BIM施工管理平台研发与应用

毕艳， 王洋， 罗龙， 宋冬泽， 陈宇飞， 徐蚨田， 刘务杰， 迟元诚

（1. 中国建筑股份有限公司技术中心；2. 中建工程产业技术研究院有限公司；3. 中建科工集团有限公司；4. 中国建筑第四工程局有限公司；5. 青岛温泉建设集团有限公司；6. 山东中建城市发展有限公司；7. 青岛和众建筑有限公司）

1 引言

建筑行业普遍面临生产效率低、耗能高、资源浪费严重[1]、信息数据共享不足，管理决策效能不够、安全生产事故频发等问题，对建筑行业而言，数字建造、智慧建造在建筑业由“粗放型发展”向“精细化发展”转型过程中显得格外重要[2]。数字化和信息化技术的应用有助于推动建造方式变革，促进建筑产业提质增效，提升建筑业科技创新能力[3-5]。本文充分利用计算机、物联网、互联网、BIM 和GIS 等先进技术，开发BIM 施工管理平台，进行施工方案模拟，对施工技术、进度、质量、安全、成本、物料等实施有效地监测并作出智能响应，这不仅对安全文明施工意义重大，也有助于提升施工效率和质量管理的精细度，保障施工质量。

2 BIM施工管理平台构思与开发

2.1 平台构思

BIM施工管理平台是基于IPC数据标准的BIM云族管理系统（见图1），本系统以BIM+物联网为基础，融合了WEBGL+BIM+GIS+IOT 等技术，可对项目开发管理涉及的工程进度、安全、质量、技术、物料、成本及现场监测数据进行可视化展示，以供施工管理人员决策及日常辅助管理使用。平台以GIS为基本构架，通过优化数据管理模式，达到可承载全球项目数据的超大体量数据管理能力。此外，该平台以BIM为核心进行精细化、智慧化项目管理，将BIM模型与现场技术、生产、质量、安全等非几何数据链接，结合基于5G 的工地物联网，全面低延时监管现场实时数据，形成基于Web端、PC端、手机端及云平台的三端一云项目管理模式。

图1 BIM施工管理平台

2.2 技术架构

BIM施工管理平台的技术架构主要包括数据资源层、应用支撑层、流程管理层、综合应用层和决策支持层。通过这几个层的连接来保障数据资源得以有效管理和保障信息安全。数据资源层包括业务信息库、基础信息库和主题分析库。其中业务信息库集成了成本管理、质量管理、安全管理、物资管理、计划进度、计量支付、施工工艺等信息，基础信息库集成了建设项目、企业、从业人员、工程划分等信息。应用支撑层包括BIM 管理平台、三维GIS 平台和数据库管理系统。流程管理层包括对数据、服务、流程、共享交换方式、管理体系维护以及系统安全的管理。综合应用层基于GIS+BIM 应用系统和物联网系统，可实现对项目和施工安全的管理。决策支持层具有风险预警提示、项目决策、综合审批和查询等功能。

2.3 功能架构

BIM 施工管理平台功能包括技术管理、生产管理、质量管理、安全管理、成本管理、物料管理和人员管理，此外，平台还具有三维模型交互功能。BIM施工管理平台分为Web 端和手机端，Web 端具有高级管理权限，移动端则主要用来进行各种管理信息的录入和查看，方便管理人员进行随时随地的现场管理。

2.3.1 技术管理

技术管理主要围绕对项目中图纸、方案、视频等技术资料进行管理，提供有图纸管理、方案管理、资料管理、策划管理、安全加密、协同办公等各种应用，各功能间相互关联，全程无缝管理，可实现高效协同办公。此外，支持文件挂接至模型、支持文档在线预览、多媒体在线播放、CAD图纸预览等。

2.3.2 进度管理

生产管理具有施工进度日志管理和进度排名查看功能，可以根据工种和所属部门分类提交日志，提供日志查询、统计、汇总等功能，支持进度表导入，可查看年计划、月计划、周计划，并支持编辑修改。此外，包含施工计划模块，可管理的信息包含任务状态、偏差天数、开始时间、完成时间、工期、责任人、分包单位等。

2.3.3 质量管理

质量管理包括质量管理标准库、质量交底、质量创优以及质量控制、巡检和验收。可以进行质量标准信息汇总、基于移动端的质量问题巡检、配合项目进行隐蔽工程验收、质量技术问题交底、质量控制内容全记录以及质量创优资料保存。相关的资料以网盘形式存储，支持用户自定义目录。此外，资料（如巡检记录）可与模型及分区分项工程挂接，以及可以在移动端和电脑端之间进行共享。

2.3.4 安全管理

安全管理包含安全监控、安全巡视、安全信息、安全施工、危险识别等功能。通过接入现场视频监控、监测设备等信息进行安全监控、危险源识别与标注；配合移动端，可以进行安全问题巡察整改。此外，分类存储有各工种安全施工指南。

2.3.5 成本管理

成本管理分为工程量建模、工程量统计、成本控制和成本分析几个功能模块。工程量建模可以基于BIM 属性信息，结合模型分区和施工进度信息生成并导出工程量表。工程量统计可记录并上传孔桩、锚杆等物料每天施工用量及编号、信息可推送给相关责任人，系统可根据时间及数量以多种图表、曲线等形式展示实际工作进度。成本控制可提供施工阶段成本数据录入功能，并将成本数据与施工组织计划数据相匹配。成本分析可按施工步骤、月份和季度显示人、材、机需求量及相应资金需求，并绘制资源需求图表。

2.3.6 物资管理

物资管理包含物资需求计划、物资领用计划、材料验收、材料报表计划、废料管理、预制构件管理几个部分。物资计划管理基于分区、分部、分项BIM工程信息，可与统计好的实际用料情况自动对比节超问题。功能还包含移动端或PC 端上传材料验收照片，材料验收入库，统计入库时间、种类、数量；材料出库时与模型挂钩；统计出库时间、种类、数量。可通过物料管理制定每月物资领用计划、记录时间、物品、型号等信息，并通过多字段对记录进行查询统计，也可以提交日/周物资需求计划（种类、数量、需求时间、审批人选择等）。通过智能地磅数据传输及人工上传等方式，统计废料出入数量等相关信息，可按类别生成日、周、月等报表，做到物料数据闭合及分析。

2.3.7 人员管理

人员管理包括人员实名制管理、权限管理和角色管理。其中权限管理包括对用户基本信息、部门信息、权限信息、角色信息的管理，可根据部门和岗位的不同，授予用户不同的权限，在实现数据共享的同时保障数据安全。

2.3.8 设备管理

设备管理可实现对现场的智能设备（环境监测、劳务实名制、车辆管理、智能地磅等智能设备）进行管理，支持融入三维模型直观显示，并可查看平台各设备的运行状态、报警信息、实时数据信息等。

2.3.9 三维模型交互

三维模型交互功能包含量测、属性查询、分区管理、试点管理和场地布置。三维模型交互基于BIM+GIS，可更方便进行项目管理，以不同视角查看项目的情况。基于BIM，提供了图纸、方案、资料挂接的功能，可提高各部门沟通协作的效率。此外，还提供了一系列对BIM 模型进行操作的功能，包括飞行路径、路径漫游、场景漫游、视点管理、双屏对比、GPS查看等。

3 BIM施工管理平台应用案例

3.1 广州恒大新足球场项目介绍

广州恒大新足球场项目位于广州市番禺区钟村，距离广州南站2.6km，占地约15 万m2，总建筑面积49.38 万m2，是广州足球俱乐部的主场，设计容纳10 万名观众，超过了西班牙巴塞罗那队主场诺坎普足球场9.8万人的规模，建成后将成为世界最大的顶级专业足球场。为了更好地对恒大新足球场项目进行管理，我们开发了BIM施工管理平台（见图2）。

图2 恒大新足球场BIM施工管理平台主界面

3.2 BIM技术应用

3.2.1 BIM施工方案模拟

在施工阶段，依据项目现场需求，对BIM模型局部进行深化，建立临时设施模型，模拟现场临建布置方案并制作讲解视频。针对工程重、难点施工区域，绘制节点BIM模型，进行施工方案模拟，比如模拟墙体模架支设（见图3a）、上人马道搭设（见图3b）等过程。通过施工方案模拟，可实现三维动态可视化交底，有助于工人更好地理解现场施工方案，提高方案交底的信息传递效果。

图3 BIM施工方案模拟

3.2.2 模型碰撞检查和专业深化设计

工程项目中各专业（结构、暖通、消防、给排水、电气桥架等）管线相互交叉，对各不同专业的BIM模型进行汇总，并进行详细的碰撞检查（见图4），进一步检查设计图纸中问题，可提前解决各专业间的协同问题，比如管线与管线之间的交叉碰撞问题，以及实际并没有碰撞，但间距无法满足相关施工要求（安装、维修等）的问题。碰撞检查有助于减少返工，缩短工期，节约成本。

图4 BIM模型碰撞检查

利用BIM 技术辅助钢结构深化设计（见图5），进行施工效果预览和错漏碰缺检查，可提高工作效率，减少碰撞情况，也可以防止专业分包管理缺失时可能对工程造成不必要的损失，有助于加强专业分包管理。

图5 BIM技术辅助钢结构深化设计

3.3 技术管理

BIM施工管理平台集成的技术管理功能可实现对图纸、资料和试验的管理，以及进行三维交底。

3.3.1 图纸管理

BIM施工管理平台在技术管理中集成了图纸管理模块（见图6），可实现图纸清单、图纸预览、图纸下载、BIM模型挂接、会审单上传、线上会审等功能。

图6 图纸管理

3.3.2 资料管理

在BIM施工管理平台上以网盘形式对资料进行存储和管理（见图7），通过对文档的及时更新，保证项目管理人员在登录平台时能够获取最新或最终版本资料，确保项目实施过程中技术资料管理的统一性，避免资料版本混乱的现象。

图7 资料管理

3.3.3 试验管理

通过试验管理对标养室的温度、湿度及试验表单进行管理和查看（见图8），可实时监测标养室设备获取的标样参数，确保试验条件满足要求。

图8 试验管理

3.3.4 三维交底

通过BIM施工管理平台三维交底模块对施工技术人员进行技术交底，交底方式为以文档、三维模型和视频的形式模拟施工场景，同时介绍施工工艺及注意要点（见图9）。

图9 三维交底

3.4 进度管理

BIM 施工管理平台集成了进度管理模块（见图10），可对任务名称、任务状态、偏差天数、计划开始时间、计划完成时间、计划工期、实际开始时间、实际完成时间、责任人、分包单位等内容进行集成管理。

图10 进度管理

在项目施工现场应用了无人机航拍跟踪现场施工进度（见图11）。根据项目情况每周选取固定机位拍摄多张4K 高清大图，以及对特殊情景进行拍摄。对比不同时间拍摄的照片，以及与BIM 三维模型进行对照，从而记录项目的建造历程。拍摄的照片保存于本地服务器和智能建造管理云平台，且在大屏进行实时展示。

图11 无人机航拍

3.5 质量管理

3.5.1 质量巡检

在BIM 施工管理平台中，质量巡检用于记录巡检中发现的问题，包含质量问题的类型、问题状态、处理单位以及有质量问题的图片和视频等信息，并对信息进行汇聚、存储、分析，最终实现信息统计、数据查询及预警等功能（见图12）。

图12 质量巡检

3.5.2 质量验收

在BIM施工管理平台中以网盘形式对质量验收资料进行管理，可以分类型、分部位建立质量验收文档（见图13），方便管理人员查看。

图13 质量验收

4 结语

建筑业数字化转型升级，是行业可持续发展的必然选择。本研究基于BIM、GIS、大数据、物联网、云平台及互联网+技术开发了BIM 施工管理平台，助力实现建筑工地的数字化、智慧化和精细化管理。结合广州恒大足球场项目，通过在项目中应用该平台，提高了建模效率和准确性，实现了施工过程动态监控、安全管理、信息共享及技术全面交底，提升了施工效率和质量管理的精细度，取得了很好的经济和社会效益，平台值得在更多工程项目中进行推广应用。