基于BIM技术的施工管理流程探索

李锦华，张增召

（天津城建大学 经济与管理学院，天津 300384）

1 BIM研究现状

建筑信息模型（building information modeling，简称BIM）是以数字技术为基础，利用信息模型在工程项目设计、施工、运营阶段进行管理的数字化方法，是信息技术在建设工程中的直接应用[1].根据美国国家BIM 标准对BIM 的定义：BIM 是用数字表达建设项目（设施）的物理和功能特征；它是一个共享的知识资源，为项目全生命周期中的所有决策提供可靠依据.BIM 具有可视化、协调性、模拟性和可出图性等特点.

BIM 技术以建筑行业信息化为发展契机，广泛应用到建筑行业，成为国内外学者的研究热点.西方国家BIM 技术应用比较成熟，研究也比较全面，主要包括BIM 标准规范研究、多维度多项目应用研究、BIM技术与其他高新技术集成应用研究.与此同时，各国也在研究制定BIM 环境下的项目管理流程与实施标准：美国宾夕法尼亚大学发布了《BIM 执行计划指南2.1》，制订了实施BIM 流程的结构化方法[2]；韩国制定了《建筑领域BIM 应用指南》等一系列BIM 应用指南，为BIM 应用指明了方向[3]；日本建筑师学会发布了JIA BIM 导则，明确了BIM 组织机构及人员职责要求，并制定了基于BIM 的阶段设计流程[4].我国对BIM 研究与应用起步较晚，目前的研究方向大都聚焦在具体项目上的BIM 应用、IFC 标准的拓展研究、BIM5D 应用等方面.清华大学软件学院建筑信息模型课题组提出了“中国建筑信息模型标准框架（CBIMS）”，CBIMS 中包含了BIM 实施标准和相关技术标准[5]，并从资源、行为、交付三方面规范了从设计到运营的信息传递；住房和城乡建设部于2017年5月4日批准《建筑信息模型施工应用标准》为国家标准，该标准提出了BIM在全生命周期过程中的构建、应用和管理要求[6].BIM标准的制定为我国BIM 技术的应用推广提供了体系基础.但国内现行BIM 技术指南仍停留在企业规划层面，实际应用深度不足，管理成效不显著，没有形成标准化的BIM 应用管理流程，BIM 普及应用存在障碍.

2 BIM实施目标

BIM 的目标决定了BIM 的组织架构，决定了应用BIM 技术可以实现什么任务，解决什么问题，确定BIM实施目标是进行项目规划的第一步.因此，首先要确定BIM 目标，这些目标必须是具体的、可量化的，其实现的目的是为项目的建设增值.

国内项目BIM实施目标大致有两种类型：第一种涉及项目的整体表现，包括缩短项目工期、降低工程造价、提高项目质量等，例如提高项目质量的目标包括通过BIM 技术实现协同设计、可视化设计，提高设计质量；通过施工方案模拟选择最优施工方案，从而指导现场施工；采用BIM 技术，进行资产、虚拟现实、空间等管理，提高运维质量；第二类与具体任务的效率有关，例如，采用BIM 技术，使得设计信息在建筑、结构、机电等各专业间及时准确传递；利用广联达BIM5D 进行快速自动排砖、自动提取流水段工程量；BIM 技术结合物联网技术实现半自动采集设备属性信息，提高运维效率.本文以国内某超高层项目为研究对象，其项目目标是提前60 天完工，获得中国建设工程鲁班奖等奖项，节省成本5 000 万元.该项目BIM实施目标为提高工程设计质量及施工质量，更好地开展项目管理，达到项目设定的质量、进度、成本等各项管理目标，以数字化、信息化和可视化的方式提升项目建设水平，做到精细化管理.

3 BIM技术实施

BIM实施目标决定了BIM 实施的流程、方案，而BIM实施的流程应以目标为导向，有计划、有目的地开展BIM 应用.目前，国内大多数项目采用BIM 实施自主设置模式，项目自行设置BIM 人员岗位，组建BIM 团队，依据项目特点确定BIM 目标，制定BIM实施流程.以某超高层项目为研究对象，归纳分析BIM 在施工阶段的一般应用流程，认为该项目结构形式复杂多变、多专业交叉工序复杂，BIM 应用效果显著，其实施流程具有借鉴意义，如图1 所示.

图1 BIM 实施总流程

3.1 建立BIM团队和组织架构

3.1.1 设置BIM 团队

BIM 团队是BIM 实施的重要基石，只有组建一支具有丰富经验的BIM 团队，明确团队成员岗位责任，才能凝聚团队力量，更好地在项目全过程中推行BIM，最终实现全员BIM.一般来说，BIM 团队成员包括：BIM 工程师、BIM 经理、BIM 总监等.

3.1.2 BIM 组织结构

伴随BIM 技术的普及应用，出现了众多与BIM 相关的岗位，传统的企业组织架构无法最大化BIM 应用的效益.BIM 环境下，迫切需要重新调整企业组织结构，以保障BIM 技术的实施.设计BIM 组织的目的是使各参与方、各部门的信息统一向BIM 模型汇总，BIM团队按预定流程围绕模型开展工作，并与各参与方、各部门共享信息.传统的组织结构模式有职能组织结构、线性组织结构、矩阵式组织结构[7].职能组织结构中每一个工作部门都有多个矛盾的信息源，不利于信息的统一汇总；线性组织结构中每个工作部门都有唯一的信息源，但是信息传递的效率低；矩阵式组织结构中每个工作部门有横向和纵向两个信息源，纵向可以获得职能部门信息，横向可以获得各分包商信息，并可以跨部门跨组织合作，信息传递效率高.根据这三种组织结构模式的特点，矩阵式组织模式最适合BIM 环境下的组织架构，设计基于BIM 的组织结构如图2 所示.在BIM 总监的统一领导下，以BIM 模型数据库为核心，横向收集各分包单位的信息，纵向收集各职能部门信息，信息传递的效率显著提高.

图2 基于BIM 的组织结构

3.2 设置BIM环境

3.2.1 硬件配置

为便于项目成员的协同工作，需要通过配备硬件设施来设置一个切实可行的BIM 工作网络环境，如图3 所示.BIM 模型数据都以文件形式组成；同时，BIM模型包含了建筑三维甚至四维、五维的信息，数据量是二维CAD 图纸的5～10 倍.随着BIM 模型精度的提高，这个数量还会增长.因此，首先需要配置至少1 台文件服务器存放模型数据和其他数据；其次配备多台高性能的台式电脑，用于总包BIM 工程师建模；再次，通过交换机和网线将各项目成员的电脑相连接，项目成员通过网络实时访问服务器上传模型；最后，配备多台高配置的图形工作站，用于可视化图纸会审、方案模拟等.基于流畅运行BIM 软件的目的，电脑最低配置应满足如下要求：操作系统必须是64 位操作系统；CPU（中央处理器）主频最低要求 2 GHz，CPU 核心数需4 核心以上；内存至少是8 G 以上；显卡应选择专业显卡或游戏显卡.

图3 BIM 工作网络环境

3.2.2 软件配置

BIM 技术不仅限于某一款软件，市场上也没有可以解决所有问题的软件，所以BIM 目标的实现，需要根据项目特征、BIM 目标选择多款软件配合完成.例如，为实现进度目标可以选择“Revit 建模软件+Navisworks”配合完成，为完成成本目标可以选择“Revit/广联达+广联达BIM5D”配合完成.

3.3 建立BIM综合模型

BIM 综合模型的建立是BIM技术实施的基础，综合模型的建立流程如图4 所示.总包BIM 小组负责人收到设计蓝图后，根据深化设计的要求，组织建筑、结构、机电模型的建立；各专业模型建立之后，首先进行内部碰撞检测，其次进行全专业碰撞检测，并将碰撞检测结果反馈到设计单位；设计单位依据反馈信息下发图纸变更指令，各专业模型依据图纸更新模型，进行新一轮的碰撞检测，直至形成零碰撞的综合模型，最终完善成竣工模型.

3.3.1 模型工作集划分

为了提高各专业BIM 工程师建模效率，实现多项目成员同时访问中心文件，协同创建本专业模型，需要对中心文件进行模型工作集划分.以机电专业为例：在机电服务器上创建机电中心文件，并以一定的规则命名，按暖通、给排水、电气、智能、消防等专业划分工作集；各专业BIM 工程师将中心文件拷贝到各自的工作站上（形成本地文件），并按照工作集所有者权限打开本地文件，创建本专业模型；无权修改其他专业模型，最后将本地文件同步到中心文件上.

3.3.2 模型文件命名

图4 综合模型建立流程

清晰的文件命名规则便于项目进行BIM 模型文件管理以及模型交付.模型命名要按照“项目名称—专业—楼层—模型精度—时间”的模型命名规则，项目名称既可以使用中文名称也可以使用英文名称，比如中国尊项目（外文名称CITIC Tower）建筑专业二层至五层LOD400 模型命名如下：CITIC_ARC_F2-F5_LOD400_20161012.

3.3.3 模型精度

根据美国建筑师学会对模型精度的定义，将模型精度划分为5 个级别[8]：LOD100，相当于概念设计，近似表示出建筑物的基本形状，如体积、造型等；LOD200，相当于方案设计，模型应近似表示出建筑的基本尺寸、位置、形状等；LOD300，精模，设计的精确尺寸、形状、定位、方向及其他信息；LOD400，加工制造，预制及预安装深度模型，包括实际尺寸、实际形状、定位与方向；LOD500，模型应与实际交付的建筑实体相一致，表现项目竣工时的整体信息，并包括业主在合同中所要求的构件、设备基本属性信息.

3.3.4 模型更新

保证模型信息真实准确的有效途径是及时更新模型，并确保其准确.当设计发生变更，需要及时依据设计变更指令更新模型，并调查现场实际情况，进行新的碰撞检查，及时发现问题反馈给设计顾问.模型更新流程如图5 所示.

3.4 BIM实施流程

施工阶段是工程项目的物化阶段，也是项目管理中的核心环节之一，这一阶段的管理成效很大程度上决定了项目的成败.在BIM 思维模式下，各职能部门协同工作的中心是BIM 模型，所有的数据信息都汇集到BIM 模型中.例如，合约部门通过BIM 模型进行流水区域划分，利用流水段进行快速提量，大幅提升了工作效率和准确性；计划部门采用BIM 模型后，通过4D 施工模拟、4D 工期进行进度计划的管控.

图5 模型更新流程

3.4.1 质量管理流程

工程质量是否合格直接关系到工程能否在竣工后安全使用，是施工管理的核心内容之一.基于工程质量动态管理与过程管控的特点，BIM 辅助下的质量管理，主要解决以下问题：①二维图纸表达建筑意图的局限性；②各专业碰撞情况；③记录工程现场的质量信息[9].依托BIM 进行质量管理，保障了质量信息的完整性与统一性，提高了质量管理的效率.为解决以上质量问题，设计实施流程如图6 所示.依据设计文件建立BIM 模型之后，需进行碰撞检查，如果发现新的碰撞问题，则需要重新调整图纸，碰撞检查合格之后向现场工程师进行模型交底，现场施工完毕之后，通过物联网技术（二维码）、三维激光扫描仪、手机、IPAD 等现代信息技术将发现的现场质量问题发布到BIM 管理平台（BIM 管理平台可集成各专业模型），有关质量责任人员查看BIM 管理平台，跟踪质量问题并督促相关施工人员整改工程实体.

图6 基于BIM 的质量管理流程

3.4.2 成本管理流程

施工阶段的成本在工程总造价中所占比最大，有90%以上，这一阶段对于建筑行业提高效益至关重要.基于BIM 的成本管理具有以下优势：①流水段提量；②不同维度多算对比；③精确的物料计划.通过BIM模型进行流水区域划分，利用流水段进行快速提量，大幅提升工作效率和准确性；将BIM 模型与实际进度、计划进度关联，并与材料单价关联，就可以直观地显示任一时间段的实际成本、计划成本以及盈亏情况.为实现以上功能，设计实施流程如图7 所示.BIM 模型以设计文件为蓝图，形成了三维（3D）的数字模型，3D 模型依据进度计划，将模型构件进行工作集划分，并和进度计划、实际施工进度、成本信息关联，形成了5D 模型，进而用于流水段提量、多维度多算对比、资金曲线等成本管理.

3.4.3 进度管理流程

进度管理是施工管理过程中核心环节之一，进度管理的成效决定了项目是否能按期完工.基于BIM 的进度管理，主要解决传统进度管理中出现的信息化程度低、可视化程度低等问题.BIM 工作小组把项目进度计划、实际施工进度与BIM 模型关联，进行计划进度和实际进度模拟分析，计划部及时发现偏差，采取有效控制措施，并视必要调整进度计划[10].基于此，设计进度管理流程如图8 所示.

图7 基于BIM 的成本管理流程

图8 基于BIM 的进度管理流程

3.5 BIM技术合同的制定

为了确保项目的顺利进行，减少后续过程中的纠纷，便于对分包的管理，需要以合同的形式明确各方的权利与义务关系，书面界定各方的工作内容.合同的内容应包括模型的精度、分包方的职责、模型交付格式、模型交付时间、模型管理以及知识产权等[11].

3.6 BIM人员培训

工欲善其事，必先利其器.BIM人员培训是BIM团队组建的重要基石，也是当前大多数建筑类企业应用BIM 技术迫在眉睫的问题.BIM 团队成员是BIM 目标的最终执行者，人员的素质决定了目标的实现程度.因此，需要对成员定期进行培训：一方面提高成员BIM 应用技术能力，使成员掌握多种BIM 软件，挖掘BIM 应用价值点；另一方面为项目、企业培养一批复合型BIM 人才，使他们不仅懂BIM，更懂管理.

4 BIM实施保障机制

为确保实现BIM 目标，使BIM 应用顺利进行，需要建立若干机制以保障BIM 实施.笔者针对国内某超高层项目BIM 应用不足之处，设计了以下BIM实施保障机制.

4.1 图纸与设计变更管理机制

模型更新不及时、模型修改混乱，不仅浪费人力物力，而且无法发挥指导现场的作用，因此有必要对相关图纸、设计变更进行系统管理.具体实施方法是：建立各专业设计变更统计台账（BIM 相关）、深化设计往来联系单及信函台账、图纸台账，并安排专人及时更新；台账中须详细记录文件名、文件签发日期、变更简述、模型是否已修改、模型修改责任人/单位等信息；BIM 负责人收到新版图纸或设计变更后，安排相应责任人，及时更新模型，并通知其他单位，复核已更新模型对其他专业模型是否有影响[12].

4.2 施工现场信息反馈机制

由于施工现场会不可避免地消化部分设计错误，以及无法返工的施工错误，导致实体质量与设计图纸存在误差，最终实体质量与BIM 模型存在误差，进而BIM 模型无法指导现场施工，甚至影响现场施工.例如，施工现场把一根折梁做成了直梁，该处无法返工，结构模型仍按设计图纸绘制折梁，机电管线综合排布基于结构模型进行排布，恰好从折梁下穿过，而现场情况是机电管线与直梁存在碰撞，影响现场施工.因此，需要根据现场反馈信息更新BIM 模型，同时监督施工现场.具体实施方法：①安排各专业现场工程师以日报、周报的形式，在BIM 例会中反馈现场信息；②开发一种基于BIM 的协同共享平台，工程师对比模型与施工现场，及时将发现的问题反馈，现场能整改的要求及时整改，现场不能整改的则保持模型与现场一致.

4.3 信息集成机制

BIM 的价值不仅在于它包含了建筑物的几何、物理、空间等基本信息，更在于它能够与其他技术相结合，解决传统项目管理数据与BIM 基本信息的相关联问题.在项目的全寿命周期过程中，一方面模型基本信息的精度越来越高，另一方面各专业也需要将材料、设备的信息及时加载到模型中.由于施工进程中参与方众多、材料设备繁多，如果不能及时加载工程信息，会导致后期较大的工作量，因此需要建立信息集成机制.具体的实施方法是：各专业在材料设备进场前，将各类文本、属性信息绑定到模型；在进场时，验收人员通过扫码检查材料信息是否齐全，否则材料一律不许进场.

5 结 语

在信息化飞速发展的今天，在施工阶段应用BIM技术，能够凝聚各部门力量，收集工程项目各类信息，提升管理水平，提高工程质量.将BIM 技术引入建筑行业，着重分析在施工阶段如何实施BIM，构建了基于BIM 的施工管理流程，提出了三种保障BIM 实施的机制，为BIM 在我国施工企业的应用提供参考.