基于BIM的工程监理管理系统

李红兵， 汪运冰

(武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430070)

基于BIM的工程监理管理系统

李红兵， 汪运冰

(武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430070)

建设监理在建设活动中扮演着非常重要的角色，我国建设监理由于缺乏先进的管理模式和科学的管理工具，在实际工程建设过程中没能充分发挥监理的地位和作用。本文结合国内外研究及我国监理行业的发展现状，分析了监理在实际监控工程质量和把控工程进度时所面临的问题，即工程技术复杂、信息流动量大、项目参与方多和协调困难。为解决这类问题，本文结合BIM技术的特点，运用B/S与C/S混合体系结构设计了BIM监理管理系统。文章首先对BIM监理管理系统从业务、用户、功能和非功能四个方面进行了需求分析，然后结合B/S与C/S混合体系结构的功能和特点，建立了基于BIM的监理管理系统模型。

C/S与B/S混合体系结构； BIM； 监理管理系统

近年来，我国建筑行业迎来了蓬勃发展的时期，拉动国民经济创造了巨大的经济效益。然而建筑业的这种高增长主要是通过加大投入，扩大规模实现的。随着人们生产意识的提高，这种粗放式的发展存在诸多隐患，建筑业的发展将逐渐放慢脚步，走向理性。因此，那种依靠投入依靠规模的快速发展模式已经不适用了，未来的建筑业必将是通过科学精细的管理来创造更多的效益[1]。

当前，我国正处于互联网蓬勃发展的时代，网络化、信息化已成为时代的主流，建筑行业也逐渐形成基于BIM技术的新型管理思潮，这正是我国建筑行业逐渐转型走向成熟的大好时机，尤其是那些在过去建筑业中地位不突出作用不明显的行业，基于BIM的互联网+模式将带来巨大的机遇。

1 研究背景

1.1 我国监理行业存在的问题

监理受托于建设单位，对整个建设项目的勘察设计和施工进行监督和管理，是建设项目中不可或缺的一部分，更是整个建筑行业重要的组成部分。然而在过去，由于建筑行业的粗放式发展，导致我国监理行业的地位和作用并不突出，在实际的管理中也存在着诸多的问题。

一方面，由于我国一些业主或建设单位缺乏足够的法律意识，或者对监理的管理程序不够了解，盲目插手应该由监理方履行职责的工作，有些业主甚至绕过监理方直接向承包方下指令，这大大降低了监理的权限和应有的管理力度[2]。

另一方面，由于建筑项目追求规模和速度，大大压缩了前期的策划，可行性研究和设计的时间，监理方通常是在建设施工阶段才介入项目。这导致很多监理在实际工作中大都只是充当着一个监工的角色，并没有发挥出一个监理工程师所应有的能力[3]。这也导致承包方对监理的极大误解，缺乏自觉接受监督管理的心态，甚至排挤监理，影响监理工作的开展。

监理作为整个项目的监督者和管理者，应该从项目全寿命期的角度来管理整个项目，在项目前期策划阶段，充当业主或者建设单位的咨询师，为业主提供科学合理的建议；在项目的设计阶段，充当设计方的指导师，将业主的意见和意愿充分地反映给设计人员；在实际施工阶段，充当检验师和协调师，检验工程的质量，协调工程进度以及项目的各参与方之间的利益。

1.2 BIM在监理方的应用研究现状

近几年来，BIM作为一种先进的管理技术和管理理念已经逐渐为我国建筑行业所知晓，国内一些先进的设计院或者一些大型的房地产公司正逐步成立BIM小组[4]，BIM技术的优越性已经初步在我国建设项目中得到体现，尤其是在项目设计阶段的4D建模技术和施工模拟技术，以及在施工阶段的碰撞检测技术都取得了丰硕的成果，越来越多的专家开始关注并研究BIM，清华大学张建平等[5]提出了运用BIM和4D集成技术分析建设中的冲突和结构安全问题的原则方法；华中科技大学丁烈云教授[6]更是提出了从3D扩展到nD的BIM应用程序框架。

然而，我国BIM技术的应用和发展仍然处于初期阶段，BIM技术在我国建筑行业仍然只是小范围的应用。一方面BIM技术只在项目建设过程中的某一个阶段得到了体现，没有应用到项目的全寿命期管理中去；另一方面，BIM技术只在部分项目的参与方中得到应用，部分参与方并没有具体感受到BIM技术的优越性，尤其是监理单位。

当前，也有越来越多的专家和学者开始关注BIM在监理方的应用问题。曲凡萍等[7]指出当前 BIM 技术在建设监理中的应用，为监理工作提供了非常广阔的发展前景。BIM 技术在很多技术的基础上，实现了技术的优化提升，提升了建筑业的发展水平和监理工作的效率。他们还结合相关的知识内容，针对建设监理中 BIM 技术的应用进行了研究分析。

同时，兰州交通大学的岳荷[8]结合自己的研究提出了基于BIM协作平台的工程监理信息管理平台。他根据监理在建设工程中的职责,总结出传统工程信息管理模式中存在的问题,分析导致问题产生的原因，并给出解决问题的有效途径,最后建立了基于BIM协作平台的信息管理模式，提出基于BIM协作平台的工程监理信息管理系统的框架结构。

2 基于C/S与B/S混合体系结构的系统设计方法

C/S 软件体系结构，即 Client/Server(客户机/服务器)结构，是指某项任务在两台或多台机器之间分配，其中客户机用来提供用户接口和运行前端处理的应用程序，服务器可提供客户机使用的各种资源和服务[9]。

在企业系统设计的过程中，难免会遇到分散在各部门的大数据、资源和计算机硬件、软件服务集成不能成为一个统一的、协同的系统难题，采用C/S结构系统可以很好地解决这些问题。C/S结构中的联接软件不仅可以起到多数据源、多种服务之间的桥梁作用，而且可以通过数据复制技术，两阶段提交协议等来确保分布在网络各个节点上数据的一致性、完整性和可用性。

B/S 软件体系结构，即 Browser/Server(浏览器/服务器)结构，是随着 Internet 技术的兴起，对 C/S 体系结构的一种变化或者改进的结构。在 B/S 体系结构下，用户界面完全通过 WEB 浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现。三层的Browser/Server 体系结构是把二层的 Client/Server 结构的事务处理逻辑模块从客户机的任务中分离出来，由单独组成的一层来负担其任务，这样客户机负担大大减轻了，把负荷均衡地分配给了WEB 服务器。

C/S 与 B/S 软件体系结构各有所长，各有利弊。C/S 体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力，模型思想简单，易于人们理解和接受，但也面领着开发成本较高、客户端程序设计复杂、软件维护和升级困难等问题。而新兴的 B/S 体系结构也并非十全十美，在速度和安全性上远不及C/S结构。因此C/S与B/S 相结合的混合体系结构[10]在软件开发中起到了主导作用，其结合方式主要是“内外有别”模型和“查改有别”模型，其中“内外有别”结构模型[11]如图1所示。

图1 “内外有别”模型

3 监理管理系统需求分析

3.1 业务需求

监理的职责就是充分发挥自己的管理能力，使工程项目的目标得以实现，满足业主方对建设项目的各项要求[12]。监理管理系统是一个综合的管理系统，通过系统监理能更好地实现对建设项目的控制，包括工程进度、质量、安全和成本等。同时借助监理管理系统，监理能够更好地实现项目各参与方的协调工作。在建设项目中难免会出现突发情况，合同变更等，监理要通过自己的职责，处理好合同纠纷等问题。

3.2 用户需求

由于项目具有信息量大、参与方多等特点，而且项目的各参与方介入项目的时间都不尽相同，因此要求在建立系统的基础上针对不同的参与方建立子系统，如监理内部管理系统、甲方工作平台、设计方工作平台、承包商工作平台，然后将数据传输到BIM数据库中，以供使用。各子系统用户需求如表1所示。

表1 监理系统用户需求分析

3.3 功能需求

根据监理系统的业务需求和客户需求可以看出，要能对项目成本、进度、质量等加以控制，管理系统须具备以下功能：

(1)在线沟通功能。监理能借助系统与项目的各参与方及时的在线沟通。通过系统监理可以及时了解甲方意图，同时及时向设计单位，承包商发送关键信息。

(2)浏览功能。通过系统项目各参与方能够及随时查看工程进展情况，同时对工程中一些复杂工序进行动态演示。项目参与人员可以查看公告通知等获取信息。

(3)查询功能。借助BIM模型，查询关键节点的做法，查找材料信息，同时查询工程量和工程造价。

(4)添加功能。能根据工程的实际进度，添加工程的完工情况，能够随时将监理实际的监督情况进行录入。

(5)对比分析功能。通过实际的工程进展情况与计划进行对比，分析工程中存在的问题，并及时作出调整。

(6)修改功能。发生变更，或者信息输入错误，能够及时的对数据进行修改。

(7)授权功能。监理可以以管理员的身份授权甲方、设计方和承包商，给与他们账户和密码，使他们有权进入各自的子系统进行作业。

3.4 非功能需求

系统除了满足功能要求外，还要在性能、可靠度、安全性、工作效率等方面满足要求，系统非功能需求如下：

(1)性能。系统设计应具备界面简洁、可操作性好、符合 Windows 操作系统下的用户使用习惯；系统的响应时间应当较短，一般而言运算响应时间为 0.5～2 s；复杂运算不超过5 s，如出现反应时间可能较长的情况则应给出提示。

(2)控制和安全。监理管理系统包含部分敏感信息，用户对系统的安全性有较高的要求；在登陆环节，系统登录口令等均需进行加密处理，并设置严格安全访问控制策略，未经验证的用户不得进入系统；对于已登录的用户其操作权限也有所区别，只有经过授权的操作才能被允许执行。

(3)服务。系统中的建筑设计和结构设计基于最新的Revit设计软件设计；进度安排，施工模拟技术基于Navisworks Manage软件完成。项目管理理念及技术都在不断发展进步，在系统设计之初就应当将扩展性考虑在内，方便将来对系统进行扩展完善。

4 基于BIM的监理管理系统建模

4.1 建立监理企业内部C/S体系结构

根据上述需求分析，建立一个监理内部管理系统，同时在监理企业外部设立四个子系统，从而更好地协调各参与方的工作。监理内部管理系统分为进度管理、质量管理、成本管理、安全管理、信息管理、合同管理、系统维护和咨询服务等8个模块，基于C/S的监理内部管理体系结构如图2所示。

图2 基于C/S的监理企业内部管理体系结构

8个模块分别对应到监理公司内部相关职能部门，各模块之间通过内部局域网链接，同时与BIM数据库采用C/S结构连接，方便数据快速传输共享，充分发挥C/S结构数据传输快的特点，提高处理问题的效率。

质量管理模块下另设有分包管理、现场监控、材料控制、变更签证四个子模块，严格控制工程质量；进度管理模块下设有计划工程进度、监控实际进度、查询延期工程、进度模拟与对比4个子模块，用于追踪工程进展情况；成本管理模块下设分包成本审核、项目实际成本、项目预估成本查询、项目供应商审核4个子模块；信息管理模块设有项目档案管理、图片管理、文档管理、合同管理4个子模块；维护咨询模块主要用于对各参与方提出的问题作出回应，在线沟通，同时此模块还用于维护系统，实时对系统做出更新。

4.2 建立监理企业外部B/S体系结构

根据用户需求在公司外部建立四个子系统，通过Internet连接到WEB服务器上，然后再采用B/S结构和BIM数据库相连。四个子系统分别是甲方工作平台、设计方工作平台、承包商工作平台和一个公共平台。基于B/S的监理企业外部管理体系结构如图3所示。

图3 基于B/S的监理企业外部管理体系结构

系统建立好后，监理给项目的各参与方授权对应的账号和密码，各参与方以自己的身份登入系统，录入相关数据，同时获取自己想要的信息。

甲方工作平台主要用于编辑项目建议书，上传可行性研究报告，同时上传招标文件以及合同文件。该系统中加入在线沟通功能，甲方可以通过此功能随时向监理方提出问题。监理也可以通过这一子系统向甲方提供咨询服务，帮助甲方作出更科学合理的决策。

设计方在和甲方签订合同的同时获得监理授予的登录系统权限。设计人员登录系统即可在设计子系统中进行作业，该系统中设有Revit建筑设计,Revit结构设计，碰撞检测，结构承载力检测等模块。同时，在该模块中加入在线沟通，文档下载，成果上传等功能，方便监理查看设计成果是否符合甲方要求。

总承包商在和甲方签订合同时即可获得监理授予的登录系统权限。登录系统可下载基于Revit的建筑设计模型，同时上传施工组织设计，工程进度安排等内容。不仅如此，施工方还可以在系统中运用Navisworks Manage软件进行施工模拟、碰撞检测，从而更有效地避免风险。监理方也可以通过系统通报施工过程中监理发现的问题，做到事前控制。

公共平台显示在系统首页，所有项目参与方通过账号登录系统后即可查看公共平台中的内容，该平台主要用于发布通知，文档下载，变更处理等，同时借用公共平台监理方可实时对系统做出界面更新，快速维护。

5 结 语

监理的工作信息量大，参与方多，基于BIM监理管理系统充分发挥了BIM信息集成的特点，结合B/S软件体系结构和C/S软件体系结构各自的优点，有效地将项目的各参与方整合到一起，不仅加快了信息传递，而且大大提高了软件的实用性。同时系统中整合了Revit、Navisworks Manage软件，实现了施工模拟、跟踪监测和动态控制。借助系统监理的工作更具主动性，能够享受到更多的信息资源，提升监督管理的质量。

[1] 赵 璇, 张 强. 我国建筑行业发展研究——基于生产函数和BP神经网络[J]. 技术经济与管理研究, 2013, (9): 98-102.

[2] 纪振洲. 现阶段我国建设工程监理存在的主要问题及解决策略研究[D]. 济南: 山东大学, 2014.

[3] 蒋云霞， 蒋坤正. 我国建设工程监理行业存在的问题、 行业机会及发展建议[J]. 建筑经济, 2012, (7): 16-18.

[4] 张春霞. BIM技术在我国建筑行业的应用现状及发展障碍研究[J]. 建筑经济, 2011, (9): 96-98.

[5] Zhang J P, Hu Z Z. BIM-and 4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction: 1. principles and methodologies[J]. Automation in Construction, 2011, 20(2): 155-166.

[6] Ding L, Zhou Y, Akinci B. Building Information Modeling(BIM) application framework: the process of expanding from 3D to computable nD[J]. Automation in Construction, 2014, 46: 82-93.

[7] 曲凡萍, 杨忠龙. 建设监理中的BIM技术[J]. 城市建筑， 2014, (2): 173.

[8] 岳 荷. 基于BIM协作平台的工程监理信息管理平台研究[J]. 兰州交通大学学报, 2015, 34(1): 180-184.

[9] 姜同强. 信息系统分析与设计教程[M]. 北京: 科学出版社, 2004.

[10]张 炜. C/S与B/S混合软件体系结构及其在数字化教学系统中的应用[J]. 电脑知识与技术, 2007, (18): 1742-1744.

[11]廖仁全. 基于C/S与B/S混合结构的教务管理系统设计和开发[D]. 成都: 西南财经大学, 2005.

[12]GB/T 50319-2013, 建设工程监理规范[S].

Supervision Management System Based on BIM

LIHong-bing,WANGYun-bing

(School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

Supervision plays a very important role in construction industry. For lack of advanced management mode and scientific management tools, the construction supervision in China can’t give full play to their position and function. Combining with the domestic and foreign research, and the current situation of our construction supervision development, this paper analyzes the problems faced by the supervision, such as complex technique, large amount of information flow, lots of project participations and coordination difficulties. In order to solve these problems, this paper disigns an supervision management system based on BIM by using B/S and and C/S hybrid architecture. At first this paper analyses the business reqirement, the users reqirement, the functional reqirement and the non functional reqirement about this system, and then establishes the application model of this system by combining with the functions and characteristics of B/S and C/S hybrid architecture.

the B/S and C/S hybrid architecture; BIM; supervision management system

2016-02-18

2016-04-12

李红兵(1970-)，男，湖北武汉人，副教授，博士，研究方向为基础设施项目投资融资、建设项目风险管理、房地产开发与经营及BIM应用(Email: lihongbing1010@163.com)

汪运冰(1990-)，男，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向为BIM应用(Email:704122338@qq.com)

武汉市建委城建[2015]191号文(201518)

TU17

A

2095-0985(2016)06-0078-05