BIM技术在智慧建筑工地管理框架设计中的应用研究

程知远， 陈 朔， 张嘉宝， 马毅鸣

(中交第三公路工程局有限公司建筑工程分公司，北京 100020)

0 引 言

近年来，我国建筑行业虽然发展速度比较快，但是该行业管理比较粗放，并且存在劳动密集特点，导致建筑管理效率很难得以提升，目前建筑行业发展已经进入瓶颈期[1]。信息化的产生，为建筑行业发展开辟了新的通道，利用信息化技术构建建筑模型，对建筑方案实施可行性进行模拟分析，使得建筑建设管理迈向了更高台阶[2]。智慧建设理论作为此时代背景下的代表性产物，综合考虑现场施工的各项管理需求，创建更为成熟的管理体系，目前此方面的研究尚不成熟，本文尝试选择BIM技术作为辅助工具，提出智慧建筑工地管理框架设计研究。

1 智慧建筑工地管理

智慧建筑建设指的是运用一系列先进的技术方法，引入全生命周期理论，分别对建筑项目实施各个环节采取精细化管理，从功能层面体现智慧性[3]。智慧工地的提出，建立在智慧建设的基础上，为了提高施工效率，更加全面地掌握施工信息，利用虚拟技术，建立建筑施工模型，对施工方案可靠性进行判断[4]。与此同时，借助互联网平台，及时传送现场施工情况信息，为现场施工管理和施工变更提供时效性较高的信息，打造多维信息体系。BIM作为一种建设施工管理技术，支持管理体系的构建和施工模拟分析，能够为建筑项目量身打造一套可靠性较高的施工方案[5]。目前，BIM技术已经成为建筑建设管理重要工具，如何充分利用此项技术，设计智慧建设工地管理方案有待深入探究[6]。

2 基于BIM技术的智慧建筑工地管理框架设计

2.1 智慧建筑工地管理总体架构

本设计方案按照可持续性、智慧性、集成性作为智慧建设原则，将项目运行过程管理和建设管理作为重点研究内容，分析项目全生命周期内每一个层级管理需求，从而打造更为精准化的管理体系。为了提高建筑工地管理实时性、精准性，本研究在BIM平台上开发多项功能，尝试从施工精度、施工工序、施工进度3个角度出发，创建子功能体系，从而形成完整的智慧建筑工地管理架构。如图1所示为智慧建筑工地管理总体架构。

图1 智慧建筑工地管理总体架构

图1中，将管理架构拆分为3部分，分别为开放式VR/AR施工精度子系统、动态施工工序子系统、施工进度子系统。其中，施工精度的管理，以开放式VR系统作为管理辅助工具，模拟施工进度、建筑建设体系等，运用视觉识别技术挖掘问题。施工工序的管理，引入动态管理技术，分别对每一个施工环节的施工内容进行分析，将与现场施工相矛盾的工序进行动态调整。施工进度的管理，以进度计划为依据，通过构建实时进度管理体系，捕捉现场施工信息，运用信息整合技术，识别施工进度缺陷。

2.2 智慧建筑工地管理功能设计

2.2.1 施工精度控制功能

运用虚拟技术、传感技术、扫描技术，更为全面地获取现场施工信息，将此部分信息输入开放式VR系统，利用该系统检测建筑施工碰撞情况，同时模拟施工进度，构建虚拟建造模型。与以往设计不同的是，本文提出的施工精度控制功能，在虚拟环境的营造上，设定追踪对象，同时引入射频识别技术，扫描相关信息，这部分实体信息将作为虚拟环境打造的支撑。关于AR系统的打造，利用射频识别技术和3D扫描技术，获取建筑施工基本信息，创建真实环境，作为AR系统运行环境。该系统在施工精细化管理中的应用，根据真实环境反映问题，引入视觉识别技术，识别工程缺陷。针对这些缺陷，结合工程实际情况，对施工方案进行调整，加强施工管理，从而使得施工精度得以提升。

2.2.2 动态施工工序管理功能

由于建筑施工环境较为复杂，施工过程中容易受到多种因素影响，导致接下来的施工工作很难顺利实施。为了保证施工工序得以正常，需要针对施工期间遇到问题，立即采取处理，调整施工工序，与施工精度子系统共同作业，打造实时动态化管理体系。

关于动态施工工序的管理，利用建筑模型中的变量分析问题，观察某变量发生改变时，其他变量的变化情况，根据变量发生的变化情况，采取相应管理措施，以保证工序的正常推行。本文以建筑的主体工程为例，设计动态施工工序管理功能模块。该模块以特定工序作为管理对象，用Petri网有限位置集来表示，记为P，以T描述工序中的变迁情况。其中，子系统中涉及的主要变量包括混凝土供应量、支模工人数量、钢筋工人数量、人工作业天数等。如果其中某个变量发生变化，观察其他变量是否也发生了变化。利用Petri-Net动态施工工序子系统，模拟这些变量变化后的工序执行情况，通过判断工序合理性，挖掘需要改进的问题。针对这些问题，尝试对施工工序内容做出调整，采取模拟分析的方式，检验调整后的方案是否满足工序合理性要求。如果满足要求，则按照调整后的工序实施，反之，继续调整工序内容，直至模拟结果显示“通过审核”即可。

2.2.3 施工进度控制功能

施工进度控制是保证工程按期交工的关键，传统的进度控制方法是在工程计划阶段，根据各个阶段的施工需求，综合分析各项影响因素，预测延误工期事件，拟定一些施工进度控制方法。这种控制方法虽然能够解决部分施工进度延缓问题，但是缺少事件动态处理性能，对于现场反馈的信息，未能及时分析并加以处理，而是按照原计划的情景问题处理方法，应对现场施工问题，对于施工进度的控制帮助不是很大。

本研究引入BIM技术，构建信息模型和建筑实体，采用逆向信息捕捉方法，获取施工对象实体、工地平面状态、实际进度相关信息，在实时进度管理体系的作用下，对这些信息加以分析，并生成相应管理方法，从而实现智慧工地管理。为了实现智慧工地施工进度管理功能，本设计方案将施工进度管理子系统拆分为4个层次，分别为感知层、传输层、应用层、控制层，构建如图2所示的施工进度控制子系统。

图2 施工进度控制子系统

感知层：该层设计，采用信息捕捉技术、三维扫描技术、GPS技术、BIM技术、RFID技术，搭建信息捕捉体系，布设在施工现场，获取相关信息，而后将其发送至传输层。

传输层：选择移动通信设备与技术作为开发工具，包括智能手机、PAD、UWB、LAN装置，搭建信息传输桥梁，按照装置的通信协议，将感知层采集到的信息发送至应用层。

应用层：该层次主要负责整合数据，采用数据挖掘技术，结合移动计算结果，判断当前施工工序是否存在问题，并生成判断结果。

控制层：根据应用层的判断结果，从施工组织、现场管理、活动安排3个角度出发，对施工进度进行管理。

3 应用评价分析

3.1 评价模型的构建

为了检验本文提出的智慧建筑工地管理方案是否可靠，本文构建了评价体系，分别对架构中每一个子系统功能的可靠性进行检验，评价体系指标设计见表1。

表1 智慧建筑工地管理评价体系

3.2 应用效果评价分析

本文以某建筑建设工程为例，运用智慧建筑工地管理体系，对房屋建设施工进行精细化管理。本研究严格按照建筑施工标准，对建筑施工管理效果进行评价，对二级指标完成情况进行打分，满分为10分。采用加权计算方法，分别对各项指标进行打分。如果单项评分在8.5分以上，且综合得分在9分以上，则认为本管理体系符合智慧工地管理要求。

评价打分结果显示：精准控制状况9.2分，施工缺陷识别9.5分，施工有序性9.5分，施工工序动态调度9.3分，施工组织9.4分，现场管理9.6分，现场活动进度控制9.5分。采用加权计算方法，得到综合评分为9.408分。该评分结果符合智慧工地管理要求，可以作为智慧建筑工地管理工具。

4 结束语

本文围绕建筑工地管理问题展开探究，利用BIM技术，搭建智慧建筑工地管理架构。该架构以施工精度控制、动态施工工序管理、施工进度控制作为管理指标，运用信息捕捉技术、移动通信技术等，设计各个功能模块，对现场施工问题展开动态分析，拟定相应管理方案，调整施工工序及现场作业方案。应用评价结果显示，本文构建的管理体系能够体现智慧化管理价值，可以作为建筑工地管理工具。