基于BIM技术的“BIG+”智慧工地质量安全管理系统开发与应用

陈瑞 陶建伟 汪建波 宋朋飞

摘要：文章在项目传统施工管理的基础上，结合GIS+BIM技术的动态项目实时管理，实现项目施工的颗粒化信息管理新模式的研究。结果表明：公路施工在野外工作时间长、范围广，传统施工在细节上很难把控，融入颗粒化信息管理手段，可以高效、快捷、准确地管理施工各要素，实现施工过程的提质增效。但新技术的实施需要新制度的配合，这是—个循序渐进的过程。

关键词：GIS;BIM;颗粒化;施工管理;实时管控;提质增效

中图分类号：U415.12 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.055

文章编号：1673-4874（2020）11-0201-05

0引言

BIM为“建筑信息模型（Building lnformation Modeling）”的简称。BlM是以三维数字化技术为基础，对项目构筑物实体中各种构件进行参数化的定义。目前，BlM技术在我国还处在起步发展阶段，随着大家对BIM技术的了解和认知，其渐渐在工程建设、管理的各个环节中开始应用，并凭借其可视化、信息化、精细化等特点，在项目施工全生命周期过程中起到促进与优化作用。本文通过BIM技术在新疆乌奎高速项目（一标段）施工管理中的应用，探讨BIM技术和施工管理过程结合的一些施工难点问题及解决方案，在此基础上联合开发了一套较为先进的项目管理平台，并已应用于项目施工管理过程中。

1BIM技术用于路桥施工管理的优势

路桥施工管理由于工程量大，数据统计较为繁杂，对数据规范化、标准化的需求从未间断，项目概预算、成本管理、质量验评等也有各自的系统软件，但各专业之间技术关联度不高，存在各自相对独立的局面。

BIM技术是设计资料的图形化展现，也是项目最终交付成果的电子化展现。BIM模型中不仅提供了图纸信息，也可包含项目的预算、阶段交付成果、位置等数据，这些数据可为施工管理提供规范化的进度、质量、工程量、成本等数据，并可将其作为基准数据提供给施工全过程管理。路桥是交通运输的重要基础建设，公路作为根基，桥梁作为交通土建工程的重要组成，其承受行车动荷载、受力复杂，结构上异形构件多，施工难度大，故寻找BIM技术在路桥领域的应用是非常有必要的。

2BIM施工管理系统在项目中的应用介绍

2.1项目简介

连霍高速公路（G30）新疆境内乌鲁木齐至奎屯段改扩建工程第一标段（以下简介乌奎一标项目，K3604+472.023～K3632+000），路线长度为27.596km。全线采用高速公路技术标准，为“四改八”项目，设计车速为100～120km/h。该项目有大型跨线立交三座、跨铁路线桥、两个收费站等结构物，其中大部分路段在市区内，施工环境复杂，工程要求周期短，需要更细化的项目管理以加强施工效率。

2.2项目应用需求研究

针对目前安全监管和防范手段相对滞后，全国建筑施工企业信息化水平仍较低，信息化尚未深度融入安全生产核心业务的现状，利用信息化对建筑施工安全生产进行“智能化”监管已然刻不容缓。

新疆地域广阔，地理条件特殊，有些项目所在地甚至处在无人区，实时了解各个项目现场的实时动态成为建设方最为关注的问题。在现场管理工作中，人、材、机以及生产情况管理为管理工作的重点，管理和调配好这些资源，按目标分阶段完成各工程的工作量是项目管理的关键所在。如何实时远程了解到每一个项目的进展，对重点工作进行管理控制，是项目各方管理层都关心并重视的事情。

通过对BIM的特点以及项目的实际情况了解讨论后，决定以实用性、易用性为出发点，采用新方式对某些现场管理关注点进行开发应用。此方式可避免出现以往管理系统开发周期长、使用人员学习成本高而带来的推行风险。

本次BIM技术在乌奎一标施工管理中的应用研究主要包含以下几点：

（1）选取项目中含结构物及建筑的区间区域进行BIM建模。

（2）BIM技术在场地部署中的应用。

（3）利用移动物联网设备的现场实时监控。

（4）利用云服务及IOT监测设备对重要结构施工过程实时监测。

（5）BIM模型在计划管理中的应用。

（6）移动终端参与的现场质量安全管理。

（7）基于BIM平臺的物料质量检测。

（8）基于BIM模型的图纸管理应用。

（9）二维码信息管理与项目资源管理应用。

2.3系统组成及架构

该系统可满足总承包方及施工部门综合管理使用，逐步实现无纸化办公要求。系统总体类别包括两大系统：硬件系统、软件系统。施工结构分为四个子系统：基础信息管理系统、进度管理系统、安全质量管理系统、人机材实时定位系统。根据项目总承包方出台的相关公路工程质量安全监督管理业务标准体系及责任追溯和查证体系的要求，运用物联网综合应用技术建设，结合BIM施工管理模式，综合开发基于GIS数据分析的“BIG+”智慧工地全生命周期质量安全管理系统（如图1所示）。

2.4系统功能模块

本次施工管理应用平台完全由我们自主研发，不依赖于别的软件。各部分的成果包含如下：

2.4.1建模部分

本项目选取头屯河大桥至头屯河收费站之间部分作为BIM建模及应用研究部分。模型包括头屯河大桥、头屯河及昌吉东收费站、综合楼土建部分。BIM模型整体效果如图2～5所示。

2.4.2BIM施工管理平台场地部署功能应用

将BIM模型导入至开发完成的施工管理软件平台，数字地模和BIM模型结合后，可展现最终交付实景的项目三维效果（如图6所示）。施工管理者在项目前期可结合数字地模和项目标准模型进行现场工区、施工范围、桩号等区域及工作划分，系统平台根据划分的范围自动生成可视化施工范围，现场划分部署可使项目部各参与人员快速定位至自己所负责区域。

2.4.3移动物联网设备的现场实时监控

实时掌控现场动态一直是施工管理者关注的重要环节，现场的人机数量情况也体现了施工的效率及资源利用率。利用GIS技术中的实时定位优势，以移动通信终端为载体，开发App程序实现位置的实时跟踪，移动终端所发送的位置信息体现在三维数字地形中，并与全球坐标系统一标准。通过前面所述的场地划分记录不同人员设备的各个工区，统计每天现场各工区的人员设备到位数量、运动轨迹及工时累计。应用效果如图7所示。

该项功能不仅可以解决传统施工过程中人员、车辆信息管理复杂的情况，还可以解决野外人、机粗放式管理的问题。通过施工人、机实时管理，既可以达到野外施工打卡管理，基于GIS信息的三维管理平台，也可以实现真正的红线管理机制，让传统的界线类管理模式有据可依。除此之外，还可以做施工人员资源调配、方案制定以及技术监理工时考核，大大加强了项目现场管理力度及可能性。

2.4.4BIM模型在计划管理中的应用

BIM技术的引入对传统计划管理带来全新概念。通过对BIM模型中各交付物的划分，确定了计划管理标准，与施工组织计划结合，编制出以设计模型为基准的可执行计划，以BIM可视化的优势，可对施工技术方案进行模拟，检查施工计划方案的可行性。具体应用过程如图8所示。

首先建立合理的施工组织计划，再将报表与甘特图、BIM模型建立关联关系，通过三种方式实现项目进度管理形式，能够直观地、可视化地了解项目计划进度。在项目实施过程中，如果施工计划有调整，可以通过调整报表的起始时间来改变计划进度。因为建立了关联关系，相对应的甘特图、BIM模型会自动改变相应进度，无须人为逐一改动。该项功能可以很好地检查施工计划错误项，同时，也有助于在施工过程中直观地了解施工目标及实际施工进度，以及开展方案修改、制定、汇报等工作。

2.4.5移动终端参与的现场质量安全管理

该功能模块建立了安全隐患排查的闭环管理模式，结合影像资料分析、备案，实现项目安全管理机制。安全定义功能可下达至各施工点开展常规安全隐患排查任务。同时，安全管理可以将发现的常规或非常规的安全隐患问题及时上报，形成带有影像资料的上报信息，用于指导安全隐患问题排查工作。根据查看安全问题处理状态形成质量安全的闭环管理，其中包含安全隐患的描述、建立时间、位置、标题、负责人、是否排除等信息。

质量安全数据记录效果如图9所示。

安全管理分为常规安全隐患管理项与非常规安全隐患管理项和该功能模块的常规安全隐患管理项。在项目实施过程中，需要项目安全员根据自己的工作进度进行常规安全隐患排查信息更新。对于非常规安全隐患管理项，其他项目施工人员在工作过程中，发现的突发性的安全隐患问题都可以进行上报。信息上报更新工作就是将质量相关问题填入上述报表汇总，其中包含质量问题分类、建立时间、位置、标题、负责人、是否排除等信息，同时可以实现“人人都是安全员”的战略性安全管理机制。

2.4.6基于BIM平台的物料质量检测

通过BIM模型中的构件信息管理，结合二维码信息共享，依托项目实施过程中施工进度报表的填写，将填写上传的施工进度信息报表逐条转换成二维码信息，从而将每一个结构物的名称、位置、起止日期、负责人、数量等信息体现出来，方便项目现场实施管理与协调施工，达到信息化的高效利用（见图10）。

该项功能所利用的数据信息是上述进度管理、资源管理的数据，将不同结构物的二维码生成、下載、打印并张贴在对应结构物上，根据项目管理架构建立完整的闭合资源管监督管理体系，在每一个数据转接阶段都需要专项人员确认，最终实现数据的时效性与准确性。

2.4.7基于BIM模型的图纸管理

BIM建模源于图纸，打破传统的图纸管理方式，在建模过程中把所有二维图纸一一对应，通过反查的方式可更方便地找出该部位的原始设计资料。模型中显示颜色部分为已经挂接的二维图纸部分，可下载此模型对应的图纸至本地（见图11）。

3效益分析

通过引入BIM技术，可精细化管理人员工时、物料、工程量核算等间接成本，相较于传统项目管理，BIM项目管理信息化更加全面，管理机制更加细化、完善，在数据粒度、数据及时性、短周期多维度方面都更具优势。通过BIM解决方案，大大改善传统成本控制中的难点，BIM技术在处理实际成本核算中有着巨大的优势。由于工程项目建设中因协同困难产生的工期延误而导致的资源浪费相当巨大，而利用BIM技术共享，协同能力提高，加快了工期进度，降低了资源消耗，也是有效降低成本的手段之一。

BIM技术投入到公路建设是社会发展的必然趋势，也能反映出行业职能部门对先进技术的把控与支持，提升职能部门形象及公信力。BIM技术终将成为EPC单位不可缺失的技术，作为设计、施工、养护全周期可使用的全新综合性技术手段，不仅能够提升项目全过程施工管理效率，节约成本，提升企业在社会层面的影响力，而且可以协助地方政府制定相关标准，加强企业项目建设、技术研发等方面的领军实力。

4应用研究总结

在乌奎一标项目的BIM系统建设应用研究中，该系统建模利用Rhino参数化建模完成。平台根据现场管理需求不断修改完善，力求以实用为主，除上述应用研究外，还增加了人、机信息管理、数据填报EXCEL导入导出、场景快速定位等项目建设中需求的研究。

通过近两年来在项目现场的应用研究，工作过程中也出现的一些难点和问题，如：资料电子化的普及问题、各专业间技术接口的协调、BIM施工管理平台涵盖的管理面等，这些问题仍存在于传统施工的大环境下。技术的创新、管理的创新，都离不开一代代研究人员的铺垫与创新，最终BIM技术将极大地优化我国施工管理，打造真正的信息化施工管控体系。

5结语

在此项目研究中，BIM技术和施工管理的结合在技术层面上是完全可行的。虽然现阶段各个方面的专业配合还不尽完美，但通过此次在项目中的应用效果来看，参建各方反映非常好，期望尝试新技术，更期望着新技术为各自工作带来全新体验及便利。我们将会把此应用研究继续下去，为BIM技术助推路桥行业施工管理的发展贡献绵薄之力。