基于BIM的施工信息集成控制模型的设计*

李静，张丽丽

（北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京100042）

基于BIM的施工信息集成控制模型的设计*

李静，张丽丽

（北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京100042）

针对BIM施工项目信息复杂、应用众多但难以集成管理的问题，从数据交换、信息存储、数据应用等层面分析了项目信息集成控制模型，设计了基于BIM的施工项目全过程信息集成控制模型和BIM编制信息数据库平台，业主、设计、施工等相关各方参与者可以据此快速、高效、顺畅的实现施工信息的创建、控制和共享，为项目施工信息管理提供了理论指导。

BIM；集成控制模型；信息交换；数据应用

0　引言

建筑信息模型（BuildingInformationModel，简称BIM）是施工项目信息数据库的技术，它基于一定的工业标准，对施工项目设备的物理属性与功能特征进行数字化、可视化的转换，进而为决策者提供更为准确的、有价值的信息。BIM是目前最先进的建设行业工具模型，依靠此信息平台，各单位可以及时有效、准确的获得建设信息，为其监督、决策提供技术支持。设计基于BIM的施工信息集成控制模型，可实现整个项目全过程监测，促进项目达到预定目标，可以快速、高效、顺畅的实现施工信息的创建、控制和共享，为应用BIM模型进行项目全过程信息集成控制，提供理论基础。

1　总设计思路

1.1设计基本思路

施工项目涉及业主、设计、施工等各方参与者，各方沟通信息承载量大而且繁琐。BIM信息集成控制模型要以实现信息最大化功效、流通、传递为目标，防止某一环节信息沟通出现纰漏，给其他环节带来损失的连锁反应。因此，基于BIM的施工项目全过程信息集成控制结构设计包括的3个方面：一是数据共享与利用。施工项目信息集成控制过程中，所承载信息量大，BIM数据共享可规避不必要重复，BIM信息集成控制数据库要实现各个BIM应用之间信息提取、扩展；二是信息模型构建。在施工项目的推进过程中，信息数据量逐步增大，此类信息分别有效存储，以满足项目不同阶段的需要，获取已完成施工阶段信息模型数据，并进行扩展和集成以形成全过程信息集成控制模型；三是模型功能模块设定。信息集成控制模型中，设定功能模块与功能子信息模块来实现项目有效控制及应用为主要目的。

1.2控制结构

图1　基于BIM的建筑过程信息控制框架

根据上述信息结构的设计思路，基于BIM技术，设计施工项目全过程信息集成控制结构，如图1所示。该结构由数据层、模型层和功能模块层组成。其中数据层作为中心数据库，包括施工项目在整个存续周期的各类复杂信息，并以此为载体，实现建筑信息在施工各环节与各个参与方的有效传输与共享。模型层桥接数据层与功能模块层，是整个控制结构的核心关键部分。功能模块层是BIM模型在施工项目全过程中各阶段的应用层，此层中BIM模型与BIM应用一一对应，同时，随着项目控制需求变化，功能模块相应予以扩展或改变。

2　基于BIM的数据层设计

数据层为BIM数据库，包括基本数据和扩展数据，包含了施工项目中各类有效信息。其中，基本数据是信息模型的图标、几何图形、物理结构的数字化描述；扩展数据则主要为模型图元相关文档资料，包括技术参数、经济参数等。BIM数据库作为数据存储集中库，所含信息应保证项目参与方随时随地便捷的调取与使用，且包含数据输入接口，以确保参与方根据项目进度情况不定时输入以及更新信息参数，确保中心BIM数据库信息的实时动态更新。由于数据输入与扩展可及时在中央数据库更新，故各参与方可有效避免信息“孤岛”的出现和重复数据输入的成本浪费。鉴于各参与方多信息量大来源广等特点，项目施工全过程数据存储与共享是数据层实施的第一目标。

2.1有效数据存储

鉴于项目施工进程信息具有数量大、类型复杂和来源丰富的特点，信息的有效存储显得尤为重要。数据层应实现建筑施工信息合理存储与控制，并便于后续查询与利用。随着施工进程的递延与扩展，各阶段信息分类标准也有所差别。施工项目信息可分项目公共信息（技术法律规范等）、经济信息（投资情况、材料成本、工程款等）、环境信息（自然、治安、周边配套等）、商务类信息（合同等）、工程概况（图纸等）、技术信息（技术规范等）；管理层信息（参与方等）。上述信息存储形式包括数字、表单、图片、文字、影音等，兼备结构化与非结构化的信息。此信息对于公关投资、工程预算、工程造价、项目进度与成本控制等具有重要作用。所以，BIM有效数据存储应以便于检索与应用为目标，综合分析与利用信息属性、类别、时间等，予以可续有序的存储，以促进信息发挥最大效应。

海量信息由不同专业性软件分析导入，因此，确保信息数据在参与方与软件之间的适应性是BIM数据层的必备功能。施工信息数据有效交换的实现，须基于业内认可的数据交换标准。当前，IFC标准格式的数据成为各软件语言格式“翻译”工具。此工具有效的实现各专业、软件间、各阶段数据的有序传输与共享。该数据标准的建立，使得信息化控制过程问题得以有效解决，施工项目控制水平显著提高。

2.3数据有效应用

数据有效应用指数据层信息的随时随地访问功能，包括施工信息查询、输入、输出、更新等，以满足施工项目各参与方在不同时间段内有效快速提取想要查询数据。数据有效应用要特别注意两点。

1）访问参数权限设置问题。施工项目参与方提取数据时应对其访问权限予以界定与明确，并保证信息有效更新和信息安全。

在土壤全钾养分地球化学等级中(表5)，一等土壤分布范围较小，占调查区面积的8.82%，全钾含量为25.226～25.723 g/kg；二等土壤面积约占调查区面积88.24%，全钾含量介于20.247～24.811 g/kg；三等土壤分布范围也非常小，仅占调查区面积的2.94%，全钾含量为19.832 g/kg。由此可知，本区土壤中全钾多半处于较丰富水平。

2）信息变动更新的各方反馈。数据层数据由参与方在其权限内对数据删除、更正、扩展等，其他方应能及时收到变动情况，以便于对信息的变动正误与及时性予以关注。

3　基于BIM的信息集成控制结构的模型层设计

基于BIM的信息集成控制结构的模型层至关重要，起到核心作用。项目施工各环节根据数据层提取的信息，对应地产生各种子信息模型。项目全过程控制最主要的目标是为满足业主需求，他们对项目综合效益更为关注。所以，就项目过程而言，应实现设计、施工、运营3个阶段的最优化设计。鉴于此，本文将控制结构的模型层分为：项目设计信息模型、项目施工信息模型和运营控制信息模型等3模型。

3.1设计信息模型

施工项目设计阶段是项目进程的开始和基础，此阶段海量信息将被创建，并由大量各专业人员参与其中。包括建筑、结构、水暖、电气、装饰、造价等工程师。他们分属不同专业与部门，其间的信息沟通与分享关系项目的进度与质量。图2展示了设计阶段各个专业设计之间信息传输的流程，建筑、结构、水暖电3模型的合成即为设计信息模型，是BIM模型的基础。其中，施工项目后续信息模型将由此获取信息，因此，应避免重复信息输入，提高设计信息模型的利用率。

图2　设计信息模型

3.2施工信息模型

传统的施工管理需要将大量数据重复录入软件，人工成本额提升和施工错误不可避免。使用BIM技术，在设计阶段BIM模型的基础上，在施工进行阶段提取总项目目标和各部分功能需求，并结合施工进程对项目进度、成本、质量进行信息扩展，再导入数据存储层，从而构建了施工信息模型。信息模型构建要包含两方面的内容。

1）基本建筑信息，诸如建筑对象的产品几何属性、物理结构、布局、结构等和建筑物概况描述等，此基本信息由各个专业设计师完成，为项目各个阶段所通用。

2）施工扩展性信息是指随施工项目进展，所产生和增加的信息。

3.3运营控制信息模型

运营控制管理主要对建筑物和设备的维护控制。基于BIM进行项目全过程信息集成控制，将图纸、设计图、竣工图、文档等信息在BIM模型中可视化展示。基于BIM的运营控制信息模型，囊括策划、位置、构件尺寸、建筑构件信息等。运营控制信息模型包括基本元素、基本信息和扩展信息。基本元素指应用控制对象信息，包括建筑构件柱体、梁等，设备、对象数量等。共有基本信息是项目全过程中的共用信息，从设计BIM和施工BIM模型获取，包括结构构件尺寸、属性等。

4　功能模块层

功能模块层是由BIM在施工项目控制中的应用构成，是实现施工项目数据层的目标的重要应用模块，实现BIM模型效益最大化。

4.1设计信息模型功能模块

4.1.1管线碰撞检测功能模型

基于BIM的碰撞检测，能够确保结构中不同专业的构件不会因为设计原因发生碰撞造成返工。利用BIM模型可以实现了关联信息的联动更改，还可以根据模型中参数设置的3维模型，使得抽象测试变得更加形象化和具体化，从而最大限度准确地发现问题，并及时作出修改。碰撞检测功能主要从BIM设计信息模型中获取数据，包括几何尺寸、位置、设备形状、管线链接状况、型号等。通过BIM的碰撞检测功能，能够提取模型信息数据形成子系统，在子系统中导入测试规范、测试参数等即可形成功能子模型，将模型冲突信息形象化地显示出来，相关人员看到后会进行相应调整，如图3所示。

图3　管线碰撞检测模型流程示意图

4.1.2建筑物性能分析

仅考虑建筑物的安全等基本功能已经无法满足人们对生活品质的追求，低耗能的绿色建筑已经成为社会发展的趋势。通过建筑物性能分析，可以实现对建筑材料的性能指标的控制。基于BIM技术信息模型可以便捷化实现这种功能，在BIM模型中调用设计信息模型、施工信息模型，避免信息的再次录用，直接通过BIM关联联动关系，随设计某个指标或者参数的变动，其性能指标自动生成，缩短了建筑性能分析的时间，更加方便、快捷、高效和准确，如图4所示。

图4　建筑性能分析示意图

4.1.3成本估算功能模块

传统CAD方式计算工程量，繁琐复杂而且容易出现错误，软件变更性查，如果出现变更，更改工作量大。而BIM的信息集成模型中数据库可以提取项目各种信息，为成本核算提供基本材料，可以快速测算项目建筑成本和工程量，便于成本方案的比较与分析，其BIM的关联修改功能可保证工程数据的准确及时有效。成本估算功能模块如图5所示。

图5　成本估算模块示意图

4.2施工信息模型功能模块

4.2.1BIM进度控制功能和施工过程模拟控制

通过BIM模型，可将施工项目进度过程中的每一个环节的工作虚拟化的构建出来，通过共享平台实现施工各方的有效共享，并及时将施工中每一个工作实现可视化显示，参建人员可直观看到项目进展的程度、关键节点、重点与难点。此外，还可以通过实体模型与现有模型的实际对比对照，发现误差与偏差，及时予以修正与调整。

基于设计信息模型的基础上的BIM施工进度控制模型，可以随时查看项目进度控制子信息模型。根据预设信息值加上时间维度，在进度控制子信息模型可以直观看到项目的进度，找出实际进度与预计进度测差距，及时予以纠正。基于BIM的进度控制功能模块构成如图6所示。

图6　进度控制功能模块示意图

4.2.2施工安全监测

安全问题是建筑业的第一责任。传统安全控制往往事后控制。有效安全预警和监测才能避免事故发生。基于BIM技术建立安全子信息系统，将安全信息导入BIM信息模型中，结合施工信息控制模型对建筑安全进行过程控制。施工安全子信息模型可实现2个功能。

1）动态施工进程中的风险，对安全可发生情况进行预分析。

2）子信息系统充分利用现代通信技术，如传感技术等实施安全实时性监控与评价，并将安全信息数据导入BIM数据库，便于查看与分析。可以对建设过程和施工项目安全性进行实时动态分析和预警。基于BIM的施工安全检测功能模块构成如图7所示。

5　结语

施工项目具有参与方多，施工信息复杂、管理难度大的特点。BIM技术为有效、快捷、准确进行施工信息更新、联动、传输与共享提供了技术支持基于BIM技术实施施工项目信息管理前提是需要构建信息集成管理模型。本文基于BIM技术，根据对施工项目进程信息内容与管理需要，从数据层、模型层、功能模块层开展论述，对BIM施工信息集成控制模型及子信息模型的设计进行了探索。对施工项目建立BIM信息集成控制模型提供理论指导，以更好地促进BIM模型在施工项目信息有效管理的应用。

图7　BIM安全监测功能示意图

[1]张建平，李丁，林佳瑞，颜钢文.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术，2012，41：10-17.

[2]Lin，Y.C.UseofBIMapproachtoenhanceconstructioninterface management：acasestudy[J].JournalofCivilEngineeringandManagement，2015，21（02）：201-217.

[3]Liu，H.X..M.Al-HusseinandM.Lu，BIM-basedintegratedapproachfordetailedconstructionschedulingunderresourceconstraints [J].AutomationinConstruction，2015，53：29-43.

[4]Lee，S.，J.YuandD.Jeong.BIMAcceptanceModelinConstruction Organizations[J].JournalofCivilEngineeringandManagement，2015，31（03）.

[5]Moon，H.，etal.BIM-BasedConstructionSchedulingMethodUsing OptimizationTheoryforReducingActivityOverlaps[J].JournalofCivil EngineeringandManagement，2015，29（03）.

[6]何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报，2012，26（01）.12-15.

[7]孙益军.BIM技术减少砌筑结构与机电留洞的冲突率[J].施工技术.

[8]赵雪锋，姚爱军，刘东明，宋强，BIM技术在中国尊基础工程中的应用[J].施工技术，2015，43：594-597.

[9]陈祥赟，董娜，熊峰，肖梓熙.基于BIM的某项目进度与成本控制研究[J].施工技术，2014.43：580-583.

[10]吕玉惠，俞启元，张尚.基于BIM的施工项目多要素集成管理信息系统研究[J].建筑经济，2013（08）：35-38.

[11]程建华，王辉.项目管理中BIM技术的应用与推广[J].施工技术，2012，41（371）：18-21.

[12]何关培.施工企业BIM应用技术路线分析[J].工程管理学报，2014，28（02）：001-005.

[13]李军.BIM的项目建设成本动态监控系统设计与开发[D].青岛：山东建筑大学，2013.

[14]姚德山.基于BIM技术的建筑工程成本管理系统[D].合肥：安徽大学，2014.

[15]阎瑶，基于BIM的工程预算管理研究[D].武汉：华中科技大学，2013.

[16]何清华，韩翔宇.基于BIM的进度管理系统框架构建和流程设计[J].项目管理技术，2011，9（09）：96-99.

TU201.4

A

1673-1093（2015）12-0070-05

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.016

李静（1982），女，蒙古族，内蒙古赤峰人，硕士研究生，讲师，研究方向：工程项目管理，工程造价管理。

2015-07-26；

2015-08-07

北京工业职业技术学院2015年重点课题“BIM技术在北工职院新食堂全生命周期中的应用研究”子课题“BIM技术在工程施工成本控制中的应用研究”（gzykyz201501）.