基于BIM技术+智慧工地的企业级项目综合管理系统研究

汤 瑞 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

受全球疫情和不稳定的国外环境持续影响，当前建筑业在国民经济中仍是主要的支撑性产业，并带动大量人员就业。智能化和信息化是提升建筑业实现高质量发展的必然途径，其中BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作为近几年来的新技术，在建筑施工领域被大范围应用。有部分学者研究了基于BIM 技术的高速公路、市政、房建等工程的项目管理，并详细阐述了BIM 所发挥的作用，对项目管理水平有所提升。同时，BIM 技术在设计阶段也有所应用，补充了CAD 的短板，被认为是继CAD 之后建筑行业的第二次科技革命。此外，大量学者研究了BIM 和智慧工地的融合，并认为BIM 融合信息技术在异形构件施工、进度协同优化、风险管控、数字信息处理等方面有良好的可行性，可实现智慧工地在质量、进度、安全、物资、商务等方面的管理。

虽然大量学者都提出了基于BIM技术的项目管理，但多数在讨论“BIM+智慧工地”管理系统。该系统是通过将BIM 模型载入智慧工地平台，最终形成界面交互系统。目前，该系统仅将BIM应用停留在工程形象展示、施工方案模拟、技术交底等层面，对提升项目管控能力收效甚微。同时，“BIM+智慧工地”主要是以单一项目为依托，单一项目的生产数据往往单项汇集或无法汇集至公司级项目管理层面，导致出现数据孤岛、数据无法被高效利用的现象。此外，对于多数的施工企业，还停留在“BIM 技术+智慧工地”与企业级项目管理系统相互独立的状态，这就导致项目人员需要反复填报生产数据，造成了人员资源的浪费，不利于项目管理。

为此，本文将以企业自有的项目管理平台为依托，融合BIM 技术和智慧工地平台，打造三方数据互通的综合信息化、智能化管理平台。为其他施工企业升级项目管理平台提供参考依据。

2 BIM技术研究现状

2.1 BIM技术在测绘中的应用

在项目设计阶段，往往需要大量的现场的踏勘和测绘工作，人工成本高且时间周期长。同时，路桥项目常位于地质条件复杂，易出现现场工作空间受限的情况，导致人力资源消耗大、人员风险高等问题。随着无人机和高清摄像的发展，对于风险高的项目，已采用无人机结合高清摄像采集现场地貌照片，并通过倾斜摄影技术构建三维模型，再与BIM技术结合，可辅助分析周边建筑信息。

2.2 BIM技术在正向设计中的应用

BIM 正向设计的提出，是为了与“逆向”做区分。逆向设计是指从二维图纸翻模得到三维模型的过程。由于二维模型本身就存在信息缺失，导致翻模后的三维模型往往需要再重新调整，如机电、管廊等。而正向设计是在三维环境中进行，模型中包含的信息将不断传递至下游，贯穿设计、施工、运营全寿命周期。如通过三维模型的二维平面进行初步设计、在建筑模型中增加边界力学特性进行结构计算、在三维模型中增加机电和管道以及钢筋后进行碰撞检查等。

为实现正向设计覆盖项目全过程，需要协同各专业的数据信息和有效传递，这就要求建立统一的BIM 建模标准、模型手册、族库、BIM 构建库、基础资源库等，各专业（建筑、结构、机电、装饰）在BIM 平台协同设计，实现快速出图。随后，需要将业主、设计、施工、监理的业务板块多维挂接BIM 信息化平台中。最终，实现业主、设计、施工、监理在BIM信息化集成平台上对模型进行协同交付应用。

2.3 BIM技术中智慧工地中的应用

在信息化、智能化的发展，对项目管理平台都有了较大的提升。目前，BIM技术在智慧工地应用较为广泛，主要是以BIM 模型为数据载体并结合物联、智能设备，从而形成单一项目智能化管理平台。该类平台主要功能包括进度、质量、技术、安全、劳务、设备、节能环保等多模块化管理。随着智慧工地的大量普及后，企业将多个智慧工地汇集为一个平台，形成企业级的智慧工地。在多个智慧工地简单的叠加后，导致企业级智慧工地平台与企业级项目管理系统相互独立，两者数据不互通。进而增加了现场人员反复填报两套系统，浪费人力资源、难以达到管理精细化和效益最大化。

3 基于BIM+智慧工地的企业级管理系统

3.1 构建思路

基于BIM 技术+智慧工地的企业级项目综合管理系统，将BIM 技术与企业现有项目管理系统深入融合，主要体现在利用BIM 技术将当前项目管理信息系统中的抽象“结构物”实现具象化，并由智慧工地平台展示，让项目管理基础数据的采集更加简便，项目形象进度管理更加直观，以此达到形象进度与产值统计相统一、劳务实名制管理手段更加有效、考勤数据更加真实、成本管理更加规范、安全管理更加智能。最终形成依托BIM 模型数据，以互联网、物联网为介质，通过企业级项目管理平台与智慧工地相互交互的综合管理平台，达到施工数字化和智能化管理，其系统总体架构如图1所示。

图1 构建思路

3.2 数据载体

在系统中以BIM 模型、GIS 作为数据载体层，GIS 数据包括了高清遥感影像、倾斜摄影模型、DEM 等地理空间相关的数据。其中，倾斜摄影数据通过无人机搭载多台不同角度传感器获取地面信息，再通过软件处理成三维模型，如图2所示。

图2 GIS应用

在施工企业管理中结构物分解至关重要，将关乎后续项目施工、结算、支付等。可将BIM 模型在结构WBS 编码以多层级名称，如“XX 项目-桥梁工程-XX桥梁-上部结构-……”。在轻量化处理模型后，以层级名称来形成结构树（如图2、图3 所示），以替代项目结构分解工作。其中BIM 模型结构树的层级要根据后续应用的需求来划定。同时，BIM模型还可挂接结构物的属性信息，并通过轻量化处理后得到几何数据与属性数据两个存储文件，但该方法对后台处理与储存要求较高，也可以通过企业管理系统中增加结构物属性信息，如图3 所示。

图3 基于BIM模型的结构物分解

3.3 项目管理应用

3．3．1 进度管理

依托BIM 模型所产生的结构物树，按施工总进度、季度进度、月进度计划挂接相应的结构物。并在相应的进度计划中，根据紧前、紧后、平行施工等工序的逻辑关系，对结构物进行编写计划时间、完成时间、工程量等信息，该功能可利用图3 中“编辑”功能进行实现。对于实际进度的填报，可采用图3 中“编辑”功能进行人工录入，也可以采用利用报验程序，在报验界面中设置BIM 构建选项和实际完成时间，系统抓取固定字符串，实现填报功能。保留人工录入功能的好处在于项目在建设工程中可能存在突发事件如疫情、洪水等，所造成的工期可以进行索赔，不应该计入。

系统将自动对比计划完成时间和实际完成时间，计算两者的差值，以此区分项目建设是否滞后。如果两者差值为负值则表示工期滞后，会在智慧工地反馈预警信息，反之则表示正常。同时，在智慧工地平台中，会根据系统提供的进度信息，进行BIM 模型的渲染，可让各级项目管理人员、业主等更加直观了解和管控项目进度。

3．3．2 技术质量管理

在技术质量管理方面，传统质量检查主要以现场检查、发现问题后，下发整改通知单，该工作由最早的纸质手写整改单到现阶段的电脑无纸化办公，但在电脑中录入，往往不是在问题现场而是在公司补录，这就导致依旧存在手写记录过程。上述工作忽略了移动端的优势，为此开发移动端项目管理系统，包含技术质量检查模块，与电脑端收据互通。此外，为了起到警示作用，将质量问题挂接到对应的结构物中，使在智慧工地平台BIM 模型中与之相应构建会显示为红色（见图4）。

图4 技术质量管理模块——质量检查

3．3．3 安全管理

在系统中安全管理模块与技术质量管理类似。同时，利用无人机实时或留存的航拍视频、视频监控录制视频，平台自动进行视频实时处理，对现场实际工程情况进行记录。此外，视频监控可同时在智慧工地平台和公司级项目综合管理平台中进行查看，方便了多层级管理人员对项目的管控（见图5）。

图5 安全管理模块——安全检查

3．3．4 成本管理

通过对BIM 模型的结构物分解，并配合在项目管理系统中工程量的录入，之后与业主清单和预算标准相映射，形成业主计量和对下支付。同时，将BIM模型关联施工合同、专业分包合同、劳务合同清单等情况，后台自动计算工程造价，形成工程产值、成本等数据，实现BIM 模型、工程量、综合单价的构件级的关联。其次，在智慧工地平台进度模型中，可实现不同时间和单位工程下，所产生的产值、成本等清单量，并与施工进度绑定，能够更加直观反映不同时期、不同单位、分部分项工程下工程统计数据，更好的辅助项目管理者进行项目管控和决策。此外，也通过对比形似工程，来分析不同专业分包单位、劳务单位的业务能力。

3．3．5 劳务管理

利用物联网设备，进行身份证自动识别，快速录入工人实名信息，自动采集考勤数据。在施工过程中利用人脸识别系统对项目劳务人员进行考勤，设置工人或劳务分包队伍黑名单，在项目间共享并上传至企业级项目综合管理系统，可加强控制用工风险。

4 结论

通过研究BIM 技术+智慧工地的企业级项目综合管理系统，与传统项目管理系统对比，得到如下结论：

①该系统打通了智慧工地和企业内部项目管理系统之间的数据壁垒，通过企业内部项目管理系统与BIM 模型数据的双向映射，最终形成了以BIM、GIS模型为数据载体，智慧工地为形象展示，企业项目管理系统为核心引擎的企业级项目综合管理系统；

②该套系统整合了多套平台系统，消除了一线管理人员反复填报数据的工作，减轻了人力资源和管理成本，对项目管控起到积极作用。同时，该系统在进度、技术质量、安全、成本管理等方面，均和BIM 技术相融合，在智慧工地中能够直观显示数据信息，能够极大提升各层级对项目的管控水平；

③该系统将满足企业对项目高度集中信息可视化管理和日常管理机制，实现了企业项目一体化闭环管理，推动工程施工智慧化的发展。