基于BIM 技术的建筑工程管理影响因素与策略分析——以某污水处理厂BIM 应用分析为例

刘立慧 张睿 杨光 龚卫东

(1.上海隧道工程股份有限公司；2.天津城建大学；3.上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司；4.上海环境集团股份有限公司)

进入21 世纪以来，我国建筑业得到快速发展，为推动建筑工程继续朝着高质量发展的方向前进，建筑业需要进一步推进高效的建筑工程管理模式。但是，从行业现状来看，我国在建筑工程管理方面仍存在大量问题，与国外先进水平相比仍然有一定差距，突出体现在成本控制不合理，导致建设效率不高。本文提出利用BIM 技术来提升建筑工程管理水平，进一步提高建筑工程的成本控制效率，实现高效的建设管理。

1.建筑工程管理现状分析

在建筑工程管理过程中建设效率经常受到各种环境因素的影响，企业往往通过动态管理及控制措施来保障项目绩效。其中，工程成本的管控是建筑工程管理的一个关键点。我国建筑业正在快速发展，但由于发展基础仍然比较薄弱，规范化程度仍然有待提高，一些成本控制措施的实施程度较低，导致整个管理效率的降低，阻碍了经济效益的提升。

为此，建筑企业要想在激烈的市场环境中立足，就必须提高对建筑工程管理的重视，利用多种技术方法实现对成本的有效控制，将工程造价控制在合理范围之内，使项目管理效率得到提升，实现建筑工程项目的经济利益最大化。

2.建筑工程成本影响因素分析

2.1 材料因素

在建筑工程经济管理中，材料影响因素极其关键。任何工程项目的进展都需要以合理配备的建筑材料为支撑，施工的连续性需要材料供应作为保障。在工程造价管理方面，材料成本占比较大，是成本管控的关键因素；材料的合理配备，有利于实现企业对资金的合理配置。因此在建筑工程管理的各因素中，材料配置至关重要。

2.2 人才因素

从业人员专业素养对建筑工程管理水平产生了重要影响，许多管理人员由于知识储备欠缺，对工作涉及到的专业知识以及工作技能掌握不够，导致管理效率进一步下降。尤其是当BIM 成为建筑业的主流技术时，人才的不足成为企业发展的重要瓶颈。

2.3 管理体系因素

建筑工程规模相对较大，涉及专业内容较广泛，对管理规范要求较高。近几年来虽然我国建筑业发展较快，但由于起步时间较晚，使得建筑管理的规范性不足，导致管理效率不高。由此可见，管理体系的构建在建筑工程管理中有着重要地位。企业要想实现对建筑成本的有效控制，需要建立完善经济管理体系，综合运用多种管理制度，包括监督审核制度以及奖励惩罚制度等。在管理问题发生时，可以快速明晰责任，将损失程度降到最低，实现对成本的有效控制，提升企业内部管理效率，保证企业发展模式更加符合建筑市场的需求。

2.4 管理理念因素

受传统管理思想的影响，许多建筑企业的管理理念相对落后，除了表现出对管理的不重视外，对于一些隐性成本没有进行有效控制，导致在施工建设中出现了许多成本问题，造成建设资金数量不足，影响了工程质量，对后续工程的开展造成了很大负面影响。

3.基于BIM 技术提升建筑工程管理的途径

3.1 通过建模提升从业人员水平、增强管理规范性

企业除了开展专业培训外，还需要利用现代BIM 技术进行建模，以此解决从业人员水平不足的问题。技术人员根据设计单位所提供的图纸信息，完成模型整体搭建。在具体实施的过程中，还要防止工程信息在传输过程中出现丢失现象，保证信息与设计模型之间能够有效传递[1]。另一方面，企业明确具体的控制流程，要求技术人员进行标准化操作，实现对工程经济管理的细化。比如在项目构件命名、文件命名、模型文件储存、资金变化表以及模型拆分等方面进行标准化。

建模流程图如图1 所示。从图中可以看出，当建筑工程信息被提取后，利用BIM 技术完成对信息的分析，通过将进度、资源、企业定额、政府规范及市场信息整合，形成综合单价信息，最终形成价格。

图1 BIM技术下建筑工程经济管理建模流程图

在建模中，可以根据建筑企业所拥有的关键资源特征及所处理的实际数据进行搭建，包括材料资源的利用、设备资源利用等进行建模。同时为了保证管理中的可变单位能够适合建模，采用云服务方式，使建模效率得到进一步提升。在处理一些敏感数据时，通过量化适应性因子的求解公式来进行数据整理。具体公式可表示为：

其中L 表示工程成本控制最大值，Cl 表示工程成本控制最大值中的分值，WV 表示控制量的可变值，Cwv 表示实际分配值，DS 表示工程控制量的敏感值，Cds 表示工程控制量敏感值的分值，ADH 表示实际数据的处理量，C 表示成本控制的重要程度值，Cc 表示成本控制重要程度值的分数值。通过对该公式的具体应用，能够整理出实际的工程控制量，实现对成本的有效控制，完成对工程经济管理效率的提升[2]。

如果是对工程设计方案进行建模，需要对工程方案各项指标进行综合评价，将方案中不同计量指标直接转换成综合评分形式，实现对工程方案的可行性进行评价，具体公式为：

其中a 表示工程方案综合评分数值，Ci 表示工程方案某个评价指标的得分值，Wi 表示工程方案某个评价指标的权重。

在对BIM 造价模型生成的过程中，需结合建筑企业所提供的自主定额数据库，利用建筑企业定额库中的构件资源以及编码进行计算，这样除了显示具体的设计方案，还可体现不同的材料成本。例如以墙构件为例，所构建的价格输出表如表1 所示。

表1 墙构件价格输出表

在完成对价格输出表的制作后，通过对建筑物楼层高度以及施工工序的整合，使构件单元能够真正被计算出来，在提取完价格信息后，再将其返回到建筑模型中，采用自主开发程序对计算结果进行添加，使最终价格能够完全被呈现出来，实现对工程经济管理的有效控制[3]。

3.2 利用三维可视化技术严控设计变更、改进施工流程

在建筑工程施工过程中经常会出现设计变更，且随意性较大，给管理增添了很大的难度，经常导致施工进度偏离原本的控制计划，造成建筑成本持续扩大。利用现代BIM技术将工程三维可视化，以立体的方式呈现出来，可有效解决工程设计变更随意性的问题。

三维可视化技术能够对整个建筑工程进行细部观察，帮助技术人员识别具体施工计划步骤中的不合理之处，辅助对施工流程的改进。例如在建筑工程中的岩土勘察工作中，首先是对三维岩土勘察地质建模的理论进行研究，提前完成对数据点的采集，通过对钻孔数据以及空间插值点的导入，完成对地质曲面的构建，实现地质体的实体化，最终实现对单位地质模型的建立。

3.3 通过碰撞检查加强施工材料管理、优化设计

在建筑工程管理中，施工材料对整个工程造价产生决定性影响，如果材料质量无法得到保障，不仅工程质量会受到严重影响，工程成本也难以得到有效管控。应用BIM 技术进行碰撞检测，能及时发现图纸中的错误，不仅有利于设计的优化，也能防止返工及材料的浪费。

碰撞检测一般指工程项目还没有正式开工之前，对设计图纸中不同部件所产生的冲突干扰现象进行检查，使方案设计能够进一步被优化，防止出现设计变更，增大施工成本。在碰撞检查检测中，主要碰撞类型一般分为两种，分别为硬碰撞与软碰撞。硬碰撞一般指不同部件在空间处的交集，而软碰撞是指不同部件彼此之间的间距要低于规范要求。如果两个部件并没有出现明显的空间交集，那么需要实施具体的成本方法，以此来完成对碰撞检查的检测。通过碰撞检测，模型得到不断改进，不断集成各方面的数据信息。技术人员对优化后的模型进行重新计算，对比以往的计算工作，完成对碰撞检测结果的评价，实现对整个建筑工程进行细致分析与评价。

4.某污水处理厂BIM 应用分析

某污水处理厂总投资29.17 亿元，设计处理能力为20万m3/d，建设内容包括新建DN1200-DN220011.2km 的进厂管道以及容积为5 万m3/d 的污水调蓄池1 座。工程于2017年2 月底开工建设，计划2018 年底出水达标。污水厂出水氨氮、总磷达到地表水Ⅳ类水标准，水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准。

该污水处理厂是一座“全处理流程封闭式”的污水处理厂，对通风、除臭要求高。地下工程复杂，形状不规则，基坑较深，最深处达15 米，整体尺寸为318×272 米。施工作业面较大且分散，专业分项多，施工风险较大。污水处理厂涉及的管线类型众多、连接管线管径较大，包括各种工艺管线、排水管线、风管和桥架，管线布置工作（尤其是竖向布置）难度较大。工程涉及专业多，各专业之间设计协调要求高。在施工过程中，由于涵盖专业较广，进场施工的专业分包商较多，尤其是在建设后期，需安排大量的多工种交叉施工，组织协调难度较大。依据本项目的特点，建设参与方分别从设计阶段和施工阶段展开了BIM 应用。通过标准化的BIM 模型创建，涉及的参与各方、不同的专业人员在不同阶段都可进入BIM 模型，基于同一模型提取、更新和修改信息，促进了多专业协同。通过碰撞检测、管线综合辅助设计、施工模拟及大型设备运输路径分析等不同阶段的BIM应用，项目的设计与施工效率均得到大幅提升。

4.1 设计阶段应用

在设计阶段，技术人员主要从模型创建与方案展示、碰撞检测、管线综合辅助设计等方面展开了应用。

4.1.1 标准化建模

本项目结合传统建模软件及3Dmax 软件共同创建箱体绿化及施工场地模型。参照当地安全文明施工的要求以及本工程施工工艺的需要，运用BIM 技术对施工场地进行了平面布置，一方面可以直观的表达风井位置、箱体出入口等细节，另一方面还能体现各片区的总体布置及相互协调关系，最终对场地布置的科学合理性进行验证，帮助施工单位进行全面有效的施工规划，帮助施工单位进行全面有效的施工规划。

当发生设计变更后，技术人员会及时更新建筑、结构及管线模型。管线模型包括工艺管线、给排水及消防管线、通风除臭管及电缆桥架等内容。建模过程中，技术人员首先按照规范流程收集了土建及机电管线图纸，分别建立土建和机电模型；然后校核并放置设备厂家提供的符合族库创建要求的族设备模型；最后整合土建与机电模型，形成了项目整合模型。

4.1.2 碰撞检测

基于构建的各专业Revit 模型，技术人员应用Navisworks软件检查了各专业模型之间的碰撞，然后将模型中专业内与专业间的碰撞点全部过滤出来，共检查出近1000 余个碰撞点，提早发现设计错误，并形成碰撞报告及优化方案。部分应用成果如图2 所示。

图2 碰撞点及报告截图

4.1.3 管线综合

在管线综合辅助设计过程中，各专业人员首先根据碰撞检测的结果，进行了分专业的设计修正。在各专业完成设计修改后，BIM 技术人员再次进行碰撞检测，出现的问题涉及到多专业时，及时召开专业间协调会商议解决方案，直到问题得到最终解决。在完成碰撞检测后，将最终的模型进行阶段性保存，并直接导出各专业二维图纸，供设计人员调整修改出图。在整个管线综合过程中BIM 技术人员与设计人员直接对接，通过三维的管线模型直观反映问题，双方配合共同提高综合设计质量。部分应用成果如图3 所示。

图3 管线综合图

4.1.4 空间优化

净空排查是本工程空间优化的重点对象。技术人员在土建、机电整合后的模型中根据设置的净空标准，检查所有通道、房间的净空高度，对不满足净空标准的区域进行调整优化时首先确定需要净化优化的关键部位，如脱水机房、箱体通道等；然后通过调整各专业的管线排布来有效地增大净空高度、满足规范要求。空间优化完成后，技术人员需要将调整后的模型以及优化报告、净高分析等成果文件提交设计方、施工方及业主方确认，为后续深化设计、施工交底提供依据。

4.2 施工阶段应用

施工单位基于设计单位交付的模型进行了深化设计与优化，展开了工程量计算、施工模拟及大型设备运输路径分析等应用。

4.2.1 工程量计算

针对传统工程计量方法中存在的错算、漏算等问题，本工程充分利用BIM 技术对土建、机电等各专业的工程量进行了精确的统计，计算速度及计算精确度均得到了大幅提升，有助于更加精准地控制项目成本。根据合同流程，施工方确定需要工程量统计的重点区域和单体，收集对应的监理工程量开项表；BIM 软件可以工程结算的需求，通过设置属性列表生成不同类型的工程量明细表；然后将BIM 软件的工程量统计结果与监理开项表上的工程量进行对比、校对，确保误差率在3%以内，实现工程量的精准统计。

4.2.2 施工模拟

在施工前，施工方还利用BIM 模型进行了整体的工序模拟，然后针对局部复杂区域，进行重难点局部施工方案模拟。施工模拟可以生成模拟演示视频，帮助施工单位进行可视化交底，还能及时发现施工组织设计、施工工艺等方面的问题，继而对施工方案进行调整优化。需要专业分包商协调解决的，总包商可以召集分包商，在不断模拟施工过程后共同商定调整方案，确保施工计划的合理性。

4.2.3 大型设备运输路径分析

针对大型设备运输问题，施工单位提前应用模型进行了路径分析，将设备尺寸资料作为模拟输入条件，在模型中设置设备运输路径，仿真模拟后输出检查结果，最终确定最优运输路径。

应用时首先将已有模型导入到Navisworks 进行整合，并设定安装检修路径。其次，校验模型的完整性、准确性。最后，运行Navisworks 检查设备安装检修路径并生成检查报告。

比如，针对上层检修通道进行路径分析后，确定上层检修通道X 方向最小净高控制在4.15m（地面层6.55/5.55，梁底11.5，除却管线及支吊架0.8m，最小净高4.95m），运输车辆与运输设备垂直高度不超过4.15m（设备运输于通道管线安装之后）；上层检修通道Y 方向净高控制在5.15m（地面层5.55，梁底11.5，净高5.95m，除却管线及支吊架预留0.8m），运输车辆与运输设备纵向高度不超过5.15m（设备运输于通道管线安装之后）。

综上所述，BIM 技术的应用可在加强材料管控、提升人才水平、优化企业管理体系、升级管理理念等方面显著提升建筑工程管理水平。目前在建筑工程中，BIM 技术得到了广泛的应用，适用于建筑工程各个环节。因此企业需提高对BIM 技术的重视程度，运用合理的计算方式实现对成本的有效控制。企业本身需提高对工程成本管理的重视，实施有效的管理控制措施，对材料、施工工艺、人员配置、机械设备进行合理选择，将建筑成本控制在合理范围之内，提升企业经济效益，让企业能够有着更多资金投入到工程建设中，保证建筑工程能够顺利的实施下去，最终促进我国建筑行业实现可持续性发展。