数字化工具在建筑工程管理中的应用

文／刘骥 北京城建八建设发展有限责任公司 北京 102218

引言：

随着现代信息技术的发展，智能化、数字化的工程管理模式应运而生。数字化工程管理利用网络技术获取、传输、处理、再生和利用大量的信息。该管理模式能有效缩短施工周期，降低生产成本，提高生产效率[1]。采用科学的管理模式是时代发展的需要，也是社会发展的体现。因此，我们应逐步建立数字化工程管理技术系统，将工程项目与数字化技术结合起来，以建立一个更方便、更具环境友善的工程项目为目标。

1.建筑工程管理及数字化管理简述

1.1 工程管理的概念及特点

项目管理是指合理配置资源、物资、资金、人力、土地、环境和信息，以实现预期目标，并对项目概念、决策设计、施工、组织和运行过程进行控制。项目管理具有系统性、综合性、复杂性等特征[2]。第一个特点就是系统性。系统就是将多种方法有机地结合在一起，形成一个完整的系统。在此基础上，提出了一种基于多层次、的综合方法，以达到工程整体目标的方法。在目前的项目管理实践中，系统是不可或缺的，它是项目管理理念的精华所在。第二个特点是综合性。建设工程是一种复杂的活动，要做好一项工作，就需要一定的工艺、材料和单位。所以，在项目的执行过程中，必须对项目的各项要素进行全面的考量。同时，它还表现为：既要充分地使用资源，又要与周围的环境相适应。第三个问题是复杂度。项目管理是一项非常繁琐的工作，它要求有广博的学科背景做支持。由于项目自身具有诸多的不确定性与不确定性，因此，如何在多种要素的限制下，由具有多种经验与知识的员工共同协作，才能达到设计目的。所以，相对于普通的管理而言，项目管理是一个高度复杂的过程。

1.2 数字化工程管理及特点

所谓“数字项目”，就是运用现代科技、数字手段，使项目的整个流程规范化、自动化。信息化、自动化、集成化和可视化是其重要特征[3]。第一个方面就是信息技术。通过收集、分析、处理与项目管理有关的数据，对建设项目进行全方位的监督与管理。第二个方面就是自动控制。利用计算机、传感器和自动化装置等先进的科技方法，对项目进行全过程的控制和控制。第三是集成化。通过整合项目所需要的各类信息，达到资源的共享与高效沟通，从而达到项目的高效管理。第四个方面是可视化。利用可视化接口及图表分析等手段，将整个工程的进展情况及状况以最直接的方式呈现给管理者。

2.建筑工程实施数字化工程管理的必要性

目前，我国工程建设的现状是：施工方法单一，人工作业效率低下。在建设过程中，如果操作不当或缺乏规范，很可能会引起项目建设中的一些问题，因此很难满足相应的要求，甚至会引发安全事故。为降低工程安全风险，应对工程质量进行严密的管理。数字化技术正是在这样的大环境下，在建筑施工中得到了广泛的运用。将数字化科技运用到建设工程中，可以建立起一个虚拟的建筑物模型，对工程建设的可行性和存在的问题进行研究，并将相关的工程软件运用于工程的全过程，得出合理的结构设计参数，提出优化的结构设计方法。项目的数字管理能显著提高项目的管理工作效率，降低人员的浪费，加速项目的进程，减少项目的费用，降低项目的风险。此外，该系统还能对施工现场进行实时监测和信息反馈，帮助管理人员在施工中发现存在的问题，并提出相应的对策，确保施工进度的正常进行[4]。

3.工程管理数字化关键技术

3.1 BIM+GIS 技术

随着BIM 的广泛使用，仅采用BIM 的建设项目日渐增多，而BIM 与其它先进的技术和体系的融合也日益受到重视。而BIM+地理信息系统则是一种新的探索。GIS 技术是一种基于地理空间的计算机技术系统，利用地理模型分析方法实时提供各种空间和动态地理信息。BIM 是基于3D 数字化的工程数据模式，整合了建筑工程的各类相关信息。BIM 可以将工程有关的信息详尽地表示出来，这也是数字化技术在建设中的具体表现[5]。

3.2 数字孪生技术

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，将多学科、物理量、规模、概率等综合到虚拟空间中，反映相应物理设备整个生命周期的过程。这种技术是一种超越现实概念的数字绘图系统，可以被看作是一个或多个重要和相互依赖的设备系统。

3.3 人工智能技术

人工智能是一种模拟人类智能的计算机技术。它包括能够感知、理解、推理、学习、创造和解决问题等活动。人工智能的基本方法包括符号推理、机器学习、进化算法和神经网络。

4.数字化工程管理的优化策略

4.1 建筑结构解构

建筑物的构造是相当复杂的。对工程建设进行解构性研究，是正确把握工程建设的关键。对建筑物进行高效的解构性分析，有助于掌握建造过程、便利建造、改善建造条件、加深对建造过程的理解。在BIM 的帮助下，工程建设具有模块化、一体化的特点，使得工程管理从整体上着眼，有了清晰的目标。在此基础上，对每一个构件进行重构，使其能够被辨识与集成，进而达到对其进行高效的控制。利用数字科技，可以建立建筑物的结构模型，识别施工过程，并对工程进度进行控制，从而实现对工程进度的有效控制。

4.2 模块特性优化

在工程建设过程中，要充分发挥其各自的特色，并对其进行合理的构造，才能确保工程建设的顺利进行。项目成本控制模型是一个实例，它能编制项目成本预算，改进建设项目的管理方法。此外，还要编制项目成本报表。在工程造价中，确保造价稳定性的一个重要环节就是工程量清单的统计。采用数字化管理技术，实现了建材采购成本的有效管控，选用性价比较好的建材用于工程建设，实现了工程建设的稳步提升。

4.3 构建良好平台

在工程建设中运用数字化管理，必须借助信息化平台，将工程建设中的各项数据有机地集成起来，以达到对工程建设全过程的有效控制。所以，在进行数字化管理的时候，首先要建立一个良好的平台。通过建立项目建设的信息系统，使项目建设的全流程化管理成为可能。通过该系统，可以对工程进度进行实时监测，从而对工程进度进行有效的控制。在建立系统的时候，要注意建立系统的数据结构，采用规范的形式保存，确保系统的运行。在此基础上，实现了系统中的显示与管理信息的高效交互。

4.4 落实工程管理

在项目的建设过程中，为了实现项目的信息化，必须采集施工数据，以便更好地进行项目的建设计划。在工程建设中，要运用精细的方法进行工程进度的管理，才能有效地掌握工期，从而达到预期的目的。利用数字化的手段，可以对整个建设进程进行实时监测，对可能出现的工程风险进行预测和防范，从而减少工程建设的风险。提高了数据的科学管理水平，可以实现项目的最优控制，提高项目的效益。

4.5 加强施工验收

数字化管理能有效地完成工程进度的检查、合理地控制工程的质量，确保工程顺利进行。在工程建设中，要严格按照工程质量规范来进行工程质量综合管理，是一项十分困难的工作。在工程验收阶段，要对测量的准确性进行严格的监控。例如，对门窗安装进行仔细查验，确保了门窗的安装在了合适的地方，确保所有的门和窗结构都能满足要求。该系统能实现对建筑质量的检测，并能实现对建筑工艺参数的精确标定，确保建筑过程的合理性和有效性。建筑工程是数字工程建设的一个主要环节，要有规范的工程验收数据库，还要结合工程实例进行比较，对建筑工程进行规范化检验。

4.6 施工信息反馈

在建设过程中，通过对工程建设过程中的动态监测与信息进行及时的监测与反馈，能够有效地提升工程建设的质量与效率，从而有效地解决工程中出现的问题。在工程建设活动中，会生成大量的数据，要从中挑选出有用的数据，才能对工程进度实施有效的控制，提升工程的管理效率。利用数字化技术，实时掌握工程建设情况，针对工程中存在的问题，给出相应的对策。以信息回馈为导向，加强各单位之沟通沟通，以达到提高作业效率与作业要点之目的。通过对工程质量的评价，可以对工程建设进行检验，提高工程的管理水平。

4.7 建筑目标管理和安全控制

在工程建设中运用数字工程，必须确立明确的目的、强化工程建设的全流程控制、强化工程控制计划的整体性，确保工程的安全是工程建设的首要任务。比如，可以利用图像识别技术对施工人员的着装进行检验，以便确认他们是否适当地穿戴头盔和保护服装，并且采用相应的安全预防措施，为降低施工现场对施工人员的人身安全造成的冲击。同时要加强对工程建设的控制，制定规范化的管理方式，防止工程质量问题的发生。同时，要注意提高工程建设的效益，将数字模型进行集成，以保证工程的总体效益。

5.数字化工具工程管理中的应用实践

5.1 工程概况

某大型工程施工项目概算投资3.9827 亿元，施工工期36 个月。工程项目施工复杂，施工难度大，技术要求高，工期紧，交叉作业多，对于项目管理提出了较高的要求。近年来，随着建筑信息模拟技术在国内的推广，建筑信息模拟技术已成为信息携带、可见性和可扩展性的拥有属性，并在各行各业得到迅速推广和应用。目前，工程建设管理中的 BIM 技术可以应用于工程三维建模、工程数字化仿真施工（仿真漫游）、碰撞试验、施工进度论证等方面，可以进步、投资、质量的信息输入模型，实现信息联动，大大提高管理的准确性和效率，降低成本。在实际的综合项目中，最终确定了BIM 进度管理和数字孪生情景应用等数字化管理技术。

5.2 实施过程

5.2.1 参数化建模及编码

本工程在规范统一、项目基点一致的情况下，利用Revit 软件导入相应的家族，实现了对项目模型的参数化造型，并赋予模型名称、位置、体积、材质、设计尺寸等关键信息。针对工程结构特征、施工工艺及施工进度，利用Dynamo 将其划分为若干个部分，并以 BIM 模式分级代码体系为基础，以"名字+编号"为基础，对其进行建模。

5.2.2 进度计划与清单项的编制

项目开工前，通过BIM 项目管理系统，按年、季、月、周清理施工进度计划和清单，并可在线编制施工进度计划和清单。修改和更新计划和列表项时，可以在最新版本上不断迭代旧版本。

5.2.3 BIM 模型与进度计划和清单项的关联

当项目的进度规划完成之后，要使项目的BIM 模式和实际的施工资料能够保持一致，就需要在建立好的项目信息模型之后，以清单项目作为中介联系。建立项目清单、模型组件和进度计划三者之间相互联系的进度控制系统。在确定了项目的具体工作方案之后，基于相同的坐标原理，对项目进行了三维建模，并对其进行了分段，并将其与项目之间的工作项目进行了联系，将其与 BIM 模型进行了联系。如图1 所示。

图1 BIM 模型和进度关联图

（1）进度计划与清单项的关联

在工程建设进度表下，每一工作项都与一份或多份合同清单上的一份或多份清单项相联系，在工程建设进度表下，将各工作项与一份清单项相联系，使之与施工现场进度管理中的工作项相联系。

（2）BIM 模型与清单项的关联

在数模相关模块中，选择工程施工进度表下的每个操作项目显示相关的清理项目，并通过绑定功能将一个接一个的 BIM 模型与清理项目相关联。

5.2.4 现场管理数据的反馈

关联后，施工现场工作人员对照承包单，依据施工现场的实际完工情况，在手机上填写详细的清单数量。所填写的资料会被自动地与已分割的各段里程对应的清表上进行同步，并根据相关关系将其传送到项目的工作项目中。根据各工序间的加权分割，将各工序的完工数量转换为各工序的完工进度，从而达到了施工现场上与工序之间的联系。因为BIM 是经过代码化的，并且本身包含了桩号和数量等属性，所以在相关的模型中，不仅能够显示出项目的设计资料，还能够将项目的进展情况进行挂接，将施工进程用模型表现出来。对项目的进度进行了真实的反馈和动态仿真。

5.2.5 数字孪生场景的展示

构建数字孪生场景，通过收集到的真实资料，对建筑的各个环节进行3D 仿真，让参与方能够更好地理解整个项目的建设进程，从而更好地掌握整个项目的进度。运用偏差分析函数，比较了计划工期和真实工期，确定了项目的延误对施工进度的影响，并找到了造成差异的根源，并做出了相应的方案调整。通过单击该模式，还能看到建筑的详细情况和进展情况，知道某个特定段落的实际开始时间、完工时间和完成比例，方便快捷地浏览有关的信息，从而达到了“数字孪生”的同步。

5.3 应用结果与展望

本项目通过 BIM 技术的成功运用，可以对项目的各个环节进行进度演练，并对其进行合理的调度，确定各个阶段的进度指标。在施工期间，对项目的进展情况进行了实时的监测，用模型的色彩将正常完成、延期完成等各种状态的各种状态都进行了反映，从而实现了对项目的全方位、全方位的、全方位的展示。该方法克服了以往仅采用2D型的单一方法来进行施工作业的弊端，提高了事故的处置速度，减少了事故的响应速度，受到了广大参建单位的高度赞扬。通过 BIM 技术，实现信息的协作与分享，使交流、协调的时间缩短了20%左右，极大地提升了企业的经营效率。同时，也为 BIM 的运用提供了一种新的方法。本项目将为我国建筑行业的精细化和标准化管理扫清技术壁垒，为我国建筑行业的健康发展奠定坚实的基础。

结语：

综上所述，建筑项目数量庞大、涉及领域广泛、管理难度大。加强工程项目的质量控制，是保证项目进度、质量、安全、效益的一项关键措施。在项目的建设过程中，采用数字技术进行项目管理已经逐步形成了一种发展方向。要切实提高数字化管理的效能，就必须对数字化管理进行深度剖析，正确运用各种先进的科技，从而将工程的实际情况反映出来。为推动建筑业发展，使建筑业信息化、数字化成为可能。本文以实际案例为基础，将 BIM 与施工过程管理有机地融合起来，建立了施工过程中的“数字孪生”情景，并对其在施工过程中的应用进行了探讨，在实际应用中，取得了较好的工程效果。