基于BIM的工程項目管理研究

1、基于BIM的工程項目管理研究摘要：計算機輔助設(shè)計技術(shù)（Computer Aided Design，簡稱 CAD）與現(xiàn)代項目管理理論的相互結(jié)合是我國建筑行業(yè)目前采用的主流施工管理技術(shù)，工程項目管理向多維度集成化發(fā)展將成為解決這些問題的必然選擇。在這種情況之下，建筑信息模型 BIM（Building Information Modeling，簡稱BIM ）理論的提出為項目管理信息化的繼續(xù)發(fā)展開辟了新的道路。本文針對工程項目管理對BIM應(yīng)用的實際需求,提出了一個新的BIM工程項目管理整體實施方案和系統(tǒng)架構(gòu)。通過解決分布存儲信息與BIM構(gòu)件的關(guān)聯(lián)及查詢等關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)基于Web的項目綜合管理系統(tǒng),并將

2、其與基于BIM的4D施工管理系統(tǒng)無縫集成,建立管理數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接,實現(xiàn)了基于BIM和Web的工程項目管理。系統(tǒng)研究為BIM在工程施工中的應(yīng)用提供了新的技術(shù)方法和軟件系統(tǒng),實際工程該研究成果對于 BIM 在我國的推行及工程管理信息集成水平的提高上有一定的理論參考價值。 關(guān)鍵詞：項目管理；BIM； Web ； 技術(shù)方法 如果問是什么使我們的生活發(fā)生了如此巨大改變，這一定是日新月異的信息技術(shù)。從上世紀中葉以來，信息技術(shù)正逐漸滲透到我們生產(chǎn)和生活的每一個角落，提高了生產(chǎn)效率和生活水平。但是，各個產(chǎn)業(yè)中信息技術(shù)的發(fā)展水平是不平衡的，建筑業(yè)是信息化相對落后的產(chǎn)業(yè)。據(jù)研究，全球建筑業(yè)與制造業(yè)每年的

3、產(chǎn)值相仿，但在IT技術(shù)研發(fā)的投入上，建筑業(yè)不到制造業(yè)的五分之一。投入不足導致建筑業(yè)信息化程度低，生產(chǎn)效率也難以像制造業(yè)那樣快速提高。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，也許是扭轉(zhuǎn)這一問題的契機。BIM是上世紀末出現(xiàn)的一種信息技術(shù)，它的應(yīng)用必將對工程設(shè)計集成和項目管理產(chǎn)生重大影響。1. BIM的概述1.1 什么是BIM許多機構(gòu)和學者都給出了它的定義。國際標準組織設(shè)施信息委員會（Facilities Information Council）提出：“建筑信息模型（BIM）是在開放的工業(yè)標準下對設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項目生命周期信息的可計算、可運算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實現(xiàn)項目的價值?！泵绹?/p>

4、筑科學學院（National Instituteof Building Science）提出的BIM標準為：“一個設(shè)施的物理和功能特征的數(shù)字描述是對已存?zhèn)鹘y(tǒng)觀念的徹底顛覆，對于一個設(shè)施而言，形成其在生命周期內(nèi)可以信息共享的、可靠的決策基礎(chǔ)”。美國建筑協(xié)會（American Instituteof Architects）認為：“BIM是一種與項目信息數(shù)據(jù)庫相聯(lián)系的基于模型的技術(shù)”。Ghang Lee提出，“BIM是歸集和管理建筑物壽命周期內(nèi)相關(guān)信息的過程”。綜上所述，我們可以歸納出BIM的兩個根本特征：BIM是一種應(yīng)用于項目全壽命周期的信息技術(shù)；BIM是一種注重信息共享的信息技術(shù)?？梢哉f，BIM

5、以信息技術(shù)為核心編織了一張大網(wǎng)，在縱向涉及從建筑物的設(shè)計、施工、使用到報廢的全過程，在橫向上包括業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理、造價咨詢、材料設(shè)備供應(yīng)商等各個單位。通過這張網(wǎng)，各個單位在各個階段都可以準確、及時、便捷地得到工程建設(shè)的相關(guān)信息，據(jù)此進行決策。BIM這張大網(wǎng)是否好用，取決于它能提供什么樣的信息。這些信息應(yīng)具有如下特征：首先，這些信息是以構(gòu)件為單位的數(shù)字信息。在傳統(tǒng)設(shè)計中，對于計算機而言，墻體、門窗等構(gòu)件只不是一些線條，并不代表什么。而在BIM技術(shù)下，它們將成為有物理特征和技術(shù)要求的構(gòu)件，計算機可以對其合理性進行分析和校核。其次，這些信息是由建筑信息模型管理的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)設(shè)計圖紙就像一座缺乏管

6、理的倉庫，雖然里面的各式商品齊全，但找到它們并不是一件容易的事。而BIM給這座“倉庫”安裝了智能化管理系統(tǒng)，使用戶可以快捷地得到自己想要的東西。第三，這些信息的傳遞方式是非常友好的。傳統(tǒng)的設(shè)計信息是二維的，看懂它們需要一些專業(yè)知識和空間想象能力。而BIM用三維方式來傳遞信息，把建筑物建成后的樣子展示給業(yè)主和相關(guān)人士，大幅度降低了決策者的專業(yè)技術(shù)要求。所以說BIM是一種集成的參數(shù)化全新設(shè)計思想。BIM 利用現(xiàn)在最先進的建模方式，集成了很多建筑行業(yè)特有的工具模型，實現(xiàn)了對建筑信息的最詳盡表達。作為建筑信息化的新的發(fā)展方向，BIM 已從一個純粹的理論變成了如今現(xiàn)實的應(yīng)用工具。給建筑行業(yè)從設(shè)計、施工、

7、管理、乃至于運營，都帶來了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。設(shè)計師可以通過 BIM 的模型更好的進行方案的優(yōu)化比選，施工方可以從模型中獲得比以往更多、更可靠的技術(shù)細節(jié)信息支持，項目管理者可以透過 BIM 的思想結(jié)合 4D 模擬建筑技術(shù)更有效率的展開工程項目管理。在建筑物竣工之后，成熟的 BIM 模型還可以幫助物業(yè)管理者開展設(shè)施維護與大修工作。1.2 BIM可以做什么就像人類社會的主要交通方式從步行逐步進入到畜力車、汽車、飛機時代一樣，建筑設(shè)計也將從圖板、計算機輔助設(shè)計進入到BIM時代。BIM能為我們做些什么呢？1.2.1建設(shè)工程質(zhì)量管理BIM技術(shù)會對建設(shè)工程質(zhì)量管理產(chǎn)生重大影響。（1）BIM是建筑設(shè)計人員提

8、高設(shè)計質(zhì)量的有效手段。目前，建筑設(shè)計專業(yè)分工比較細致，一個建筑物的設(shè)計需要由建筑、結(jié)構(gòu)、安裝等各個專業(yè)的工程師協(xié)同完成。由于各個工程師對建筑物的理解有偏差，專業(yè)設(shè)計圖紙之間“打架”的現(xiàn)象很難避免。將BIM應(yīng)用到建筑設(shè)計中，計算機將承擔起各專業(yè)設(shè)計間“協(xié)調(diào)綜合”工作，設(shè)計工作中的錯漏碰缺問題可以得到有效控制。（2）BIM是業(yè)主理解工程質(zhì)量的有效手段。業(yè)主是工程高質(zhì)量的最大受益者，也是工程質(zhì)量的主要決策人。但是，受專業(yè)知識局限，業(yè)主同設(shè)計人員、監(jiān)理人員、承包商之間的交流存在一定困難。當業(yè)主對工程質(zhì)量要求不明確時，造成工程變更多，質(zhì)量難以有效控制。BIM為業(yè)主提供形象的三維設(shè)計，業(yè)主可以更明確地表達

9、自己對工程質(zhì)量的要求，如建筑物的色澤、材料、設(shè)備要求等，有利于各方開展質(zhì)量控制工作。（3）BIM是項目管理人員控制工程質(zhì)量的有效手段。由于采用BIM設(shè)計的圖紙是數(shù)字化的，計算機可以在檢索、判別、數(shù)據(jù)整理等方面發(fā)揮優(yōu)勢。無論監(jiān)理工程師還是承包商的項目管理人員，都不必拿著厚厚的圖紙反復核對，只需要通過一些簡單的功能就可以快速地、準確地得到建筑物構(gòu)件的特征信息，如鋼筋的布置、設(shè)備預留孔洞的位置、構(gòu)件尺寸等，在現(xiàn)場及時下達指令。而且，將建筑物從平面變?yōu)榱Ⅲw，是一個資源耗費的過程。無論建筑物已建成、已經(jīng)開始建設(shè)或已經(jīng)備料，發(fā)現(xiàn)問題后進行修改的成本都是巨大的。利用BIM模型和施工方案進行虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)集成，

10、對建設(shè)項目的可建設(shè)性進行仿真實驗，可在事前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。1.2.2建設(shè)工程進度管理有時，我們將基于BIM設(shè)計稱為4D設(shè)計，增加的一維信息就是進度信息。從目前看，BIM技術(shù)在工程進度管理上有三方面應(yīng)用：首先，是可視化的工程進度安排。建設(shè)工程進度控制的核心技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)。目前，該技術(shù)在我國利用效果并不理想。究其原因，可能與平面網(wǎng)絡(luò)計劃不夠直觀有關(guān)。在這一方面BIM有優(yōu)勢，通過與網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)的集成，BIM可以按月、周、天直觀地顯示工程進度計劃。一方面便于工程管理人員進行不同施工方案的比較，選擇符合進度要求的施工方案；另一方面也便于工程管理人員發(fā)現(xiàn)工程計劃進度和實際進度的偏差，及時進行調(diào)整。其次

11、，是對工程建設(shè)過程的模擬。工程建設(shè)是一個多工序搭接、多單位參與的過程。工程進度計劃，是由各個子計劃搭接而成的。傳統(tǒng)的進度控制技術(shù)中，各子計劃間的邏輯順序需要人來確定，難免出現(xiàn)邏輯錯誤，造成進度拖延。而通過BIM技術(shù)，用計算機模擬工程建設(shè)過程，項目管理人員更容易發(fā)現(xiàn)在二維網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)中難以發(fā)現(xiàn)的工序間邏輯錯誤，優(yōu)化進度計劃。第三，是對工程材料和設(shè)備供應(yīng)過程的優(yōu)化。當前，項目建設(shè)過程越來越復雜，參與單位越來越多，其中大部分參建單位都是同工程建設(shè)利益關(guān)系不十分緊密的設(shè)備、材料供應(yīng)商。如何安排設(shè)備、材料供應(yīng)計劃，在保證工程建設(shè)進度需要的前提下，節(jié)約運輸和倉儲成本，正是“精益建設(shè)”的重要問題。BIM為精

12、益建設(shè)思想提供了技術(shù)手段。通過計算機的資源計算、資源優(yōu)化和信息共享功能，可以達到節(jié)約采購成本，提高供應(yīng)效率和保證工程進度的目的。這一點，已有相關(guān)案例證明。1.2.3建設(shè)工程投資（成本）管理BIM比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域是投資（成本）管理，也被稱為5D技術(shù)。其實，在CAD平臺上，我國的一些建設(shè)管理軟件公司，如深圳斯維爾科技公司已經(jīng)對這一技術(shù)進行了深入的研發(fā)。在BIM平臺上，預計這一技術(shù)可以得到更大的發(fā)展空間。首先，BIM使工程量計算變得更加容易。在用CAD繪制的設(shè)計圖紙中，用計算機自動統(tǒng)計和計算工程量必須履行這樣一個程序：由預算人員告訴計算機它存儲的那些線條的屬性，如是梁、板或柱，這種“三維算量技術(shù)”

13、是半自動化的。在BIM平臺上，設(shè)計圖紙的元素不再是線條，而是帶有屬性的構(gòu)件。也就不再需要預算人員告訴計算機它畫出的是什么東西了，“三維算量”實現(xiàn)了自動化。其次，BIM使投資（成本）控制更易于落實。對業(yè)主而言，投資控制的重點在設(shè)計階段。目前，設(shè)計階段技術(shù)經(jīng)濟指標的計算通常不準確，業(yè)主投資控制工作的好壞更多需要運氣。運用BIM技術(shù)，業(yè)主可以便捷地、準確地得到不同建設(shè)方案的投資估算或概算，比較不同方案的技術(shù)經(jīng)濟指標。而且，由于項目投資估算、概算比較準確，業(yè)主可以降低不可預見費比率，提高資金使用效率。同樣，由于BIM可以較準確快捷地計算出建設(shè)工程量數(shù)據(jù)，承包商依此進行材料采購和人力資源安排，也可節(jié)約約

14、一定成本。第三，BIM有利于加快工程結(jié)算進程。在我國，工程實施期間進度款支付拖延，工程完工數(shù)年后沒有進行結(jié)算，這樣的例子并不鮮見。如果排除業(yè)主的資金因素，造成這些問題的一個重要原因在于工程變更多、結(jié)算數(shù)據(jù)存在爭議等。BIM技術(shù)有助于解決這些問題。一方面，BIM有助于提高設(shè)計圖紙質(zhì)量，減少施工階段的工程變更；另一方面，如果業(yè)主和承包商達成協(xié)議，基于同一BIM進行工程結(jié)算，結(jié)算數(shù)據(jù)的爭議會大幅度減少。2. BIM與項目管理首先，BIM技術(shù)的出現(xiàn)，使項目管理工作重心更偏向管理了。BIM使項目管理人員將一些機械的技術(shù)工作交由計算機來完成，將更多地精力放在管理問題上。如在進度控制環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重

15、分析進度偏差形成的原因、應(yīng)采取的措施和如何預防進度偏差上，而不會將大量時間用于編制進度計劃和調(diào)整進度計劃；在投資控制環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重對工程建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟指標進行分析和對工程單價進行分析，而不再將50%以上的時間用于工程量的計算上。其次，BIM與項目管理技術(shù)將共同發(fā)展。不可否認，BIM技術(shù)還不成熟，人們對它還需要較長的熟悉和適應(yīng)過程。據(jù)筆者判斷，在我國，投資控制領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)的條件最為成熟，因為已有許多企業(yè)在2D基礎(chǔ)上的對建設(shè)項目工程量計算技術(shù)進行了深入的研發(fā)。進度控制技術(shù)，即BIM同網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)的集成，由于實現(xiàn)路徑比較清晰，也比較易于完成。而如何將BIM應(yīng)用在那些與人的決策、協(xié)調(diào)相關(guān)

16、的管理工作，仍需要進一步長時間的研究。第三，BIM無法取代項目管理。當計算機技術(shù)出現(xiàn)時，人們曾暢想會出現(xiàn)機器人的世界，計算機會取代人的位置，甚至支配人。同樣，BIM的出現(xiàn)，也為一些人提出了取代項目管理的理由。但是，我們必須認識到BIM只是一種工具，必須由項目管理人員來使用才能發(fā)揮效用。而且，BIM的出現(xiàn)，將只會增加而不會減少項目管理崗位的數(shù)量，將只會增加而不會減少項目管理工作的重要性。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展和4DBIM一GCPSU的不斷深入應(yīng)用,并根據(jù)現(xiàn)實的要求，所以實際工程項目管理對BIM應(yīng)用提出了基于BIM的工程項目管理整體實施方案。3. 基于BIM的工程項目管理整體實施方案基于BIM的工程

17、項目管理整體實施方案在BIM技術(shù)研究和4D施工管理系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，本研究通過研發(fā)基于B/S架構(gòu)的“基于BIM的項目綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)與基于C/S架構(gòu)的4D施工管理系統(tǒng)無縫集成,數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接,提出了基于BIM的工程項目管理整體實施方案。主要通過建立清晰的業(yè)務(wù)邏輯和明確的數(shù)據(jù)交換關(guān)系，強調(diào)項目管理的協(xié)同效應(yīng),實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理、實時控制和決策支持三個維度的綜合項目管理。其業(yè)務(wù)管理涵蓋主要項目管理業(yè)務(wù)，將管理數(shù)據(jù)與4D管理系統(tǒng)中的BIM模型雙向鏈接，從而實現(xiàn)各項業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)和聯(lián)動，并根據(jù)業(yè)務(wù)人員、管理人員和決策人員的不同需求量身定制相應(yīng)的功能模塊，為業(yè)務(wù)人員提供業(yè)務(wù)管理工具,為管理人員提供

18、管理控制手段，為決策人員提供決策分析依據(jù)。3.1系統(tǒng)整體架構(gòu)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)由基于BIM的4D施工管理系統(tǒng)和項目綜合管理系統(tǒng)兩大部分組成，分別設(shè)置為C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)。兩者通過系統(tǒng)接口無縫集成，建立管理數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接,實現(xiàn)了基于BIM數(shù)據(jù)庫的信息交換與共享。圖1.基于BIM的項目管理系統(tǒng)整體架構(gòu)3.2系統(tǒng)主要功能通過將項目綜合管理系統(tǒng)與4D施工管理系統(tǒng)無縫集成，數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接，建立清晰的業(yè)務(wù)邏輯和明確的數(shù)據(jù)交換關(guān)系,實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理、實時控制和決策支持三方面的項目綜合管理。為項目各參與方管理人員提供基于提供web瀏覽器的遠程業(yè)務(wù)管理和控制手段。系統(tǒng)主要功能

19、如下：（1）業(yè)務(wù)管理：為各職能部門業(yè)務(wù)人員提供項目的合同管理、進度管理、質(zhì)量管理、安全管理、采購管理、支付管理、變更管理以及竣工管理等功能，業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)與BIM的相關(guān)對象進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)各項業(yè)務(wù)之間的聯(lián)動和控制，并可在4D管理系統(tǒng)進行可視化查詢。（2）實時控制：為項目管理人員提供實時數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、事件追蹤、實時預警等功能，可按照多種條件進行實時數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析并自動生成統(tǒng)計報表。通過設(shè)定事件流程，對施工過程中發(fā)生的安全、質(zhì)量等事件進行跟蹤，到達設(shè)定閡值將實時預警，并自動通過郵件和手機短信通知相關(guān)管理人員。（3）決策支持：提供工期分析、臺賬分析以及效能分析等功能，為決策人員的管理決策提供分

20、析依據(jù)和支持。3.3系統(tǒng)應(yīng)用流程在建設(shè)項目管理實施過程中，其系統(tǒng)應(yīng)用流程如圖2所示。其中應(yīng)用主體方可以是業(yè)主、工程總承包部或施工項目部及其各職能管理部門，應(yīng)用參與方包括設(shè)計方以及與應(yīng)用主體相關(guān)的施工方、工程分包或施工分包方等。根據(jù)應(yīng)用流程，各應(yīng)用參與方的角色和任務(wù)是利用系統(tǒng)及相關(guān)功能，完成或輔助完成所承擔施工及管理工作。圖2基于BIM的建設(shè)項目管理系統(tǒng)應(yīng)用流程（1）應(yīng)用主體方：首先提供項目的技術(shù)資料、基本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行所需要的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；協(xié)調(diào)各職能部門和相關(guān)參與方，根據(jù)工作需求安裝軟件系統(tǒng)、設(shè)置用戶權(quán)限；各部門業(yè)務(wù)人員和管理、決策人員按照其工作任務(wù)、職責和權(quán)限，通過內(nèi)網(wǎng)客戶端或外網(wǎng)瀏覽器進入軟件系統(tǒng),完成日常管理和深化設(shè)計等工作。（2）應(yīng)用參與方：通過外網(wǎng)瀏覽器進入項目綜合管理系統(tǒng),按照應(yīng)用主體方的要求，填報施工進度、資源、質(zhì)量、安全等實際工程數(shù)據(jù)，也可進行施工信息查詢，輔助施工管理。3.4分布存儲信息與BIM的關(guān)聯(lián)及查詢根據(jù)基于BIM建設(shè)項目管理系統(tǒng)的整體架構(gòu),4DBIM一GCPSU與綜合項目管理系統(tǒng)及其相關(guān)信息分布在不同的服務(wù)器上。要建立分布存儲的管理數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的無縫集成和基于BIM的信息交換與共享，需要解決的核心技術(shù)是分布存儲信息與BIM實體構(gòu)件的關(guān)聯(lián)及查詢。本研究采用web服務(wù)技術(shù)構(gòu)見綜合項目管理系統(tǒng)，關(guān)鍵在于如何將分布存儲在web服