李祥進(jìn) 許 駿 劉 昭

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 管理學(xué)院，長(zhǎng)春 130012;2.建研科技股份有限公司，北京 100013)

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)——建筑業(yè)也發(fā)生了很大的變化，近幾年來(lái)建筑工程呈現(xiàn)規(guī)模不斷上升、技術(shù)難度越來(lái)越大、結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、管理難度與日俱增［1］等特點(diǎn)。不言而喻，在施工過(guò)程中以前的那些傳統(tǒng)的建筑項(xiàng)目管理模式已經(jīng)不太適應(yīng)新時(shí)期的建筑業(yè)的發(fā)展了，傳統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目管理模式已經(jīng)成為束縛建筑業(yè)發(fā)展的壁壘，我們急需一種新的建設(shè)項(xiàng)目管理模式來(lái)打破這種束縛，建筑信息模型(Building information modeling，BIM)就是順應(yīng)建筑業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的建設(shè)項(xiàng)目信息管理模式。BIM 技術(shù)本身所具有的可視、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化等特性可以很好地為施工階段提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。本文在已經(jīng)成熟的一些BIM 基礎(chǔ)上主要探討了:1)施工項(xiàng)目信息管理的意義;2)基于PKPM 施工管理平臺(tái)的3D 模型和project 橫道圖整合形成4D 模型的基本流程;3)基于4D 模型的施工虛擬建造及應(yīng)用［2］。

2 施工項(xiàng)目信息管理

2.1 施工項(xiàng)目信息管理的意義

信息指的是用口頭的方式、書面的方式或電子的方式傳輸(傳達(dá)、傳遞)的知識(shí)、新聞，或可靠的或不可靠的情報(bào)。聲音、文字、數(shù)字和圖像等都是信息表達(dá)的形式。建設(shè)工程項(xiàng)目的實(shí)施需要人力資源和物質(zhì)資源，我們應(yīng)該意識(shí)到信息也是項(xiàng)目實(shí)施的重要資源之一。

建設(shè)工程的項(xiàng)目信息貫穿項(xiàng)目的始末，從項(xiàng)目原料的采購(gòu)、項(xiàng)目施工到最終項(xiàng)目工程的建設(shè)完成，而且所涉及的范圍十分廣泛，施工中各項(xiàng)協(xié)助關(guān)系十分復(fù)雜由此產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)和信息。這些數(shù)據(jù)和信息形式多種多樣，來(lái)自建筑工程相關(guān)的各個(gè)部門涉及工程項(xiàng)目施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)。施工中進(jìn)行成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全和目標(biāo)控制都要依賴這些基本數(shù)據(jù)和信息，可以說(shuō)這些數(shù)據(jù)和信息是進(jìn)行以上活動(dòng)的基礎(chǔ)。建筑工程施工信息管理系統(tǒng)的建立，為建筑工程項(xiàng)目施工管理的各個(gè)環(huán)節(jié)提供了可靠的依據(jù)，保障著建筑工程施工管理的實(shí)施和發(fā)展。

2.2 施工項(xiàng)目信息管理的目的

項(xiàng)目信息管理是通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)、各項(xiàng)工作和各種數(shù)據(jù)的管理，使項(xiàng)目的信息能方便和有效地獲取、存儲(chǔ)、存檔、處理和交流。項(xiàng)目信息管理的目的旨在通過(guò)有效的項(xiàng)目信息傳輸?shù)慕M織和控制為項(xiàng)目建設(shè)和增值服務(wù)。

2.3 目前施工項(xiàng)目信息管理存在的問(wèn)題

在科技日益發(fā)展的今天，以計(jì)算機(jī)為主要載體來(lái)實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的科學(xué)化、規(guī)范化管理已經(jīng)成為主流，但是根據(jù)《全國(guó)施工企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告》得知全國(guó)施工企業(yè)已經(jīng)開展信息化建設(shè)工作的約為45.83% 成功實(shí)施企業(yè)信息化的企業(yè)約為4.62%，未開展信息化建設(shè)工作約占54.17%。其中，未開展信息化建設(shè)工作的特級(jí)企業(yè)占21.94%，一級(jí)企業(yè)占56.49%，二級(jí)企業(yè)占69.35%，三級(jí)企業(yè)占84.21%?？傮w來(lái)說(shuō)企業(yè)的建設(shè)應(yīng)用水平不高，信息化建設(shè)還停留一般事務(wù)處理和簡(jiǎn)單信息處理階段，不重視信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，基礎(chǔ)信息系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用還有很大差距，項(xiàng)目管理信息的集成協(xié)同仍然困難，“信息孤島”、資源不能共享、信息化建設(shè)綜合優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不出來(lái)的局面普遍存在，具體表現(xiàn)在:

1)基于二維CAD 圖紙的設(shè)計(jì)導(dǎo)致不同專業(yè)的“專業(yè)碰撞”普遍存在導(dǎo)致施工難度加大;

2)建設(shè)各方溝通困難導(dǎo)致項(xiàng)目各方的協(xié)調(diào)性嚴(yán)重不足導(dǎo)致工程項(xiàng)目管理成本不必要的增加;

3)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中信息的流失非常嚴(yán)重;

4)工程量計(jì)算的規(guī)則繁瑣、涉及面廣、工程量大導(dǎo)致工程造價(jià)發(fā)生偏差。

3 基于BIM 模型的施工項(xiàng)目信息管理

在對(duì)傳統(tǒng)的項(xiàng)目信息管理的分析中可以看出，目前的建設(shè)項(xiàng)目信息管理存在著圖紙?jiān)O(shè)計(jì)各自為陣，信息傳遞效率低、信息流失嚴(yán)重導(dǎo)致建設(shè)項(xiàng)目信息管理困難，基于BIM 模型的項(xiàng)目信息管理［3］可以很好的將項(xiàng)目的建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各建設(shè)方及決策，招投標(biāo)、施工、運(yùn)維等各階段的信息進(jìn)行整合和集成存儲(chǔ)在BIM 平臺(tái)［9］中(圖1)，以方便信息的隨時(shí)調(diào)運(yùn)。

3.1 BIM 模型在施工中的應(yīng)用

3.1.1 BIM 模型在可視化方面的應(yīng)用

在BIM 領(lǐng)域中，有些專家這樣說(shuō)到“BIM 的可視化能力其價(jià)值如何高估都不過(guò)分”這足以說(shuō)明可視化的重要性。當(dāng)然，這里所指的“可視化”并不是計(jì)算機(jī)效果圖所展示的三維立體模型，而是BIM 模型對(duì)人而言的信息可視化［4］。BIM 模型在建模階段就將項(xiàng)目的幾何、物理、功能等完整信息附加在了模型中，因此可視化可以實(shí)時(shí)地從BIM 模型中獲取各階段所需要的幾何、材料、視角等信息，不需重新建立可視化模型。具體來(lái)說(shuō)，BIM 模型的可視化在施工方面的應(yīng)用有以下幾點(diǎn):

(1)設(shè)計(jì)審查;

(2)基于BIM 可視化技術(shù)條件下進(jìn)行技術(shù)討論和簡(jiǎn)單的各專業(yè)協(xié)同，消除現(xiàn)場(chǎng)工藝沖突，為施工節(jié)省時(shí)間和金錢;

(3)施工場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)布置和管理。項(xiàng)目成員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況建立現(xiàn)場(chǎng)平面模型和各種機(jī)械模型，通過(guò)各種模型的不同組合來(lái)安排施工場(chǎng)地的排布和施工的某些次序達(dá)到最好的效果;模型的創(chuàng)建有多種方法，例如可以通過(guò)包裹激光掃描和常規(guī)測(cè)量手段等手段，不管是新建、改建、擴(kuò)建，模型創(chuàng)建后都可以用來(lái)查詢信息。

圖1 BIM 平臺(tái)

圖2 PKPM 施工管理平臺(tái)4D 模擬示例

3.1.2 模擬建造方面的應(yīng)用

三維BIM 模型和時(shí)間維度相結(jié)合，有下面幾方面應(yīng)用:

3.1.2.1 施工進(jìn)度模擬

通過(guò)模型構(gòu)建和時(shí)間的整合可對(duì)施工工序進(jìn)行4D 模擬(圖2)，提前發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整進(jìn)度方案。也可對(duì)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度對(duì)比分析，及時(shí)糾偏。

3.1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工管理

現(xiàn)場(chǎng)施工管理主要包括兩方面內(nèi)容:

1)合理分配施工所需的各類機(jī)械;

2)合理調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地變更［5］。

在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理的目的是使現(xiàn)場(chǎng)的人流、物資能夠有序地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使現(xiàn)場(chǎng)情況始終處于可控狀態(tài)，最終達(dá)到為項(xiàng)目增值的目的。通過(guò)3D 模型和時(shí)間維度的整合可實(shí)現(xiàn)查看施工現(xiàn)場(chǎng)任意時(shí)間場(chǎng)地布置及空間狀況。

3.1.2.3 支持預(yù)制加工生產(chǎn)

“裝配式建筑”類似制造業(yè)的生產(chǎn)思路，是建筑工業(yè)化的新興產(chǎn)業(yè)［6］。在裝配式建筑的全生命周期中，借助BIM 的4D 虛擬建造技術(shù)［10］，可通盤考慮設(shè)計(jì)、制造、安裝、進(jìn)度的各種要求，制定合理的建造計(jì)劃［7］。

3.2 基于PKPM 施工管理平臺(tái)的4D 模型整合

前文講述了目前項(xiàng)目信息管理的現(xiàn)狀、不足之處，BIM 模型的項(xiàng)目信息管理和BIM 模型在施工中的應(yīng)用，基于BIM 模型的項(xiàng)目信息管理解決了傳統(tǒng)項(xiàng)目信息管理中的不足，更加符合目前建筑行業(yè)的發(fā)展。但是只是單純的應(yīng)用三維模型這個(gè)意義不是很大，基于BIM 模型項(xiàng)目信息管理，筆者認(rèn)為基于BIM模型的項(xiàng)目信息管理難免要建立4D、5D……nD 模型，那么3D 模型是怎樣成為4D、5D……nD 模型的呢，只有將3D 模型轉(zhuǎn)換為“多D”模型，才有可能利用“多D”模型進(jìn)行項(xiàng)目信息管理，由于篇幅有限，下面僅介紹一下基于PKPM 施工管理平臺(tái)的3D 模型和時(shí)間維度整合成4D 模型的具體過(guò)程。

3.2.1 4D 模型的引入

BIM 模型是BIM 應(yīng)用的基礎(chǔ)，BIM 的應(yīng)用是一個(gè)從3D 到nD 的逐步深入的過(guò)程，這個(gè)維度的逐步增加不是隨著時(shí)間或者是生命周期的深入而增加的，而是根據(jù)現(xiàn)實(shí)的需要而逐步增加的。4D 模型在3D 模型的基礎(chǔ)上和時(shí)間維度整合，使之成為能夠模擬建造過(guò)程的模型。施工過(guò)程中應(yīng)用BIM 技術(shù)，難免需要建立4D 模型。根據(jù)具體需求，可在3D 或4D 的基礎(chǔ)上附加造價(jià)、質(zhì)量、安全等維度，形成5D，6D 甚至7D 的實(shí)時(shí)模型。多維度實(shí)時(shí)模型的創(chuàng)建方法與4D 模型類似，同樣是把所需維度的信息錄入基于BIM 的模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并使其與3D 實(shí)體相關(guān)聯(lián)，形成新的BIM 模型［8］。

3.2.2 4D 模型的創(chuàng)建方法

目前3D 模型和時(shí)間維度整合有兩種思路，根據(jù)不同的思路，可分為兩種實(shí)現(xiàn)方法:一是直接在4D 集成平臺(tái)(如Navisworks)中創(chuàng)建時(shí)間信息并與3D 模型關(guān)聯(lián)(圖3);二是在進(jìn)度管理軟件(如project)中創(chuàng)建時(shí)間信息，導(dǎo)入4D 集成平臺(tái)，再與3D模型關(guān)聯(lián)。PKPM 施工管理平臺(tái)采用的是第二種方法(圖4)，即利用微軟的Microsoft Project(以下簡(jiǎn)稱Project)軟件創(chuàng)建時(shí)間信息，然后再將時(shí)間信息導(dǎo)入到三維模型中進(jìn)行整合。

3.2.2.1 project 創(chuàng)建進(jìn)度數(shù)據(jù)

首先收集項(xiàng)目的基本信息，根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃確定項(xiàng)目的任務(wù)細(xì)節(jié)，在WBS 技術(shù)分解工作結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合項(xiàng)目資源供應(yīng)、施工工藝、工序搭接、工序的持續(xù)時(shí)間等各種因素創(chuàng)建項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃(圖5)。

3.2.2.2 4D 信息模型的實(shí)現(xiàn)

基于上面第二種4D 信息模型的創(chuàng)建方法，基于PKPM 施工管理平臺(tái)在3D 建筑信息模型的基礎(chǔ)上將進(jìn)度計(jì)劃信息與模型構(gòu)建相關(guān)聯(lián)即可建立4D信息模型。在此過(guò)程中工程的很多信息都已經(jīng)被添加到模型中(像模型的工程量、構(gòu)件尺寸、時(shí)間信息等)，而且這些信息可以一直延續(xù)下去，不會(huì)像傳統(tǒng)的信息管理那樣出現(xiàn)信息傳遞缺失，基于PKPM施工管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)進(jìn)度信息、工程量、質(zhì)量、安全等進(jìn)行查看，由此解決了傳統(tǒng)的項(xiàng)目信息管理所不能解決的問(wèn)題。

圖5 用project 創(chuàng)建進(jìn)度信息示例

4 小結(jié)

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑工程規(guī)模不斷增大，項(xiàng)目建設(shè)周期不斷縮短，項(xiàng)目的信息也越加復(fù)雜多樣，在此過(guò)程中，每一階段的結(jié)束，這一階段的信息的需要被完整地保存下來(lái)，不然信息會(huì)越來(lái)越多，最后會(huì)難于處理，基于BIM 模型的項(xiàng)目信息管理可以從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)锽IM 模型信息模式不是一成不變的而是隨著項(xiàng)目的不斷需要可以進(jìn)行自我更新的系統(tǒng)達(dá)到為項(xiàng)目增值的目的BIM 技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特性不僅可以提高項(xiàng)目的信息管理能力還可以提高企業(yè)形象，增加中標(biāo)概率，進(jìn)行工程成本、施工安全、工程質(zhì)量等管理。

［1］焦安亮，張鵬，侯振國(guó).建筑企業(yè)推廣BIM 技術(shù)的方法與實(shí)踐［J}.施工技術(shù)，2013(42):16-19.

［2］Takim R，Harris M，Nawawi A H.Building Information Modeling (BIM):A New Paradigm for Quality of Life Within Architectural，Engineering and Construction (AEC)Industry［J］.Procedia-Social and Behavioral Sciences，2013，101(0):23-32.

［4］楊峰.從科學(xué)計(jì)算可視化到信息可視化［J］.情報(bào)雜志.2007(01).

［5］張建平，韓冰，李久林 等.建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的4D 可視化管理［C］.建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的4D 可視化管理.第十屆建設(shè)行業(yè)企業(yè)信息化應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)，建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)企業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用和管理技術(shù)咨詢服務(wù)單位、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑結(jié)構(gòu)分會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)，貴陽(yáng).

［6］梁厚雙.裝配式建筑的發(fā)展及優(yōu)勢(shì)［J］.中國(guó)建材資訊，2011，(05):53-54.

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［8］梁艷.基于BIM 模型的實(shí)時(shí)模型在施工中的應(yīng)用研究［J］.南昌大學(xué)，2014.

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