浅谈基于BIM的新技术在施工管理中的应用
王小鹏 夏文静
（四川良友建设咨询有限公司，成都 610000）
摘 要：本文以实际工程项目为案例，介绍了基于BIM的创新技术在施工管理中的应用。详细描述了三维激光扫描技术在土方开挖中土方工程量的计算、BIM5D在投资控制管理方面、基于BIM的协作平台在施工过程的质量安全管理的应用内容、流程及对应用价值进行了深入分析，为BIM在施工管理方面的深入结合应用提供了实际指导意义。
关键词：激光扫描；BIM5D；协作平台；施工管理
0 引言
BIM即建筑信息模型（Building?Information?Modeltng）是以建筑工程项目的各项相关信息数据为模型的基础，进行建筑模型的建立。它让设计、建造、管理统一在一个平台下工作，是建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。因为在早期设计阶段就能发现后期真正施工阶段所会出现的各种问题，提前处理，为后期活动打下坚固基础。在后期施工时能作为施工的实际指导，也能作为可行性指导，以提供合理的施工方案及人员，材料使用的合理配置，从而最大范围内实现资源的合理运用。在《2011-201建筑业信息化发展纲要》中，推进BIM技术从设计阶段向施工阶段的应用延伸，降低信息传递过程中的衰减，研究基于BIM技术的5D项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用，实现对建筑工程有效的可视化管理。基于BIM的5D项目管理技术是将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接，并与施工资源、质量、安全、成本信息集成到一体，形成5D施工信息模型，实现工程项目的动态、集成和可视化管理。本项目采用广联达BIM5D平台协同项目管理，实现了基于BIM和网络的施工进度、人力、材料、设备、成本、安全、质量和场地布置的5D动态集成管理以及施工过程的可视化模拟。
1 基于BIM的新技术在施工管理中的应用
1.1 工程项目简介
成都锦江区三圣乡某房建项目，总建筑面积109657.7平方米，总投资金额6.65亿元。地下室为2层，建筑面积为38722.48 m2，地上住宅共5栋，高度为94m。本项目为预制装配式建筑，装配率为20%，且为精装修交付住宅，装修及居住舒适度、住宅品质要求较高。本工程从设计阶段到建筑交付后运营维护阶段全过程应用BIM技术进行建造过程项目管理。本文重点介绍施工过程基于BIM的创新技术的应用。
1.2 三维激光扫描在土方开挖工程量计算中的应用
本项目为山地类地形，地表高低不平。本工程基坑支护结构设计允许使用年限为1年，安全等级为三级，且采用放坡与网喷的方案进行施工。本项目将三维激光扫描技术——高清晰测量技术用于土方开挖工程量计算。主要工作内容包括 测量数据采集和数据分析计算两部分。数据采集工作包括施工现场踏勘、控制点测量、三维激光扫描、影像数据获取等；数据分析工作包括噪音影响因素消除、数据项处理、土方开挖模型创建、土方工程量计算等。
测量数据采集工作的关键在于施工控制点的布设和使用全站仪进行控制点坐标的获取。控制点的选取即有助于扫描站点位置的确定，又为土方开挖模型创建提供了基础坐标系，从而使得激光扫描生成的地表模型与土方开挖模型的坐标系一致，有助于土方开挖量的计算。本项目利用激光扫描对地面原始云数据和真实的地理纹理信息数据进行了采集。并用三维数据处理软件Cyclone对每个数据采集站点的数据进行拼接处理，并在此基础上消除噪音影响进一步处理数据，生成场地实景三维模型如图1。同时根据土方开挖方案和已有测量坐标系创建土方开挖模型，并将其与激光扫描实景模型进行重叠、对比（图2），利用3D布尔运算的原理进行土方开挖、填方工程量的计算，由此可获取各基坑开挖、填埋的表面积和体积工程量。本项目基坑开挖总工程量为4.289万m3。
图1 项目施工场地激光扫描实景三维模型图
图2 土方计算三维模型图
在基于激光扫描技术的土方开挖工程量计算中，最小的计算网格为0.5m*0.5m*0.5m,相较于传统的计算方式，计算精度提高了1000倍，土方工程量计算数据更加精确、可信，对施工过程的投资成本控制提供了更为精确的成本数据基础。
1.3 BIM5D技术在投资管理中的应用
近年来，BIM5D技术被广泛应用于国内工程项目的成本预测和施工投资管理中。以 BIM三维模型为基础，融入工程进度（Time）维度成为 4D-BIM，应用于施工进度管理中，在此基础上结合成本（Cost）维度形成 BIM-5D 模型，不仅包含了建筑设计信息，而且涵盖了进度、资源和成本等信息，提升了 BIM技术的功能价值。因此，可以利用BIM-5D 模型对进度、成本进行仿真模拟，自动计算出某一特定周期（周、月、季度、年等）内的施工预算成本。基于 BIM-5D 的工程成本预测的实现，关键是通过BIM模型集成项目建造过程的进度、成本、资源以及施工组织等数据信息，继而进行虚拟施工，为施工关键节点、里程碑事件提供进度、工程量计算、资源配置以及成本相关信息等准确的数据，为成本预测提供数据储备。目前BIM5D主要用于进度款审核、施工成本动态管控、物资管理等施工成本管理。
1.3.1 辅助施工进度款审核及施工资源管理
将项目的BIM模型与现场实际施工进度相关联，创建实际成本BIM5D模型，输出月度实际完成工程量统计表， 并将其与施工单位上报的施工进度工程量进行对比分析，用于辅助施工进度款审核。
根据定额对预算成本BIM模型输出的工程量清单项目进行人、材、机分解，
并依据施工组织计划对BIM模型进行施工流水段划分，将工程量清单项目按施工工序、某施工面进行人、材、机分解，编制相应工序或施工面的物资供应计划和资金计划，辅助施工物资采购、制定材料堆场计划及劳务安排等。
1.3.2 施工成本动态管控
将施工计划进度与BIM模型、成本信息相关联创建预算成本BIM5D模型，输出计划工作的预算成本（BCWS）。同时，将合同、消耗、费用等成本信息与实际成本BIM5D模型相关联，输出实际完成工作的实际成本（ACWP）。最后，利用挣得值法将计划工作的预算成本（BCWS）与实际完成工作的实际成本（ACWP）进行对比，对项目施工进度、成本进行综合分析，发现偏差并及时采取纠偏措施以满足进度和成本计划的要求。
1.4 协作平台在施工质量安全管理中的应用
本项目采用广联达BIM5D进行进度、质量和安全等协同管理。BIM5D平台通过PC端、网页端和移动端三端结合共同辅助协同管理。
1.4.1进度管理
1）形象进度管理：结合PC端，将BIM模型、进度计划与工程量清单相关联，基于模型和时间提取工程量和产值，减少在施工过程中过控单位的工作。同时在平台中进行5D施工模拟，将实际进度和计划进度的模型在平台端进行4D模拟，分析工程形象进度的滞后、正常、超前情况，并在模型上以不同颜色来标识进度情况,见图3。
图3 基于BIM5D的形象进度管理图
利用无人机结合720云全景全方位展示施工现场形象进度。采用无人机航拍，采集现场施工图片，结合720云全景，将现场进度以全景的方式展现，使整体形象进度更加清晰的展现，并结合BIM5D移动端，通过网页链接和二维码的方式分享现场形象进度，见图4。
图4 无人机采集的形象进度展示二维码图
2）现场实时进度数据采集。结合网页端划分月计划、周计划和流水段，并在周计划和生产看板中将任务派分，实时查看当天任务情况。通过周计划划分流水段，进行任务派分，经进度工作细分，明确每一项工作的开始和完成时间，并在每周进行数据统计，对比分析。通过劳动力看板，可以查看每天各工种的人员情况，方便确定人员的增减，和各工种人员的合理配置，保证工作效率的最大化，同时保证了资源的合理分配，确保不浪费。
为了方便现场协同管理，移动端占据了重要的角色，移动端主要着手于生产进度、构件跟踪、质量管理和安全管理四个方面。在生产进度方面通过周跟踪，细分到每个任务，方便任务的具体化和实时化。同时将每天的形象进度通过移动端上传至BIM5D平台，方便项目管理人员查看实时进度。
1.4.2质量安全管理
现场监理单位和施工单位主要通过移动端来处理发现的质量和安全问题，监理在现场发现质量安全问题，通过手机上传照片到平台，并且通过平台发起整改任务，限定责任人和整改时间，将任务划分到具体的责任人，确保问题能及时改善。同时，可以选择相关人员，可以接受和查看质量安全问题，保证各方可以及时知悉，还能通过BIM5D平台存档并将质量安全问题通过BIM5D网页端进行数据分析，和质量安全评优。同时，将出现的安全问题和质量问题进行统计，通过生产周会等方式展现（图5），提高对经常性出现的问题的重视和整改，减少问题发生率。
图5 质量问题统计看板图
2 结论
施工管理中的关键因素包括施工进度、成本、质量安全、信息管理等，本文通过实际项目案例分别详细描述了基于BIM的三维激光扫描技术在施工土方开挖工程量计算中的应用、BIM5D在工程进度款审核、资源计划制定以及动态成本管控中的实际应用和基于协作平台的施工质量安全管理应用。显然，通过BIM技术可为施工管理以及项目管理提供基础数据，辅助项目管理人员对项目情况做出及时决策，以及可以积累项目相关管理数据，为之后的项目运行提供数据支持。
参考文献：
[1]唐海燕，刘荣桂，韩豫.基于BIM-5D 的工程施工成本预测系统构建[J].工程管理学报.2015，29(4)：107-112.
[2]丁烈云，龚建，陈建国.BIM应用·施工[M].上海：同济大学出版社，2015.3：8-9.
[3]陆安雄.BIM技术在建筑工程施工质量控制中的应用探究.绿色环保建材. 2018，（9）：223.
