張藝齡，陳惠嫻，馬星宇，徐兆赫，邵 麗

(北京科技大學(xué)天津?qū)W院，天津 301830)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，運用傳統(tǒng)CAD(計算機輔助設(shè)計，Computer Aided Design)技術(shù)指導(dǎo)施工方法的模式暴露出許多問題。如傳統(tǒng)的二維模式無法直觀展示建筑的外觀，不能在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)各工程之間的沖突，導(dǎo)致后續(xù)施工需要返工，增加施工成本。為了改變這一狀況，人們應(yīng)用BIM(建筑信息模型，Building Information Model)技術(shù)代替CAD技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)的施工方式并進行創(chuàng)新。在優(yōu)化創(chuàng)新過程中，首先需要項目管理人員充分考慮施工成本和資源等因素，制定出科學(xué)合理的進度計劃，提高BIM技術(shù)與施工過程的結(jié)合度。施工單位可以利用BIM技術(shù)實現(xiàn)對施工全過程的模擬。BIM技術(shù)與施工過程的結(jié)合極大程度地解決了施工過程中的很多質(zhì)量、安全、進度難題，并逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工模式。

1 BIM技術(shù)推廣應(yīng)用的必要性

BIM技術(shù)作為指導(dǎo)施工建設(shè)的新方法，利用其特點能完成項目的三維信息模型并建立起資源共享平臺。這一技術(shù)改善了利用傳統(tǒng)二維資料指導(dǎo)施工建設(shè)過程的局限性，提高了施工過程中對信息的使用效率。利用BIM技術(shù)對施工過程進行指導(dǎo)，在某種層面上真正實現(xiàn)了可視化施工。現(xiàn)階段的部分BIM軟件中甚至增加了材料是否可回收利用的屬性，做到了對施工材料的高效管控，比較完美地體現(xiàn)了BIM技術(shù)在建筑施工過程中的重要意義。

1.1 現(xiàn)階段建筑全生命周期中的主要問題

建筑全生命周期施工管理是一個綜合管理模式，為避免相關(guān)信息混雜或丟失，提高工程的建設(shè)效率，這種模式選擇將數(shù)據(jù)進行互通。在這種模式下，建筑施工的管理方式還存在一些不可避免的問題。

建筑施工管理體制對工程建設(shè)的影響不可忽視，很多企業(yè)在管理體制上都存在較大問題，隨著承包方式的改變，有些企業(yè)并沒有做出相應(yīng)的決策調(diào)整，仍然沿用過去的管理體制，甚至部分企業(yè)出現(xiàn)減少管理環(huán)節(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致無效管理的出現(xiàn)。由于目前的建筑施工管理制度并不完善，在施工過程中出現(xiàn)問題時容易出現(xiàn)各個部門相互推諉塞責(zé)，影響工程的正常進度。

建筑工程施工在技術(shù)與安全方面具有極強的特殊性，需要不同的從業(yè)人員，并對其有極高的專業(yè)要求。在施工過程中，每一個步驟都需要有較強專業(yè)素養(yǎng)的從業(yè)人員參與，缺少專業(yè)的技術(shù)人員也會導(dǎo)致施工過程進度緩慢。同時，個別企業(yè)對于建筑安全生產(chǎn)投入力度不足，沒有嚴格的標準及監(jiān)督機制，無法對從業(yè)人員的人身安全負責(zé)，施工的安全性也難以保證，導(dǎo)致建筑項目無法順利進行。

利用信息化進行建筑施工管理是建筑行業(yè)目前最熱門的管理方式，企業(yè)在建筑前期規(guī)劃設(shè)計階段以及后來的施工運營階段，合理利用信息化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)互通平臺，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。但目前的實際應(yīng)用中仍在技術(shù)層面有所欠缺，前期設(shè)計和中期施工融合不完善、數(shù)據(jù)不互通、資源不共享、無法及時察覺漏洞等問題都會影響工程質(zhì)量。

1.2 現(xiàn)階段傳統(tǒng)施工管理中存在的問題

傳統(tǒng)的施工管理模式，是將數(shù)據(jù)從底層收集，最終整合，逐層上報給領(lǐng)導(dǎo)層，領(lǐng)導(dǎo)層討論解決方案再進行反饋。這種模式程序繁瑣，浪費了大量時間，不能及時解決問題。傳統(tǒng)的施工管理模式隨時間發(fā)展暴露出來一些問題。

1.2.1 施工人員的管理系統(tǒng)不完整。部分施工人員由于學(xué)歷等限制，大多不了解現(xiàn)場管理體系，往往容易忽視施工工序，無法滿足施工需求。

1.2.2 施工人員對材料設(shè)備管理不當。材料設(shè)備隨用隨放，占據(jù)大量施工空間，對施工過程造成影響。材料的隨意堆積浪費了部分材料，增加了后續(xù)成本。對施工設(shè)備也未進行保養(yǎng)，導(dǎo)致設(shè)備的損壞和老化，增加了施工過程中的風(fēng)險。

1.2.3 管理力量分散。部分施工人員不按規(guī)范要求施工，管理人員不能及時發(fā)現(xiàn)與制止，工程施工質(zhì)量無法保證，導(dǎo)致延誤工期，影響進度。

1.2.4 安全管理問題。在建設(shè)施工過程中，部分施工人員安全意識不高，不了解安全技術(shù)規(guī)范，常常為追求速度進行一些違規(guī)操作，從而埋下了安全隱患。

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，促進了人員定位系統(tǒng)與人臉識別技術(shù)的發(fā)展。借助信息化手段，上層項目管理人員可對施工過程進行數(shù)字化實時管控，便于及時發(fā)現(xiàn)疏漏并同步給出完善方案，通過BIM平臺直接傳遞給施工人員，對施工方法進行調(diào)整，節(jié)省了大量時間。目前，在深圳地鐵16號線龍坪站項目中，已經(jīng)采用了這種施工管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)會自動分析導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，同步生成安全隱患排查結(jié)果報告，提高了項目管理安全性。

圖1 傳統(tǒng)管理模式與信息化管理模式對比

2 BIM技術(shù)智能交互的信息優(yōu)勢

在建筑領(lǐng)域信息化發(fā)展的過程中，智能建筑的理念逐漸進入人們的視野并被廣泛關(guān)注，智能施工更是成為眾多建筑工程企業(yè)的首選方向。智能施工能夠?qū)⒏黜椯Y源科學(xué)化運用，保證在實際工程管理過程中獲取最大價值。BIM技術(shù)作為智能施工在技術(shù)層面的支撐點，與其他新技術(shù)的融合以及產(chǎn)生的新項目交付模式，也正是建筑領(lǐng)域現(xiàn)階段所需要的一次革新，在這種大環(huán)境下延伸出了許多新的模式，不斷推動著該領(lǐng)域的發(fā)展。

2.1 IPD集成交付

20世紀90年代末，英國石油公司提出一種新思想——通過組建項目聯(lián)盟達到集成管理的效果。鑒于這種思想運用在澳大利亞博物館項目和美國加州薩特郡項目的施工建設(shè)中取得成功的先例，建筑行業(yè)逐漸開始接受這種新思想。

直到2007年，美國建筑師協(xié)會給予了這種思想具體定義，即IPD(集成產(chǎn)品開發(fā)，Integrated Product Development)是一種將人、系統(tǒng)、商業(yè)架構(gòu)和實踐活動集合為一體的項目交付模式。這種全新的管理方法，目的在于解決各參與方多年來處于對立地位的缺陷，帶動項目各參與方在項目全生命周期中相互協(xié)作與配合，充分利用自身知識與經(jīng)驗來優(yōu)化項目過程，減少浪費行為，提高完成效率。

隨著科技多元化的發(fā)展，建筑領(lǐng)域誕生了能與IPD相結(jié)合的BIM技術(shù)。兩者相輔相成對建筑工程領(lǐng)域產(chǎn)生了新的影響，IPD肯定了BIM的價值，BIM提高了IPD的實施效率。BIM技術(shù)是IPD模式的實體工具，代表了各參與方的共同期待。據(jù)美國研究人員最新一次的調(diào)查，IPD模式與BIM技術(shù)相結(jié)合，在工程施工的成本、工期以及信息資源等方面取得了巨大進步。

2.2 智能虛擬施工

為了使各參與方的協(xié)同作業(yè)契合度更高，在BIM技術(shù)貫穿建筑全生命周期的同時延伸出了新的智能技術(shù)BIM 4D與BIM 5D，在原有的三維思想之上融入了時間維度、成本維度，將三維轉(zhuǎn)變成了四維、五維，使其可視化程度更高，通過多形態(tài)、多維度的表現(xiàn)方式，在展現(xiàn)建筑模型各個組件的相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上更進一步地生成了一個虛擬空間，在該空間里不同階段的建筑施工面貌更加智能地展現(xiàn)，并不斷進行施工模擬，進而優(yōu)化整體施工過程。

為了使BIM 4D與BIM 5D模型的構(gòu)建更加智能合理化，充分地將空間地理數(shù)據(jù)和工程相關(guān)數(shù)據(jù)相結(jié)合，更進一步地分析建筑模型，對建筑施工的全過程進行更真實智能的模擬，我們選擇一款4D/5D協(xié)助設(shè)計檢視軟件，可以通過導(dǎo)入時間軸及成本信息與相關(guān)過程一一對應(yīng)，使建筑模型的相關(guān)圖形單元與信息可以在軟件平臺中進行動態(tài)演示，從而使?jié)摬氐膯栴}更加清晰明了。另外，BIM技術(shù)與VR(虛擬現(xiàn)實，Virtual Reality)技術(shù)結(jié)合也已成為一種成熟的智能技術(shù)。

3 BIM技術(shù)在施工模擬中的實際應(yīng)用

深圳地鐵16號線全長38.7 km，是深圳市城市軌道交通中正在建設(shè)的一條分支線路，共計32站，計劃于2022年投入使用。龍坪站位于坪山新區(qū)東縱路和中興路交叉路口，整體為地下地鐵站，主體結(jié)構(gòu)為地下兩層雙跨到三跨的島式站臺。

BIM技術(shù)在深圳地鐵16號線龍坪站項目中的應(yīng)用重點：①應(yīng)用BIM技術(shù)做好各項施工準備；②依托BIM技術(shù)實施構(gòu)件跟蹤管控；③利用BIM技術(shù)進行場地優(yōu)化。通過構(gòu)建BIM初始模型、動態(tài)BIM 5D模型以及開展施工階段全流程模擬，使深圳地鐵16號線龍坪站建筑工程最終以智能虛擬實景化工作場景展現(xiàn)。

圖2 深圳地鐵16號線龍坪站BIM模型

3.1 規(guī)避平面圖紙缺陷

BIM技術(shù)能將項目模型可視化，施工人員可以利用BIM技術(shù)對模型進行優(yōu)化處理來規(guī)避圖紙缺陷。①利用漫游功能，查明模型中的疏漏以便后期修改模型；②利用碰撞檢查功能，找出設(shè)計中的錯誤點；③利用BIM技術(shù)深化設(shè)計，對各部分內(nèi)部管線和設(shè)備進行復(fù)核，并為后續(xù)施工中的交叉配合建立良好技術(shù)基礎(chǔ)，避免各工程管道線路的沖突；④利用BIM技術(shù)完成施工過程的模擬與優(yōu)化，通過改變模型的周邊環(huán)境，預(yù)測出環(huán)境對施工過程的影響，提前制定防范措施。

BIM技術(shù)通過規(guī)避圖紙缺陷，進行隱患排查，優(yōu)化了施工方案。使用BIM技術(shù)建立的信息模型平臺，通過簡化各方的溝通流程，提高了整體工作效率。利用BIM技術(shù)還能輔助進行工程造價的預(yù)測，為項目全生命周期的合理運行提供保障。經(jīng)多次研究表明，利用BIM技術(shù)模擬的工程造價項目，在相同質(zhì)量條件下，能達到造價最省的效果。近些年來，運用BIM技術(shù)減少工程圖紙的設(shè)計問題、模擬優(yōu)化施工進度的方法逐漸被施工方廣泛應(yīng)用。

3.2 便于各方協(xié)調(diào)溝通

建筑工程施工全過程極具動態(tài)性，并包含了不同的階段，為了更好地展現(xiàn)不同施工階段所需要的施工方法，利用BIM技術(shù)搭建信息模型并進一步分析相關(guān)數(shù)據(jù)，針對問題及時調(diào)整施工方案，并通過大數(shù)據(jù)平臺進行全方位測控，如氣象數(shù)據(jù)、材料質(zhì)量、成本問題，給出相關(guān)的預(yù)防方案，增加施工的安全性。

BIM技術(shù)可以有效地為管理人員在施工過程中提供科學(xué)的管理依據(jù)，并在設(shè)計階段搭建數(shù)據(jù)互通平臺，實時上傳相關(guān)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)平臺全方位數(shù)據(jù)互通。同時，管理人員可以通過平臺充分了解相關(guān)的工程檔案及施工信息，明確監(jiān)管目標及內(nèi)容，并結(jié)合數(shù)據(jù)平臺庫中的信息，在不同的階段分別對不同的施工內(nèi)容及施工人員進行遠程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題并分析原因，利用數(shù)據(jù)庫進行適當調(diào)整，控制工期，提高效率。

施工管理中包含各方面，其中施工安全管理也是企業(yè)比較重視的一個方面。在施工安全管理與BIM技術(shù)的融合下，將帶有定位系統(tǒng)的芯片植入施工人員的安全帽內(nèi)，并要求施工人員進入現(xiàn)場必須佩戴，管理人員可通過數(shù)據(jù)平臺進行定位，實時了解該人員的動向，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控，觀察施工人員在施工過程中是否有違規(guī)操作、是否遵循施工安全規(guī)范，如有違規(guī)行為監(jiān)督人員應(yīng)立即制止，避免發(fā)生意外。

BIM技術(shù)將施工過程中的各項信息、設(shè)備使用記錄及相關(guān)文件上傳至數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，使各部門可以更加順利快捷地展開工作。傳統(tǒng)的施工模式無法在施工過程中將數(shù)據(jù)互通，導(dǎo)致問題無法及時解決，整體施工進度較慢且效率低，BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了部分問題。建筑工程施工利用BIM技術(shù)所搭建的數(shù)據(jù)共享平臺將各階段緊密地聯(lián)系在一起，加強了各方的協(xié)調(diào)溝通，提高了施工過程的效率。

3.3 碰撞檢查與后期運營維護

BIM技術(shù)在深圳地鐵站16號線龍坪站項目中的應(yīng)用重點主要有兩個方面：①對項目進行全面的碰撞檢查；②對項目進行仿真施工模擬。這兩個方面最終都實現(xiàn)了縮短工期的目的。利用BIM技術(shù)制作信息模型時，需要嚴格合理的理論與數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對相關(guān)情況仔細觀察和判斷。信息模型制作完成后，在三維層面上進行碰撞檢查，防止在項目施工過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及機電管線之間的碰撞沖突，影響項目建設(shè)的整體進度。而傳統(tǒng)的碰撞檢查方式由于技術(shù)與方法的限制，只能結(jié)合二維圖紙展開，效率比較低而且錯漏比較多。以上措施有效降低了工程成本，避免工期延誤，提高了工作效率，保障了施工建設(shè)的安全性。

BIM技術(shù)在項目后期運營維護方面同樣有重要影響。BIM技術(shù)在建造模型時可以同步錄入各機電設(shè)備的運維信息，在建模完畢后，可以形成完備的機電信息管理平臺，直觀展示出項目中的基礎(chǔ)建筑信息、結(jié)構(gòu)信息、力學(xué)分析以及各設(shè)備的模擬運行結(jié)果等信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)碳排放跟蹤測算、模擬優(yōu)化以及節(jié)能管理等功能保障。

4 總結(jié)

科學(xué)技術(shù)的進步和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)都在不同程度地推動著社會的發(fā)展，信息化、數(shù)據(jù)化也已逐漸成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，工程項目管理也勢必依托于現(xiàn)階段的先進技術(shù)來進一步完善提升。筆者結(jié)合BIM技術(shù)及其實際應(yīng)用的工程案例，論述了BIM技術(shù)在工程建設(shè)中的重要作用。從發(fā)展的角度來講，智能管理建筑施工還需要不斷更新發(fā)展，BIM技術(shù)將不斷深化融入并逐漸覆蓋現(xiàn)有的工程管理方式，并發(fā)揮出更為重要的實際作用。