基于BIM的施工管理系统开发及应用

胡忠华，余晖，郑忠波，王海东

（1.浙江省建投交通基础建设集团有限公司，浙江 杭州 310012；2.宁夏交通建设股份有限公司，宁夏 银川 750004；3.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021）

0 引言

在全球科技进步的浪潮下，建筑行业作为经济支柱产业，必须坚持科技创新。而施工阶段作为桥梁工程全生命周期中最为复杂和重要的部分，在其安全、质量、进度、技术、投资等方面的管理手段也需要与时俱进，否则在面对复杂和工程量巨大的工程项目时，存在传统管理模式无法适应新环境下发展需求的问题。

科学技术朝着智能化方向发展，对我国建筑业的信息化提出了更高的要求[1]。各个参建单位之间信息孤岛问题有待解决，沟通效率有待提高，以避免不必要的资源浪费[2]。因此，高效管理和运用项目实施过程中产生的信息数据并使得参建方有效协同是施工管理的重要目标。BIM技术因其可视化、模拟性、信息化的特质，能够很好地进行4D施工模拟和信息数据管理，而现阶段还鲜有标准化、系统化的施工管理平台投入应用。

鉴于此，本文自主研发了基于BIM技术的施工管理系统，并将其应用于工程实际中，解决了信息失真和传输延迟的问题，避免了信息孤岛问题的出现，实现了施工过程信息数据的集成化管理并辅助降低了桥梁建设中的成本和风险，为桥梁工程施工管理的可视化、协同化及精细化提供了参考范例，并推动了桥梁建设的高质量发展，同时也拓展了BIM技术在桥梁工程领域的应用范围，深化了其信息化特性在施工阶段数据信息管理中的作用。

1 基于BIM的施工管理系统开发

通过对桥梁工程参数化建模方法的研究，将BIM模型与施工管理系统搭接，进行管理系统架构和功能模块的精细化设计。此系统基于BIM技术特性对施工过程中产生的数据信息进行可视化、协同化管理，主要实现数据流和数据存储的分布式整理，将分散的数据存储单元进行逻辑统一化，并将统一数据库用于各方信息交互共享，为信息管理系统研究提供了范例。

1.1 反演预测方法

针对桥梁工程中异型结构较多，需要进行各类模型、模块的拼接且考虑横坡、纵坡的情况，大部分相关BIM软件的存储文件格式不一致，而Bentley平台系列软件均使用DGN格式[3]，因此，基于Bentley平台开展异型结构参数化建模研究，如钢拱结构段的参数化建模方法，将BIM模型作为系统的数据依托和信息管理主体，从而提高建模精度和建模效率。

图1所示为复杂结构异型钢拱的BIM模型，本文提出了参数化建模方法如下：

（1）将参数化坐标X,Y,Z导入MicroStation生成坐标点，部分坐标如表1所示，导入后通过四点同平面原则自动化检测坐标值的有效性和准确性。

表1 某钢拱结构段部分坐标值

（2）依据坐标值生成BIM结构，在实体结构上绘制横隔板截面，运用布尔运算切割生成横隔板单体，如图1（a）所示。

（3）标记横隔板单体坐标，在每段首位两块横隔板绘制加劲肋断面，沿板间路径放样生成加劲肋，如图1（b）所示。

（4）对钢拱结构段边缘四点进行标记，生成顶、底、左、右四面，应用BIM模型简易结构法生成顶、底、左、右四板得到钢拱结构段，完成后将各个拱段拼接得到整体钢拱结构，如图1（c）所示。

图1 异形钢拱结构参数化建模

建模中桥梁复杂结构部分参数化的实现，提高了BIM模型精细度，模型细节等级达到LOD400且可用于指导施工。在完成全桥模型创建后，将其作为施工管理系统的信息存储主体，在模型基础上进行系统功能模块的开发，即可实现BIM技术在系统中的深度搭接和应用。

1.2 施工管理系统架构设计思路

针对传统管理模式下信息交互困难、施工质量不易把控、项目工期影响因素复杂等问题，基于BIM的施工管理平台，面向建筑施工阶段，紧抓组织、过程、信息这三个要素，进行功能架构整体设计。技术架构开发思路主要遵循以下五点：

（1）数据信息均基于IFC进行结构化与非结构化分类存储；

（2）平台数据轻量化处理，支持大体量模型运行与巨量数据整合；

（3）模块化设计保证管理系统功能综合全面，细分信息、技术、质量、安全、进度、投资模块；

（4）保证管理系统普及度，保证各参建单位均应用此系统，从而实现协同作业，信息互通联动；

（5）系统使用方法简化，充分使用移动端App、模型、二维码技术。

基于以上技术架构，实现了施工管理系统的云端协同工作，模型的轻量化处理，以及基于WEB端的决策分析三大类功能，同时也可实现在系统中进行数据集成、实时控制和辅助决策。

在传统施工管理中，信息在交互中的流失会导致信息转换率过低，基于BIM技术的数据信息集成化管理可以使得信息统一化和离散信息完整[4]，在数据量过大时云端服务器可以通过并行方式将数据库扩增从而满足平台需求。施工阶段的数据信息具有来源广泛、数据量大、数据格式复杂及数据更改需求频繁四大特点，这些特征也增大了数据处理的难度。在完成BIM模型与系统平台的对接后，使用者可随时在移动终端和WEB端通过模型对管理信息进行查看并进行授权部分的信息编辑调整，各参与方对整体施工过程信息可即时查看、即时处理和即时沟通，真正实现协同工作。

1.3 施工管理平台模块设计

本平台根据各方需求设计模块，分别为项目管理、技术管理、质量管理、安全管理、进度管理和投资管理，以安全、质量、进度、投资管理为重点模块进行研发设计。

施工阶段，为了保证项目在可控状态下施工，必须以安全、质量、进度及投资为出发点，才能实现项目落地，保障业主、施工单位、监理单位的利益。安全、质量、进度、投资四者之间既相互联系又相互制约，既对立又统一。例如：在项目施工阶段，若各方只是加强对安全的投入，可能会造成施工进度延缓，投资额增加，但是施工质量会得到保证；若各方只注重施工质量时，不安全操作事故会减少，但是施工进度会减慢，投资额会增加；如果在施工阶段加快进度，则可能造成施工质量下降，安全性也可能随之下降，投资额反而会增加。若在施工阶段不合理地控制投资费用或投资费用不及时到位，相应地也会造成安全、质量、进度大幅受损。

综上所述，在项目施工阶段不能偏颇地控制某一指标，要获得理想的结果，必须从安全、质量、进度、投资中选取平衡点，以满足项目管理目标。因此，施工管理平台设计模块主要从安全、质量、进度、投资四个方面来满足各参建方的需求。

2 工程实例

中卫南站黄河大桥，起点位于中卫市沙坡头区平安西路与机场大道平交口处，终点位于黄河南岸。线路走向基本由北向南，全长1.84km，双向四车道一级公路，其中桥梁长1.049km。全桥有装配式T梁、变截面连续箱梁、钢混组合梁、拱梁组合体系四种类型，主桥设计为跨黄河异形钢拱和80m+120m+80m预应力混凝土变截面连续箱梁。中卫南站黄河大桥从整体结构来看，不但桥型复杂，而且跨黄河流域施工风险及难度较大，交通系统空间关系复杂、专业众多，施工周期紧张且进度管控要求高，施工作业受限，技术操作复杂，多方参与的PPP投融资模式，使得项目协同管理难度大。

因此本项目拟通过BIM建模，进行多专业设计信息整合及设计内容复核，保障设计质量；通过BIM技术分析，进行施工进度计划可视化模拟，验证进度安排的合理性；通过BIM技术分析，进行施工方案可视化模拟，实现可视化施工作业指导；通过BIM平台应用，实现信息共享和管理协同，使项目在质量、安全、进度、投资等方面均达到优质工程项目交付要求。

首先根据施工图设计阶段图纸进行全线BIM参数化建模，全线BIM模型建模精度达到LOD300等级，其中大型钢结构构造建模精度达到LOD400等级，如钢梁和拱肋节段。利用高精度的BIM模型指导构件加工，部分模型如图2所示。

图2 参数化BIM建模

依托所建参数化BIM模型进行施工阶段信息、技术、质量、安全、进度、投资管理，其中BIM模型与管理系统搭接应用主要体现在进度管理和工程量可视化核算过程中。通过在桥梁BIM模型上选定指定构件进行信息查看，根据选中属性栏可知相应编号构件的准确工程量。界面菜单栏中除属性之外，还可即时查看设计、技术、质量、安全、计价及施工日志信息。

施工管理系统与BIM技术相结合，实现了施工过程的可视化、信息管理的协同化以及管理的动态化。各参与方在系统中进行工程信息共享，可就整个施工流程中出现的问题及时沟通协调，保证了施工过程中数据、信息的高效流转和运用。

3 结语

本文研究了复杂异型结构BIM参数化建模方法，对施工管理系统功能模块进行了精细化设计，基于BIM技术研发了施工管理系统并将其应用于桥梁工程中。通过此系统在工程实例中的应用，验证了管理系统的有效性以及其相对于传统管理模式的可视化、协同化、动态化优势，证明了该管理系统的推广应用价值。

此外，通过BIM技术在管理系统研发中的应用，拓宽了此技术的研究范围，同时也为新技术在工程施工中的应用提供了范例和参考。