编制了BIM软件工具集，以便低成本、高效率完成BIM工作，同时也给后期BIM学习者指明方向，免走弯路。

3.3.2 BIM+信息一体化数字平台展望

施工企业在拥有较好的项目管理软件PU应用基础，但这些项目管理PU软件系统没有BIM可视化、智能工地等功能，将BIM智慧平台与PU项目管理系统打通，能够实现BIM模型与即有PU系统数据的共享、联动，减少重复工作，最终实现“表单信息化、信息模型化、模型自动化”。

3.4 应用价值点分析

本文施工阶段可应用的价值点分为了6个部分：虚拟建造，管综排布，细部模拟，三维数字扫描技术，数字工地和优化商务成本等六个方面。各类型项目根据需要选择合适的应用价值点，最大程度优化项目管理和项目施工。

3.4.1 虚拟建造

3.4.1.1 虚拟建造对进度管理

传统进度管理较容易出问题，当出现设计缺陷，进度计划不合理，现场人员素质影响，参加方的沟通不畅，施工环境影响等问题时，均会影响进度管理。虽然工程项目前期会对传统进度计划进行优化，但是有些缺陷只能施工阶段才能暴露出来，这个时候虚拟建造的重要性就凸显出来了。[7]

BIM模型和时间软件（project）集成。通过BIM技术与虚拟建造技术结合可以在现场动工前对施工全过程进行模拟施工，编制完成合理的建设项目进度计划，实现计算机4D模拟仿真，进一步合理优化工期；对关键的施工过程进行模拟仿真以分析施工方案是否可行，达到控制进度目的；可以输出可视化的施工计划进度和施工现场实际形象进度等能大幅提高建设项目的实施效果和现场管理效率。

3.4.1.2 虚拟建造对成本管控作用

虚拟建造把BIM模型和成本软件（广联达）的数据集成，让业主及团队能利用三维的直观优势，可以按月、周、天看到项目的施工进度和成本，并根据现场情况进行实时调整，做到人，物，财处于最低状态。[5]（图4）

图4 BIM5D-项目BIM模型与成本软件相集成

3.4.2 BIM在管综排布中的应用

碰撞检查是指寻找与图纸和报告中在工程项目中不同部分之间的冲突，重点在施工建造之前的图纸会审阶段。碰撞可分为硬碰撞和软碰撞两种，硬碰撞指实体与实体之间交叉碰撞，软碰撞指实体间实际并没有碰撞，但间距和空间无法满足相关施工要求。目前BIM的碰撞检查应用主要集中在硬碰撞。通常碰撞问题出现最多的是安装作业中的各专业的管线之间、管线和建筑结构工程之间的碰撞以及建筑结构工程之间的碰撞。[9]

3.4.3 细部节点模拟

项目施工过程，细部节点把握尤为重要。细节决定成败。例如：钢结构螺栓孔尺寸偏差5mm可能导致整个构件报废；构件尺寸比预留孔大1mm导致无法穿过，造成返场处理。工程实施前完成钢结构BIM模型，并对个构件细部进行详细分析并建立BIM模型，预判施工控制重难点，优化设计、施工方案。例如香港机场项目在施工前完成“树杈柱-主桁架”结构细节模型，细化构件间连接配件，根据模型准确设计构件加工尺寸，可以在工厂加工制造期间，利用模型进行复核完成构件的效果。

3.4.4 三维扫描虚实对比

三维扫描需要实现建筑构件的实物虚拟化，这一过程需要使用精准的仪器设备，目前可以直接利用的设备包括全站仪、三坐标检测仪、激光扫描仪等。例如：已完工混凝土结构、深基坑等现场三维扫描，提前发现施工误差。结合初始BIM模型，对点云处理，形成点云模型，逆向建模，对比实体结构，可精准发现深基坑基坑位移，土石方工程量变化，输出实测实量数据，保证数据的真实客观，并将精准的数据带到现场工地，实现数字化和智能化，从而提高工作效率和精度。

图5 三维激光扫描形成点云数据

3.4.5 数字工地

施工过程利用数字化技术，不仅可以节省劳动力资源，让施工工序更加精确化、机械化；还能够对已完成部分进行质量复核。安装有数字化施工系统的工程机械通过接收卫星与GNSS基站差分信号，实现自身精准定位，并通过网络将机械行驶轨迹等位置信息和施工过程中各传感器记录的信息传输到数字化施工数据管理平台，通过平台实时获取施工过程数据，并进行分析与管理。

图6 数字化工地技术

3.4.6 BIM复制商务优化成本

在商务工作中，BIM在工程计量中发挥了验证校对的作用，并可以在材料流转等环节进行监控，从而控制并优化成本。通过已建立的BIM模型，获取分部分项工程的单个工程量，不需要使用其他计量软件，再次进行二次建模导出工程量。BIM模型计量一方面帮助施工方避免了人工算量出现的误差，另一方面又可以依照分部分项，分区域进行校验，同时可以再校验的过程中，查漏补缺。

4 结语

经过某建筑企业BIM落地援外项目的实践，本文总结出一些关键经验以供参考，结论如下：

①BIM在施工企业落地的解决方式中，项目管理融入BIM技术是最重要的解决方式，最大效率的提高管理效率，降低管理成本，优化施工进度从而高项目管理透明度。

②施工企业可根据项目需要，选择合适的BIM应用价值点，应用在不同的价值点在不同的项目上，虚拟建造可用于施工场地局限，施工质量要求很高的项目。

③三维扫描技术与数字工地平台的结合应用，项目级BIM落地有着重要作用。