BIM技术在市政工程施工管理中的应用研究

董鹏飞

通号工程局集团城建工程有限公司 山西 太原 030000

引言

大型市政工程具有点多面广﹑专业分项多﹑工程总占地面积大﹑施工分散﹑工程量大﹑工期紧等特点，同时需与城市景观相协调，营造美好环境，为此对市政构筑物的施工建造提出了更高要求。

1 市政工程施工特点

市政工程通常指与城镇生活配套的各种公共基础设施工程，是一个城市生存和发展必不可少的物质基础。与市政工程相比，市政工程最大的特点是施工环境复杂，施工现场通常以线状和网状遍布城市的各个角落，除道路桥梁工程外，还有众多地下管线和地下建（构）筑物，加上露天作业居多，受自然因素影响概率较高，市政工程施工的不确定因素较多，稍有意外便会影响工程建设的顺利进行[1]。此外，市政工程往往还面临施工场地狭小﹑动迁量大﹑影响交通﹑工程进度难以控制等挑战；而市政工程往往又是政府投资的工程，工程准备期一般较短，极易造成施工计划不周密甚至违反常规；市政工程还具有一个项目涵盖多个专业的特点，因此其设计﹑施工都会涉及众多专业领域的作业交叉﹑碰撞﹑协调等问题，对施工企业在管理和技术水平方面提出了更高的标准，要求施工企业必须重视施工技术和管理方法现代化更新，及时掌握最新技术，优化质量﹑安全﹑进度和成本等方面的全面控制方法，以企业的高水平综合实力完成高质量工程产品。

2 BlM技术在市政工程管理中的应用

2.1 BIM技术在设计管理过程中的应用

设计是市政工程的初始阶段，应用BIM技术能够为该阶段的管理提供支持，通过BIM技术能够将勘测﹑地基建设﹑挖方以及审核等方面的施工情况直接呈现给管理人员，模拟各个阶段施工，帮助制定工程工期，还可以帮助管理人员结合不同施工阶段整理所需的材料及相关资源等。另外，应用BIM技术的模拟设计功能，能够更好地分析图纸设计存在的不足，及时进行完善。比如应用BIM技术构建图示数据，通过模拟运算测试重点结构的连接情况。通过这种方式可提前排除工程中的安全隐患，保障市政工程建设安全，降低工程风险。

2.2 虚拟施工

虚拟施工是基于虚拟现实技术和仿真内力分析计算技术对施工方案的整个过程进行模拟和优化，具有先试后建﹑避免返工﹑节约成本等特点。BIM模型的建立是虚拟施工技术实施的关键，国内外学者对建立BIM模型进行了许多优化研究，还提出将智能优化算法与模型相结合的策略，为市政工程中虚拟施工的应用提供一定的理论支撑。除了对BIM模型优化与虚拟施工进行研究以外，国内学者和各大建设单位都在致力于将BIM技术应用在不同实际工程中，但真正应用虚拟施工技术的市政工程项目还相对较少，主要集中在道路桥梁方面。

2.3 施工进度管理

相比于传统的工程项目进度管理软件，通过在BIM模型中增添时间维度的方式实现了项目施工进度的仿真模拟，使得施工进度管理迈出了革命性的一步。该方法有利于施工人员实时了解项目的进展，动态合理分配必要资源，提高建设项目管理的科学性和准确性[2]。同时，把施工计划与实际施工进度相比较，以分析进度情况，为后续的进度管理提供指导意见，防止工期延误。自Tulke在2007年提出使用BIM模型对施工进度进行管理的建议后，国内外众多学者从施工进度管理理论基础和应用研究2个角度出发对基于BIM技术的施工进度研究进行了全面探索。也有很多学者将基于BIM技术的施工进度管理应用在不同的实际市政工程中，如欧阳业伟等提出基于BIM的地铁工程项目进度管理方法，并提供了4D虚拟施工技术和图形化的进度管理，将施工进度可视化以及碰撞检测的实现方法与工程实践相结合。

2.4 任务管理

任务管理功能主要是上级给下级布置任务，并且可以和模型构件进行关联，指定任务的完成时间。通过任务管理，可以对项目内容进行逐层分解，最终可得到任务最小可执行单元的项目计划，包括具体的工作内容﹑资源分配﹑进度安排﹑人员安排以及物料需求等。任务管理模块可使项目进展情况一目了然，使其随时处于监控状态，并可进行调整。对已经建好的任务可以在任务查询中进行快速查询和汇总，同时也可根据任务本身的类型﹑状态进行分类统计，方便了管理。在任务详情页面，可根据当前任务情况添加过程记录，并对任务进行审批﹑转交﹑关闭﹑删除及导出等操作。

2.5 BIM技术在地形勘察管理中的应用

市政工程涉及城市内部的重新规划，在工程开展前需进行地形勘察，为工程设计及施工方案等的制定提供参考。通过地形勘察了解市政工程地形状况，结合地形状况开展项目可行性研究[3]。但传统勘察方式的人工消耗量较大，需通过人工进行地形及地质等的测绘及勘探。这不仅增加了人力成本，还会受到地形的限制，若地形复杂，很难保障地形勘察的准确性，而BIM技术的应用则可以有效避免这些问题。通过无人机采样，将地标高程数据导入BIM软件中，借助BIM软件实现地形的模拟，使地形勘察更加便捷，数据信息更加精确。

2.6 施工质量与安全管理

利用BIM技术构建的三维信息模型来预知项目在施工过程中潜在的安全质量问题已然成为市政工程行业的研究热点。BIM模型还可以用于仿真模拟市政工程项目中关键节点的施工过程，从而论证施工组织方案的可行性，将很大程度上避免了施工过程中的质量安全隐患。市政工程质量安全管理中应用BIM技术的相关研究成果和实际工程案例较少，仅局限于工程领域的安全信息化管理的基础研究，绝大多数研究仅仅将信息化需求提出，未从施工安全管理现状出发提出加强工程安全管理中使用BIM技术﹑构建工程安全管理体系的要求。

2.7 优化配置施工资源，降低消耗

资源消耗是市政工程投资最大的环节，因此如何实现资源的优化配置非常关键，能够为市政工程带来更多经济效益[4]。基于 BIM 技术建立的三维模型，可以更加全面地可视化反映出市政工程实际情况，包含了施工技术的应用，各个项目的有效管理，包括施工中资源使用情况，从而实现优化配置的目标，避免不必要的消耗与浪费。另外BIM 技术具有自动化算量功能，能够仔细计算市政工程量，并提供准确的工程清单，作为采购原材料的重要依据和参考。同时 BIM 技术能够持续调整﹑完善施工计划，检验材料等资源的使用情况，并与工程量进行有效对比，查看是否存在偏差，这种动态控制的形式，有利于施工方案的随时调整﹑优化，全面提高资源优化配置。

2.8 基于BIM平台协同管理应用

依据项目建设规模与阶段，以及工作界面的划分﹑三维可视化及移动办公等需求，平台主要在市政项目工程中设计了会议管理﹑审批管理﹑信息预览﹑资料管理等及手机App客户端，对项目进度的整体利益进行分析。主要包括以下重要因素[5]：①对沟通效率进行优化；②提升文档管理协同性；③移动办公。各参与方可通过BIM建设管理平台的三维可视化获取市政项目工程信息，并及时解决出现的问题，所以BIM管理平台不仅做到信息共享，而且有效提升解决问题的效率。同样，BIM平台也可提供基础的OA管理，增加在线审批等移动办公功能，缩减审批流程，提高决策效率。市政工程建设过程中存在很多问题，主要为文档数量多﹑不集中﹑易丢失﹑筛选困难及文档权限未明确等难题。此次结合市政项目所出的BIM平台按照文件管理的要求对图纸模型﹑变更资料及各类文档文件进行统一划分与管理，为保障项目资料的流转和完整性，将BIM平台的管理权限进行分类设置，并对信息进行统一化管理，且在平台中展示。人员在现场的流动﹑对于设备的使用随处可见，从而大幅提升整个项目的移动办公效率。

2.9 BIM技术在资金管理中的应用[6]

①可借助BIM技术准确计算工程量，为资金投入提供参考依据。由于市政工程较为复杂，加之地势不均匀﹑施工现场不平整等，使得土方开挖和回填的工程量计算难度较大，采用人工计算的方式很容易出现误差。针对这一问题，可应用BIM技术展示地形图，结合地形图中展示的回填高度和方位等进行精确计算。通常工程量的计算都是通过套用公式计算，这种计算方式难以准确把控各项损耗，严重影响了成本管理的精确性。应用BIM技术实现精准建模，以模型为基础计算工程量，可以更好地保障计算的精确性，为资金管理提供有力的支撑。②由于市政工程资金周期较长，应用BIM技术可形成实际资金曲线，并与计划资金进行对比，可直接呈现资金的使用情况，更好地掌握资金结余以及亏损情况，同时BIM技术还可以分析资金使用情况﹑找出资金使用差异的原因。③管理人员借助BIM5D平台，可直接掌握实际机械台班与实际工日，且与计划相对比，帮助管理人员分析台班及工日浪费原因，这极大地提升了资金管理水平，减少了浪费现象。

3 BlM技术与无人机倾斜摄影技术的结合应用

智慧城市等综合性规划理念的提出对城市基础数据的要求越来越高，为了解决大量信息输入的需求问题，学者们通过无人机倾斜摄影技术快速﹑准确地获取环境信息，较好地弥补了BIM技术应用的短板。无人机倾斜摄影技术以辅助的形式并入到BIM平台获得了国内外学者和企业的重视。邱永详等将无人机+BIM配合的技术方案应用在四川省自贡市某基础设施建设项目中，全面探索了市政项目基于全过程咨询管理的高收益应用场景及其应用价值，节约了拆迁以及土方平衡费用近800万元[7]。另外，无人机倾斜摄影技术和BIM技术也被大量联合应用在市政道路设计和综合管廊工程中。该类工程涉及面广﹑考虑因素多﹑责任重大，常常发生与地下空间既有建（构）筑物相互冲突或与地面结构存在景观冲突的情况。因而充分利用无人机倾斜摄影技术的实景模型数据的优势，直观﹑快捷地检验设计方案与实际施工环境的匹配程度，为轨道交通科学合理的选线设计提供技术支持。除了上述提到的工程应用外，许多土石方工程因其工程量大﹑土方平衡难﹑施工条件复杂等特点，已经开始将BIM模型和无人机航拍得到的实际地理信息结合应用于土方平衡和土石方测量计算，大幅度提高了工效，综合效益显著。

4 结束语

综上所述，目前市政专业人才缺乏﹑软件技术投入不足﹑缺少市政软件﹑专业人才技能不足等问题严重影响BIM技术在市政工程中的广泛应用与推广。随着城市迅速发展，市政工程建设质量逐渐被重视，同时，因市政项目具有数量大﹑周期长﹑对周围环境影响大及施工组织复杂等特点，BIM技术符合市政工程项目需求，适合在市政基础设施项目中推行。