基于BIM的施工管理系統開發及應用

胡忠華，余暉，鄭忠波，王海東

（1.浙江省建投交通基礎建設集團有限公司，浙江 杭州 310012；2.寧夏交通建設股份有限公司，寧夏 銀川 750004；3.寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021）

0 引言

在全球科技進步的浪潮下，建筑行業作為經濟支柱產業，必須堅持科技創新。而施工階段作為橋梁工程全生命周期中最為復雜和重要的部分，在其安全、質量、進度、技術、投資等方面的管理手段也需要與時俱進，否則在面對復雜和工程量巨大的工程項目時，存在傳統管理模式無法適應新環境下發展需求的問題。

科學技術朝著智能化方向發展，對我國建筑業的信息化提出了更高的要求[1]。各個參建單位之間信息孤島問題有待解決，溝通效率有待提高，以避免不必要的資源浪費[2]。因此，高效管理和運用項目實施過程中產生的信息數據并使得參建方有效協同是施工管理的重要目標。BIM技術因其可視化、模擬性、信息化的特質，能夠很好地進行4D施工模擬和信息數據管理，而現階段還鮮有標準化、系統化的施工管理平臺投入應用。

鑒于此，本文自主研發了基于BIM技術的施工管理系統，并將其應用于工程實際中，解決了信息失真和傳輸延遲的問題，避免了信息孤島問題的出現，實現了施工過程信息數據的集成化管理并輔助降低了橋梁建設中的成本和風險，為橋梁工程施工管理的可視化、協同化及精細化提供了參考范例，并推動了橋梁建設的高質量發展，同時也拓展了BIM技術在橋梁工程領域的應用范圍，深化了其信息化特性在施工階段數據信息管理中的作用。

1 基于BIM的施工管理系統開發

通過對橋梁工程參數化建模方法的研究，將BIM模型與施工管理系統搭接，進行管理系統架構和功能模塊的精細化設計。此系統基于BIM技術特性對施工過程中產生的數據信息進行可視化、協同化管理，主要實現數據流和數據存儲的分布式整理，將分散的數據存儲單元進行邏輯統一化，并將統一數據庫用于各方信息交互共享，為信息管理系統研究提供了范例。

1.1 反演預測方法

針對橋梁工程中異型結構較多，需要進行各類模型、模塊的拼接且考慮橫坡、縱坡的情況，大部分相關BIM軟件的存儲文件格式不一致，而Bentley平臺系列軟件均使用DGN格式[3]，因此，基于Bentley平臺開展異型結構參數化建模研究，如鋼拱結構段的參數化建模方法，將BIM模型作為系統的數據依托和信息管理主體，從而提高建模精度和建模效率。

圖1所示為復雜結構異型鋼拱的BIM模型，本文提出了參數化建模方法如下：

（1）將參數化坐標X,Y,Z導入MicroStation生成坐標點，部分坐標如表1所示，導入后通過四點同平面原則自動化檢測坐標值的有效性和準確性。

表1 某鋼拱結構段部分坐標值

（2）依據坐標值生成BIM結構，在實體結構上繪制橫隔板截面，運用布爾運算切割生成橫隔板單體，如圖1（a）所示。

（3）標記橫隔板單體坐標，在每段首位兩塊橫隔板繪制加勁肋斷面，沿板間路徑放樣生成加勁肋，如圖1（b）所示。

（4）對鋼拱結構段邊緣四點進行標記，生成頂、底、左、右四面，應用BIM模型簡易結構法生成頂、底、左、右四板得到鋼拱結構段，完成后將各個拱段拼接得到整體鋼拱結構，如圖1（c）所示。

圖1 異形鋼拱結構參數化建模

建模中橋梁復雜結構部分參數化的實現，提高了BIM模型精細度，模型細節等級達到LOD400且可用于指導施工。在完成全橋模型創建后，將其作為施工管理系統的信息存儲主體，在模型基礎上進行系統功能模塊的開發，即可實現BIM技術在系統中的深度搭接和應用。

1.2 施工管理系統架構設計思路

針對傳統管理模式下信息交互困難、施工質量不易把控、項目工期影響因素復雜等問題，基于BIM的施工管理平臺，面向建筑施工階段，緊抓組織、過程、信息這三個要素，進行功能架構整體設計。技術架構開發思路主要遵循以下五點：

（1）數據信息均基于IFC進行結構化與非結構化分類存儲；

（2）平臺數據輕量化處理，支持大體量模型運行與巨量數據整合；

（3）模塊化設計保證管理系統功能綜合全面，細分信息、技術、質量、安全、進度、投資模塊；

（4）保證管理系統普及度，保證各參建單位均應用此系統，從而實現協同作業，信息互通聯動；

（5）系統使用方法簡化，充分使用移動端App、模型、二維碼技術。

基于以上技術架構，實現了施工管理系統的云端協同工作，模型的輕量化處理，以及基于WEB端的決策分析三大類功能，同時也可實現在系統中進行數據集成、實時控制和輔助決策。

在傳統施工管理中，信息在交互中的流失會導致信息轉換率過低，基于BIM技術的數據信息集成化管理可以使得信息統一化和離散信息完整[4]，在數據量過大時云端服務器可以通過并行方式將數據庫擴增從而滿足平臺需求。施工階段的數據信息具有來源廣泛、數據量大、數據格式復雜及數據更改需求頻繁四大特點，這些特征也增大了數據處理的難度。在完成BIM模型與系統平臺的對接后，使用者可隨時在移動終端和WEB端通過模型對管理信息進行查看并進行授權部分的信息編輯調整，各參與方對整體施工過程信息可即時查看、即時處理和即時溝通，真正實現協同工作。

1.3 施工管理平臺模塊設計

本平臺根據各方需求設計模塊，分別為項目管理、技術管理、質量管理、安全管理、進度管理和投資管理，以安全、質量、進度、投資管理為重點模塊進行研發設計。

施工階段，為了保證項目在可控狀態下施工，必須以安全、質量、進度及投資為出發點，才能實現項目落地，保障業主、施工單位、監理單位的利益。安全、質量、進度、投資四者之間既相互聯系又相互制約，既對立又統一。例如：在項目施工階段，若各方只是加強對安全的投入，可能會造成施工進度延緩，投資額增加，但是施工質量會得到保證；若各方只注重施工質量時，不安全操作事故會減少，但是施工進度會減慢，投資額會增加；如果在施工階段加快進度，則可能造成施工質量下降，安全性也可能隨之下降，投資額反而會增加。若在施工階段不合理地控制投資費用或投資費用不及時到位，相應地也會造成安全、質量、進度大幅受損。

綜上所述，在項目施工階段不能偏頗地控制某一指標，要獲得理想的結果，必須從安全、質量、進度、投資中選取平衡點，以滿足項目管理目標。因此，施工管理平臺設計模塊主要從安全、質量、進度、投資四個方面來滿足各參建方的需求。

2 工程實例

中衛南站黃河大橋，起點位于中衛市沙坡頭區平安西路與機場大道平交口處，終點位于黃河南岸。線路走向基本由北向南，全長1.84km，雙向四車道一級公路，其中橋梁長1.049km。全橋有裝配式T梁、變截面連續箱梁、鋼混組合梁、拱梁組合體系四種類型，主橋設計為跨黃河異形鋼拱和80m+120m+80m預應力混凝土變截面連續箱梁。中衛南站黃河大橋從整體結構來看，不但橋型復雜，而且跨黃河流域施工風險及難度較大，交通系統空間關系復雜、專業眾多，施工周期緊張且進度管控要求高，施工作業受限，技術操作復雜，多方參與的PPP投融資模式，使得項目協同管理難度大。

因此本項目擬通過BIM建模，進行多專業設計信息整合及設計內容復核，保障設計質量；通過BIM技術分析，進行施工進度計劃可視化模擬，驗證進度安排的合理性；通過BIM技術分析，進行施工方案可視化模擬，實現可視化施工作業指導；通過BIM平臺應用，實現信息共享和管理協同，使項目在質量、安全、進度、投資等方面均達到優質工程項目交付要求。

首先根據施工圖設計階段圖紙進行全線BIM參數化建模，全線BIM模型建模精度達到LOD300等級，其中大型鋼結構構造建模精度達到LOD400等級，如鋼梁和拱肋節段。利用高精度的BIM模型指導構件加工，部分模型如圖2所示。

圖2 參數化BIM建模

依托所建參數化BIM模型進行施工階段信息、技術、質量、安全、進度、投資管理，其中BIM模型與管理系統搭接應用主要體現在進度管理和工程量可視化核算過程中。通過在橋梁BIM模型上選定指定構件進行信息查看，根據選中屬性欄可知相應編號構件的準確工程量。界面菜單欄中除屬性之外，還可即時查看設計、技術、質量、安全、計價及施工日志信息。

施工管理系統與BIM技術相結合，實現了施工過程的可視化、信息管理的協同化以及管理的動態化。各參與方在系統中進行工程信息共享，可就整個施工流程中出現的問題及時溝通協調，保證了施工過程中數據、信息的高效流轉和運用。

3 結語

本文研究了復雜異型結構BIM參數化建模方法，對施工管理系統功能模塊進行了精細化設計，基于BIM技術研發了施工管理系統并將其應用于橋梁工程中。通過此系統在工程實例中的應用，驗證了管理系統的有效性以及其相對于傳統管理模式的可視化、協同化、動態化優勢，證明了該管理系統的推廣應用價值。

此外，通過BIM技術在管理系統研發中的應用，拓寬了此技術的研究范圍，同時也為新技術在工程施工中的應用提供了范例和參考。