基于BIM技术的工程项目分阶段变更管理

蒋利明

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002)

0 引言

工程项目投资规模大，各参与方关系复杂，易受自然因素和人为因素影响而发生变更，造成工程资源浪费。变更内容包括投资规模、功能需求、设计方案、施工工艺、施工方案、运维方案、管理制度等。工程项目变更需要实时评估功能、性能指标、资源、工期变化，让所有变更涉及方及时了解变更执行情况[1]。传统变更管理手续烦琐，需要提供变更涉及的全部文档和图样[2]。受技术和时间的限制，无法提前模拟分析变更的影响。工程项目越复杂，变更需要修改的信息越庞杂，人工协调工程变更易造成文档管理混乱，效率低下。BIM技术(Building Information Modeling)集成工程项目各种共享信息于同一个BIM模型，为协同工作提供统一平台。BIM模型保证信息在项目全生命周期准确、一致地传递，使所有涉及方高效、正确地处理变更[3]。

刘素琴提出采用BIM技术对工程项目变更进行预先控制，尽量避免设计错误进入施工阶段造成代价严重的现场返工[4]。工程项目的实施是复杂多变的动态过程，变动频繁，无法保证相关信息始终可靠。采用纸质资料传递项目信息，易造成工期拖延、资源浪费、成本增加等利益损害。刘艳利将“互联网+BIM技术”应用于传统工程项目领域，发挥互联网集成效应[5]。于平花等提出通过“互联网+”促进各参与方的协同工作，忽视地理位置差异，及时更新正确信息[6]。孙陈俊妍等探讨了BIM技术改善与提升可持续绿色建筑全生命周期实施绩效的可能性[7]。

项目不同阶段的变更各有特点，BIM技术促使各参与方在全生命周期协同工作，改善变更管理。

1 BIM技术和全生命周期管理

通过统一数据信息格式和交换方法，BIM模型贯穿工程项目整个生命周期。国内相关规范包括《建筑信息模型分类和编码标准》《建筑信息模型应用统一标准》等。BIM模型集成工程项目从提出到竣工的各种共享信息。更新BIM模型时，用户一般可以添加自定义参数，包括设备规格、维修和服务信息、供应商、订单装运清单、会议备忘等。BIM技术采用参数化建模，输入变更信息后，自动更新其他所有相关内容。工程项目全生命周期，分为设计阶段、施工阶段和运维阶段。通过BIM模型模拟分析工程实际性能，在项目各阶段具有不同的应用目标。

(1)设计阶段包括编制项目建议书、编制项目可行性研究报告、初步设计和施工图设计等。主要目标是完成投资决策和施工图样的全部工作，创建最优BIM模型。编制项目建议书和可行性研究报告时，创建表达设计概念的体量模型，作为投资决策的可视化依据。在初步设计和施工图设计中，设计单位模拟分析其他参与方提供的所有信息，提出设计方案。通过所有参与方协同工作，创建最优BIM模型。

(2)施工阶段包括场地平整、建筑构件装配、设备安装等形成工程项目实体过程。主要目标是更新BIM模型的施工信息，优化施工方案。根据虚拟施工结果安排进度，合理分配资源，提高施工效率，保证工程质量。

(3)运维阶段包括竣工验收、投产运行、设备检修等。主要目标是更新BIM模型的运维信息，优化运维方案，评估改扩建需要。通过BIM模型模拟分析工程功能、能耗等，提高运维效率。

采用BIM技术进行设计阶段的协同设计、施工阶段的虚拟施工和运维阶段的运维方案优化，实现项目全生命周期的高效管理。

2 应用BIM技术管理工程变更

设计阶段各参与方提出变更，保证工程满足功能齐全、投资可控等性能指标；施工阶段各参与方提出变更，保证工程质量，合理控制成本和工期；运维阶段各参与方提出变更，提高运维经济效益。项目全生命周期提出变更的主要原因见表1。

表1 工程项目变更主要原因

(续)

工程项目实施具有一次性和不可逆性，发生的变更通常无法预见和事先约定。BIM技术采用参数化建模，修改BIM模型后，其他所有涉及内容全部修改。BIM技术根据三维BIM模型，自动生成二维图样和材料统计表。BIM技术引入碰撞检测，改善设计方案可施工性。综上所述，BIM技术可大大减少因人为错误提出的变更。

工程项目复杂多变，BIM模型涉及信息的可靠性无法保证。应用BIM技术管理工程变更，不可能完全避免变更的提出。例如，各参与方因为信息保密性规定，关键信息未及时完整输入，造成工期延误，甚至施工错误损害工程质量。

应用BIM技术管理工程变更的优势如下：

(1)不同BIM软件统一数据接口，通过网络实现各参与方协同工作，弱化地理位置差异，及时沟通并纠正信息。

(2)避免各参与方对二维图样的理解出现偏差，提供变更后结果可视化功能，辅助决策。

(3)参数化建模，利用创建的BIM模型模拟分析工程实际性能，为变更决策及时提供依据。

3 分阶段变更管理

所有参与方在项目开始时就可以加入，最大限度地提高项目信息利用率，减少重复工作。为实现各参与方的协同工作，不同BIM软件统一数据接口，同一个BIM模型贯穿项目全生命周期。通过给各参与方分配不同权限，明确各方职责，使BIM模型的信息管理规范、有序。设计阶段利用BIM模型进行投资决策和施工图设计。施工阶段利用BIM模型高质量、按时、经济地形成工程实体。运维阶段利用BIM模型优化运维方案，延长工程使用寿命。权限分配应根据BIM模型在上述3个阶段变更信息流向的不同分阶段调整，提出基于BIM技术的分阶段变更管理。

在工程项目实施过程中，业主作为投资方始终拥有最大权限，管理项目所有信息。不同阶段的BIM模型管理权限还可分配给主要处理变更信息的参与方，和业主一起管理变更，包括记录变更请求，确定变更原因、细节，分析变更对进度、成本、质量的影响。分阶段变更管理适应项目实际变化，不同阶段分别指定设计单位、施工单位和运维单位作为BIM模型管理单位。分阶段变更管理提高变更管理效率，及时确定最优变更方案，减少变更对工程质量的损害。

3.1 设计阶段变更管理

如图1所示，发现设计不符合新政策、新规范，政府审查部门向设计单位提供政策规范变更信息；设备外形尺寸、防火要求、价格等改变，设备厂家向设计单位提供经济和技术变更信息；材料性能、价格等改变，材料供应商向设计单位提供经济和技术变更信息；设计方案不具备可施工性，施工单位向设计单位提供技术变更信息；地质条件改变，勘测单位向设计单位提供自然条件变更信息；投资规模、功能需求改变，业主向设计单位提供经济和技术变更信息；设计单位修改BIM模型后，需向业主确认是否符合其投资、功能等要求。

图1 设计阶段变更信息流向图

设计阶段由设计单位完成项目相关文档和施工图样，创建并管理BIM模型，处理其他参与方提出的变更。因为不涉及工程实体，这一阶段的变更成本较低。利用BIM模型进行模拟分析，确定最佳设计方案，改善项目全生命周期管理。

3.2 施工阶段变更管理

如图2所示，发现安全生产隐患，政府审查部门向施工单位提供政策规范变更信息。设备和材料不能按时运输到现场，设备厂家和材料供应商向施工单位提供经济变更信息。设计错误、漏项，设计单位向施工单位提供技术变更信息。施工工艺、工程质量不符合要求，监理和业主向施工单位提供技术变更信息。受技术力量、工期等限制，施工单位向设计单位、监理提供技术和经济变更信息。因为这类变更较为复杂，施工单位需要和设计单位、监理协同工作，提出变更处理方案，获得监理、业主同意后实施。

图2 施工阶段变更信息流向图

施工阶段由施工单位形成工程实体并管理BIM模型。施工单位向BIM模型输入每项工作所需的各类资源。BIM技术可以帮助施工单位及时发现变更，模拟分析变更对施工的影响，快速完成工程量计算，控制项目成本。结合虚拟施工结果，评估变更对施工方案影响，优化施工资源配置，控制工程进度和成本，保证质量。

3.3 运维阶段变更管理

为防止信息丢失，竣工验收时运维单位参与BIM模型管理。如图3所示，竣工验收和试运行开始，施工单位和设备厂家提供技术变更信息。安全生产要求、市场供求关系改变，政府审查部门和业主向运维单位提供政策规范变更信息。工程功能和能耗无法满足实际要求，运维单位向业主提供技术变更信息。

图3 运维阶段变更信息流向图

运维阶段由运维单位进行工程运行维护，管理BIM模型。运维单位将工程实体及相关设备的使用和性能信息实时更新到BIM模型。运维阶段，BIM模型包含项目之前所有信息，变更提出最少。运维单位利用BIM模型经常进行模拟分析和仿真计算，确定最优运维方案，提高运维经济效益，延长工程项目使用寿命。

4 结语

BIM技术提供参数化建模、模拟分析实际性能、协同工作、自动统计工程量等功能，管理参与方内部和参与方之间的变更优势显著。采用BIM技术的工程项目全生命周期分为设计阶段、施工阶段和运维阶段。基于BIM技术的分阶段变更管理，分阶段指定BIM模型管理单位配合业主组织各参与方协同工作，完成工程项目变更。