基于BIM的地铁施工设备物资精细化管理系统*

张 楠，何 敏，孙有恒，郭雪卿，胡振中

(1.中铁建华南建设有限公司，广东 广州 511400； 2.广州地铁集团有限公司，广东 广州 510000；3.清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055)

0 引言

大型工程项目建设过程中，设备物资种类繁多，成本占比较大，实现高效、数字化的设备物资管理往往是工程管理重中之重，也是精细化管理的关键。近年来，面对城市人口不断增长的压力，为解决城市公共交通运输问题，地下轨道交通进入蓬勃发展阶段[1]。由于地铁项目建设规模较大、涉及专业众多、施工工况复杂且施工顺序频繁变更[2]，导致地铁工程设备物资管理更加困难。通常情况下，物料在大型工程项目中的成本占比≥50%，因此设备物资管理是地铁项目成本管理的重要环节[3]。

地铁项目建设过程涉及土建、机电等多领域协同施工，导致物料种类繁多[4]，传统人工填表录入方式不仅效率极低且易出错，造成工期延误或物料数量不符合生产要求等问题。因此，本文通过引入BIM (building information modeling) 技术实现设备物资计划管控，提高物料管理准确率和效率，以保证工程项目正常运转。

1 设备物资精细化管理方法研究现状

1.1 BIM技术

BIM技术即建筑信息模型，该技术的载体是建筑模型，可收集和处理建设项目各种信息与真实数据，并通过可视化的应用指导相关建设项目施工和设计管理。该技术主要应用于工程设计和管理，在参数模型中整合各项目的相关信息，共享和传递项目运行、维护和规划过程，使技术人员能正确了解建筑全生命周期的各类信息，并对相关问题制定有效应对措施，对节约成本、缩短工期、提高生产效率具有极其重要的作用[5]。

国外建筑行业竞争比较激烈，在部分发达国家，BIM技术的发展已经非常成熟，熟练应用BIM技术已成为提升企业竞争力的重要因素[4]。我国针对BIM技术的研究处在蓬勃发展阶段，许多大型建筑项目，如国家体育馆、青岛海湾大桥等施工建设及运维管理均应用BIM技术，以提升整个项目的整合度[6]。

1.2 基于BIM的设备物资精细化管理方法

目前我国施工企业的物料管理信息化水平比较低，缺乏整体系统分析，对物料数量的把控也不到位，易造成资源浪费，占用企业资金成本[7]。然而，随着BIM技术的不断发展与成熟，近年来建筑行业对BIM在物料管理领域应用的研究逐渐增多。2015年，Cheng等[8]提出基于BIM的自动物料物流规划管理框架，用于实现项目高效交付，以减少资源、空间浪费。2016年，Yu等[9]开发基于BIM的现场物料供应动态模型，实现多种信息整合，施工效率提高近20%。相关研究还有很多，马来西亚建筑行业近些年的研究方向逐步聚焦于BIM与材料管理集成领域，以解决项目全生命期问题，并提升信息化管理水平[10]。

目前建筑领域对BIM技术的研究多侧重于BIM技术在设计阶段的应用，或施工阶段的进度模拟等问题[11]，对物料管理尤其是大型工程项目物料管理的研究不是很多。其中，多数研究只提出基于BIM技术的物料管理流程、优化方法与应用领域，并未真正形成可实现的应用系统[4,7,11-12]。在实际应用方面，何田丰等[13]提出基于BIM与物联网的钢构桥梁跨平台物料管理方法，实现PC端、Web端和移动端的物料状态可视化查询。重庆轨道6号线的二期站后工程采用BIMCC智慧工地系统对机电设备物资进行精确管理[14]。通过以上研究可以发现，基于BIM的精细化管理可有效缩短工期、节约人力、优化管理流程、规范施工过程。施工阶段基于BIM技术的物资管理理论流程已相对完善，可应用的专业软件系统却很少，尤其是地面轨道交通大型工程项目施工领域。因此，研究人员在课题组原有研究[15-16]基础上研发基于BIM平台的设备物资精细化管理系统，可进一步提升地铁等大型施工项目的物料管理效率，节约成本。

2 地铁施工设备物资精细化管理系统

2.1 系统组织流程

2.1.1系统整体技术架构

系统整体技术架构如图1所示，由存储端、服务器端、客户端组成。存储端数据源由设备物资进/退场活动文件及验收报告组成，涉及施工过程设备物资管理的全流程数据。数据接收后，服务器端可通过相应引擎及算法实现数据上报、搜索、审批、预警及指令下达等功能。经处理的数据可通过云服务实现客户端可视化展示与相应功能呈现。

图1 系统整体技术架构

2.1.2系统功能架构(见图2)

图2 系统功能架构

1)物资进场管理界面功能模块分为导航标题、项目组织结构树和进料计划表单，在项目组织树中可以选择目录树大纲级别或搜索内容；进料计划功能菜单包含数据透视分析工具、创建材料计划、删除信息和导出列表信息。创建材料二级窗口可添加材料及附件信息，完成后可发送审批。

2)施工设备进场管理包含施工设备进场和分类管理，用户可添加设备并进行进场审批、删除设备信息、导入施工设备清单列表、查看审批记录详情等操作，可快速实现设备进场信息化协同管理。同时设备类型和管理分类可根据录入的设备名称自动填充，支持设备表中没有的设备类型手动填写。

3)设备物资到场后，由施工方/集成商创建到场报审验收表，并选择进场的设备材料，由监理方审核后，确定最终进场的设备材料清单。进场的材料会抽样送检，检验合格后得到相关材料文件并且需要监理方审核，确保到场材料记录详细，为设备材料的全程跟踪提供数据基础。

2.2 系统项目应用

本系统是依据广州市轨道交通18，22号线工程需求，自主研发的地铁施工精细化管理系统子系统之一，用于解决地铁施工过程中大量土建、机电设备物资管理问题。

广州地铁18，22号线为市域快线，两条线路全长93.1km，是国内首条时速160km的高规格地铁线路，对工期、技术、环保及管理等要求十分苛刻，具有施工标准高、规模大、专业多、工期紧、风险高等特点，需要采用大量新技术、新材料、新工艺、新设备。本项目根据广州市轨道交通施工工程需求，研发可通过PC端、Web浏览器和移动设备使用的设备物资管理系统，实现高效、精细化管理。

2.2.1系统功能实现

1)设备物资计划报送 系统可实现由施工项目的三维BIM模型自动计算工程量清单或集成第三方算量工具，根据施工计划，基于创建的BIM模型可导出相应时间节点内所需的构件种类及数目，结合相应物资单价即可推算所需土建、机电物资的数量及总价。系统支持材料计划单根据BIM模型直接导出，如需手动添加，可点击该窗口中的添加材料按钮添加材料信息，必填字段输入并确认后可完成材料信息添加。系统实现物资计划的线上报送及审批流程，根据工程进度信息超前提醒材料计划报送及进行报送流程审核超时提醒。

2)设备物资进/退场报审验 设备进场报审只选择需进场的设备，即可执行施工设备进场操作，同时可删除和编辑设备。点击保存可保存进场设备信息，点击发送进入进场审批流程，设备退场后可通过退场库申请再次进场。

物资进场报审需填报进场审批表，当进场报审通过监理审批后，系统同时发起材料使用审批，等待监理同意。创建材料进场审批窗口可下载材料清单模板，将需要进场报审的材料填入表单后上传，系统可自动读取材料清单数据，同时上传该批次材料的出厂合格证明或第三方检测证明附件，然后发起材料进场审批流程(见图3)。用户也可利用手机客户端查询审批状态，进行设备物资进/退场申请，更加方便快捷。

图3 物资进场报审流程

本系统可实现进场设备物资线上报检验收流程，确保进/退场设备物资清单及验收记录线上归档，帮助监理方及施工方减少物料进场相关资料整理工作，提高工作效率。施工设备报审流程在进场审批基础上增添退场审批模块，同时，系统可完整保存物资相关进场活动文件，为设备材料全程跟踪提供数据基础，从而实现对监理及施工方的绩效考核，并为供应商综合评价提供数据依据，保存的进场活动文件及数据如表1所示。

表1 保存的进场活动文件组成

3)设备物资出入库管理 系统支持对设备物资的出入库管理，根据施工组织设计及现场设备材料需求情况，系统能分析设备材料到货数量及计划时间，并结合实际进度及物资消耗情况进行库存预警，当累计入库量-累计出库量≤10时，显示预警图标，提示库存不足。系统能动态跟踪不同批次物资进场及使用部位的位置信息，并将物资使用部位信息反馈至BIM模型。

4)生成设备物资管理清单 系统支持清单扫码录入、表格批量导入等录入方式，包括但不限于物料到货清单、设备合同清单、资产移交清单等，并且支持关键词检索，实现用户在系统查看自动统计的清单实时数据，以减少人工核算工作，提高报表统计效率。

2.2.2系统应用效果

本系统布局合理，操作简单易懂、响应时间短、功能丰富，可满足施工全过程的设备物资管理需求，大幅提升地铁施工管理水平。系统可完整保存所有设备物资相关文件，为日后查阅、信息追踪提供数据支持。同时，通过地铁信息模型直接导出材料计划清单也可大幅减少人工核算时间，避免因计算错误造成的资源浪费，节约施工成本。也可以将物资使用部位信息反馈至BIM模型，方便系统根据实际物资使用情况动态调整进度计划。系统界面还可显示每日预计完成施工量与实际完成量的对比，使施工进度管理更便捷。

3 结语

目前，我国建筑领域对BIM技术的研究仍侧重于设计阶段应用或施工进度模拟等方面，对物料管理方面的研究多停留在理论阶段，少有实际落地的系统应用。本项目通过自主研发的基于BIM的管理平台及对设备物资管理流程的优化分析，提出设备物资精细化管理系统，是目前国内少有的自主研发大型工程项目施工精细化管理系统。经过工程验证，本系统设备物资管理流程可大幅降低人为因素导致的资源浪费，很大程度避免传统管理流程中重复冗余步骤，缩短项目周期。同时，系统将所有物料管理过程中的文件进行云端存储，方便全程追踪设备材料，比纸质文件更清晰、易保存。此外，系统通过简单调整即可用于其他大型施工项目的物料管理，有很强的可拓展性。

后续系统研发会考虑完善以下方面，以提升用户体验。

1)根据材料进料计划自动触发物资进场报验流程，确保及时性，根据后续到货数量直接形成库存量。

2)将施工计划关联BIM模型构件，平台通过预设不同材料加工时间和施工计划，提前自动生成材料订单并生成订单二维码发送至工厂。工厂在材料加工过程中将原料、加工工艺、加工时间、检验报告等相关信息补充至订单二维码。材料到达现场后，材料员检查材料质量后通过平台手机端材料报验功能扫描材料订单二维码，生成材料进场报验申请，审核相关材料信息完整性并发送至监理员。