BIM技术在施工阶段项目管理中的应用研究

蒋春迪 ,袁宏扬

(1.安徽工业大学 管理科学与工程学院，安徽 马鞍山 243002；2.中建八局第一建设有限公司，上海 200000)

当前，我国政府正大力地推进新型城镇化建设，建筑施工行业生产效率低、消耗量大、施工技术和项目管理水平落后的传统建造模式明显有悖于建筑业可持续发展的要求。施工过程中的管理效率低下、材料浪费损坏、质量不可控、工期延误乃至安全隐患等情况普遍存在，迫切需要运用新技术和研发新工艺来注入现代建筑业[1]。因此，如何运用BIM等先进技术来提高施工管理水平，是施工企业当前面临的重要课题。本文结合BIM技术的特点，从施工项目管理的安全、质量、进度、成本四个层面，系统地总结分析BIM技术在施工阶段的应用点及其应用价值优势，充分结合工程实例，全面分析阐述，论证BIM技术在施工阶段的应用价值。

一、 BIM技术在施工阶段的应用概述

(一)安全管理

建筑施工的安全是建筑施工行业的基础，是进行施工各项工作的保证。安全控制关键在于提高管理人员和现场施工人员的安全意识，完善项目安全管理组织体系，建立健全安全文明管理制度条例，以防患于未然。

施工阶段BIM技术的运用，可以从以下三个方面入手：一是施工区域安全管理。由于行业的特殊性，施工现场存在着大量的建筑垃圾、砖石钢筋、管架木料、大型机械设备等，因此存在很多的安全隐患。传统的安全教育效果并不理想，基于BIM技术的可视性给传统的安全教育带来全新的体验，安全教育的效果也会显著提高。二是材料设备及车辆进出场安全管理。施工现场少不了运输各种建筑材料的卡车货车，还有大型机械的配合用工，这些机械、车辆还有设备设施都需要严格的安全管理，以免发生意外，基于BIM的3D、4D模型，可以有效规划安全区域，制定合理的预案。三是大型塔吊设备的安全管理。大型塔吊作为高层施工中不可或缺的大型机械，其重要性不言而喻，既可给施工带来便利，同时隐藏着安全危机，基于BIM的模拟技术可以很好地演示预演，从而提高塔吊运行的安全指数。

(二)质量管理

质量控制是施工阶段继安全管控后的第二控制要素。质量管理中BIM技术的运用，可从三个环节去展开：第一，施工前图纸审查和技术交底。为保障施工正常有序进行，结合BIM技术可以更有效地检查到图纸中的问题。第二，施工工艺流程模拟。一些关键节点、重要部位，通过BIM技术预先演示制定计划。第三，动态质量信息监测。质量信息是需要及时更新管理的，BIM平台的信息可以随时调用、更新和共享。

(三)进度管理

进度控制首先制定进度目标，然后编制进度计划，以确保安全管理为前提，把控好质量标准，兼顾节约成本开支费用，尽可能实现或接近既定进度计划安排。进度管理的要点就是在施工过程中对实际进度与计划进度进行比对，发现问题，及时处理，分析原因，对点纠偏，保障工程稳定、持续不断地进行。

BIM在进度管理过程中，可具体分为三个环节：第一，施工进度计划模拟。BIM 4D技术可有效进行工程进度仿真模拟，从而给工程管理人员提供调整修改进度计划的依据。第二，管线碰撞检查。管线碰撞问题是实际施工中经常遇到的麻烦事，尤其是一些复杂的工程，碰撞几率更大。第三，动态进度跟踪管理。工程只要还在建，就会有进度，也就会有进度信息更新，需要根据实际状况做相应调整，因此，有必要对进度信息持续跟踪管理。

(四)成本管理

施工成本管理工作就是在保证工程安全文明，把控产品质量，协调工程进度的情况下，采取必要的管理措施，把成本控制在计划范围内。成本控制是一个持续的、动态的过程。BIM技术在成本管理包括快速算量组价、工程进度款结算、物料采购管理、工程变更管理、动态成本管理五个主要环节。

二、基于BIM的施工阶段项目管理应用案例

某市党校综合科研楼，总建筑面积11 320.63m2，地下建筑面积134.94m2，地上建筑面积11 185.69m2，建筑总高度25.7m，地下一层，地上五层。采用框架结构，独立基础，抗震设防烈度8度，抗震等级二级；耐火等级，地上二级，地下一级。

(一)BIM技术在案例安全管理中的应用

1.施工区域安全管理。引入BIM技术后，依助BIM实现的三维可视性，安全管理人员利用BIM软件建模，对一些高危区域，如“四口”“五临边”“物料堆放区”等地方进行重点标识，提前做好安全施工部署，保证现场施工人员的安全和施工的有序高效进行。另外，进行安全教育时，根据软件模拟的现场动画对每个现场施工作业人员进行安全教育展示，是一种很好的安全管理手段；一些BIM软件，如Revit、Navisworks、3D Max和Lumion软件可以对三维模型和施工场地进行渲染，还可以制作仿真动画漫游，施工人员可以直观具体对整个工程项目做深入了解，增强安全意识。

另外，现实情况中发生重大紧急情况如地震、火灾等，由于施工现场的复杂性，场地混乱，应急设备有限，尤其是地下车库，不仅空间庞大，而且路线四通八达，倘若在晚上发生紧急状况，对于现场施工人员更是难以处理。本着安全至上的基本原则，施工方必须要做一些紧急情况下的预案，以最大程度保障现场施工人员的生命安全。这些问题BIM技术可通过应急预案模拟优化设计解决，可利用BIM技术制定和优化若干应急预案，例如消防设备分布图、紧急疏散路线图、安全救生路线图[2]。同时应该通过BIM模型中生成的3D仿真模拟和动画漫游的形式向工人讲解沟通，会达到很好的效果。

2.材料设备及车辆进出场安全管理。施工现场要保证各种材料、机械设备和车辆的安全进出场，这是项目施工方需要解决的一个重要问题。传统的管理方法无疑是项目施工管理人员依据建设方提供的地质勘查资料和各种CAD图纸平面布置图等来确定各种材料堆放区，如砖石集中堆放区、钢筋加工堆放区、木材堆放区和混凝土集中制作区等，还有各种设备的放置和运输车辆的进出场路线停靠地等。该案例项目也是采用这种传统的管理模式，存在堆放区设置不合理、木材堆放区离钢筋加工区过近等问题，导致加工好的钢筋放置空间不足以及存在工人搬运的障碍；另外钢筋加工区至各栋楼距离分配不合理，一些设备的布置影响施工进度，有时车辆运输路线存在不畅通的情况等。这些问题，在BIM的三维可视模拟下，可以得到一定的改善优化。项目管理人员通过建立BIM模型，主要是三维立体的施工现场模型图，基于已建好的现场模型，制定更为科学合理的材料堆放区、设备放置区；对于车辆的运输线路，可以通过多次模拟演练得到最佳路线。当然，实际施工过程中发现仍存在缺陷和问题，甚至遇到工程变更的情况，已建好的模型可以灵活调整，软件会自动调整更新原管理计划。不仅如此，一般为了施工现场人员安全和防止重要设备材料丢失，采用BIM构建的场地模型对现场监控布置点进行确定，通过模拟现场监控布置位置，可以很好地了解监控布置视角范围和监控效果。从中我们不难得出结论，相比传统模式，BIM在施工安全管理方面的优势还是能体现出来的。

3.大型塔吊安全管理。塔吊几何尺寸大，运行所占空间广，其安装位置和作用区域的规划难度系数高，其安全规划方案要求很严格，一旦出现细微的差错，修正调整时间和花费成本的代价高昂，更为重要的是埋下了安全隐患，这在施工阶段是绝不允许发生的。这种情况下，可以借助BIM模型模拟实际塔吊的运转轨迹，以防止多个塔吊在运行过程中产生碰撞。随着施工的进行，塔吊逐步升高后，其碰撞模拟检测也是必要的。利用4D虚拟施工和碰撞检测技术对塔吊运行轨迹进行模拟，预先发现两台塔吊之间可能存在的冲突，进而合理规划塔吊的高度和运行安排计划，有效避免塔吊之间的安全冲突隐患[3]。

(二)BIM技术在案例质量管理中的应用

1.图审和技术交底。项目技术负责人在就某一分部分项工程、专业工程或关键节点向现场施工人员进行技术细节交代时，可通过BIM三维模型和导出的传统二维图纸，详细演示施工需把握的关键部位，重点控制施工质量，加快施工进度，使一线施工管理和技术人员立体、直观、有预见性地把握整个项目情况[4]。

2.工艺流程模拟。BIM三维模型可以展示工序流程示意图，便于和工人沟通，从而使质量有所保障。同查看有专业建筑术语的二维图和照样板图施工的传统方法相比，施工管理人员通过BIM模型，可以快速掌握具体信息，尤其对细节问题如孔洞预留处、钢筋绑扎节点、管线布置交点等的处理优势明显[5]。相比二维 CAD图纸，BIM技术可以利用 BIM 模型4D模拟可视化、模拟施工动画漫游进行技术交底，使得项目施工人员可以直观了解复杂工程节点具体细节，有助于保障工程质量。

3.质量信息监测。质量控制是需要动态的质量管控，其中最主要的环节是质量信息的记录存储和共享，BIM平台无疑是很好的选择。传统质量信息监测的方式是由质量员负责一定的区域或一定的专业工程，把发现的质量问题登记到质量检查记录表上，同时现场用手机对问题部位拍照留存，问题部位、问题描述、问题备注等信息都要记录完整，这种模式工作效率明显不高，还有可能出现记录检查的错漏情况。面对复杂工程，涉及信息量大、牵涉对象多时，这种模式显然已不适用。采用BIM平台，质量检查人员携带手持终端设备将BIM模型与现场实际施工情况相对比，将相关检查信息对应到具体部位或构件，备注问题内容，同时上传问题部位图片至电脑终端或者数据后台，便于整合信息及数据统计与日后复查校核。图1为BIM技术应用下具体信息传递流程示意图。BIM平台下，质量信息的完整性得到保障，信息可以及时准确地上传、流转、共享，提高审核处理信息效率。

图1 BIM质量信息处理流程示意图

(三)BIM技术在案例进度管理中的应用

1.进度计划模拟。利用BIM 5D技术所创建的建筑模型，集成了工程量、价和项目进度信息，同时可以把施工进度关联到相应三维模型的建筑构件上，动态直观地模拟施工变化过程，实时监控工程项目施工进度，使工作人员在任何地点、任何时间通过互联网对BIM软件和工程项目进行云端处理成为可能，大幅增强了管理上的机动性和精细度，及时做好资源的优化配置，保证工程整体进度。

2. 避免管线碰撞。BIM软件形成的三维立体模型，让管理人员清晰看到项目管道管线空间布局，以及设备管道标高位置，有效避免了大量的碰撞事件；利用BIM平台还可以充分考虑管线及设备之间所需安装空间、作业顺序，让工程施工更流畅高效地完成。为应对这些碰撞问题，一些更为专业的BIM 软件，如Navisworks、Revit等，具备专门的碰撞检查功能，有很好的实践效果。

3.进度跟踪管理。基于BIM技术的进度管控方法更加简便、高效、精确，真正实现了高水平的动态进度管控。当实际进度与计划进度出现一定程度上的偏差时，BIM团队会利用BIM专业平台，例如采用广联达BIM 5D软件，分析偏差产生的原因，实时调整纠偏进度计划，相关专业负责人、工程师也可以在BIM信息平台上共同商讨纠偏方案，大大提升了进度偏差处理效率。

(四)BIM技术在案例成本管理中的应用

1.快速算量组价。BIM技术的出现，尤其是当各种BIM算量计价软件投入市场，算量组价变得技术化和专业化，从识图人工算量到导图软件计量，算量人员工作效率和效果大大提高。不仅如此，通过具体合同内容、计划与实际施工的消耗量、分部分项工程单价、分部分项工程合价等数据来进行比对，可以有效了解项目的盈亏情况，有无材料的浪费超额，有无存在违规高价购买材料设备等问题，实现对项目成本风险的有效管控。

以党校综合科研楼为例，利用广联达BIM钢筋抽样软件建模，可快速准确地计算出钢筋量；利用广联达软件查看构件的属性信息，方便后续查找和替换更改构件，可以根据实际需要进行图元信息修改变更，易于对工程变更后工程量的重新计算；同时应用广联达软件建立的三维模型可帮助算量人员提高感性认知，尤其是对一些复杂的管道安装工程，同时也便于“查缺补漏”某些构件和细节工程处理，有效防止工程量的偏差；广联达软件还可以快速分构件、分楼层、分区域展开工程量计算汇总，以满足算量人员不同阶段的需求。

2.工程进度款结算。BIM 模型将工程数据以建筑构件为载体进行存储、分析，故可以快速将完成构件拆分、组合，对本周期完成的实际工程量快速计算。基于BIM 4D模型，参照现场施工进度，查找更新并汇总进度款数据，造价人员利用BIM 模型迅速精确地汇总某阶段、某工程、某楼层的工程量和造价。与此同时，业主方也可以通过 BIM 共享平台迅速审核其数据的准确性，提高工程进度款的结算效率。

3.物料采购管理。材料管控应该从三方面去把控：第一，控制好规格，采购人员要严格对应需求计划所要求的规格，不可擅自变更；第二，控制好质量，采购人员要对采购物料严格筛选，以国家或行业质量标准为参考；第三，控制好数量，采购人员一定要按需按计划采购，一次性超量采购会造成材料浪费和仓储困难。零库存，这是施工方所追求的最理想物料仓储管理目标，通过对BIM技术的运用，可以及时掌握资源消耗情况，预测制定下一阶段资源需求计划，合理进行资源优化配置调度，可以在最大程度上逼近零库存的目标。

4.工程变更管理。业主或监理工程师提出变更指令，作为施工方首先是要做好现场勘查工作，明确材料机具需求量、返工和新用工工程量、工期损失情况等，为以后可能产生的变更向业主提出索赔。依托BIM平台的参数性设置，可以通过修改变更处的信息，快速简便地得出变更后的模型信息及数据报表。

5.动态成本管理。成本管理是贯穿施工过程始终的，只要工程处在开工状态，成本管理就要进行。在该项目建设过程中，项目经理会要求预算人员经常去现场，一是了解工程进度和工程存在变更的情况，便于完成月报或周报的产值报表，和变更处索赔跟踪及费用计算；二是记录现场材料人为损坏或浪费情况，特别是设备丢失损坏和钢筋浪费问题，找到责任方，对其进行相应惩罚。BIM算量软件依据已创建的钢筋、土建模型，分楼分层分部位，快速准确得出钢筋用量、砼方用量，保障施工有条不紊地进行；大量的成本变更基础数据难以简单记录处理，对于复杂多变的成本信息，BIM 5D平台录入存储便捷、清晰可观，便于造价管理人员操作处理，更全面系统地分析成本情况，有效控制成本，做好成本动态管理工作。

四、结语

BIM技术在建筑行业的广泛应用，是建筑行业一次具有里程碑意义的重大升级转型。本文结合具体的项目案例，研究了在施工阶段安全、质量、进度、成本管理中BIM 技术的应用环节和引入点，展示并论证了BIM技术带来的优势和应用价值，即安全把控更有效，质量管控更合理，进度模拟更全面，成本控制更精细。BIM技术正是当前施工管理创新的重要手段，上述论证为我国施工企业应用BIM技术提升项目管理水平提供了有益参考。