大型建筑群体BIM协同管理的三大方面

以BIM为核心技术建立项目施工监督管理平台,用于协同建筑工程项目监理过程各参与方以及产生的庞大项目信息,主要通过工程监理BIM协同数据分析、工程监理BIM协同实施规划以及工程监理BIM协同工作模式优化三个方面展开。

1.工程监理BIM应用数据分析

当前工程监理主要以文件形式进行数据交换和管理,无法支持面向建筑全生命周期的各种工程分析和管理,存在信息丢失等问题,并存在以下不足:

(1)无法实现对象级别(Object level)的数据控制。

(2)不支持协同工作和同步修改。

(3)变更传播困难。

(4)信息交换速度和效率是瓶颈问题。

对工程监理BIM数据进行系统分析,基于BIM服务器与数据库进行数据集成与交换,实现对象级别的数据管理、权限配置,支持多用户协同扩展BIM模型,可以解决上述问题。

采用安装在服务器端的中央数据库进行BIM数据存储与管理,可以改善项目数据交换的传统模式(图4-25)。项目参与方可以从BIM服务器提取所需的信息,进行相关应用的同时不断更新和扩展信息模型,将扩展后模型信息重新提交到服务器,从而实现BIM数据的存储、更新、提取和应用,如图4-26所示。

图4-25　建筑项目数据交换传统模式

建筑信息模型包括建筑全生命周期的各种产品和过程信息,是在建设过程的不同阶段动态地形成,因此面向全生命周期的BIM数据信息需要在建设过程中动态集成和创建。建筑生命期的工程数据可以分为结构化的BIM数据、非结构化的文档数据以及用于表达工程信息创建的过程信息和组织信息。对于结构化的数据利用基于BIM的数据库存储和管理;文档信息和过程、组织信息也采用相应的数据库进行存储,最终实现结构化与非结构化数据的综合集成管理。

图4-26　基于BIM的建筑项目数据交换模式

2.工程监理BIM协同实施方案研究

工程监理BIM系统是一个复杂系统。制订科学合理的实施方案,建立可操作性强的实施框架,规划可逐步实现的实施路径是实现工程监理协同作业的必要前提。

工程监理BIM实施方案应兼具通用性、层次性、前瞻性和可操作性。通用性是指BIM实施方案的基本思想、原理和方法不能够仅局限于某一个工程项目,应满足建设过程中的一般规律、基础要求、共性化需求,应该适用于大多数工程项目,乃至区域内工程项目群体。值得注意的是,由于每个项目所处环境不同,具体实施方案应综合考虑项目特征,因地制宜进行调整。层次性是指在全面实施与推广BIM的过程中,不同工作阶段其主要任务应是不断递进的关系,每个阶段工作任务应有不同侧重。前瞻性包括战略和技术先进性两方面,是指BIM实施方案应在解决当前问题的同时,从可持续发展的角度规划其实施步骤;在先进的理论知识指导下,采用先进的技术与方法制订合理的BIM实施规划和路径。

为保证所建立的BIM实施方案与工程业务结构有效衔接,工程监理BIM平台设计需要考虑组织、过程、信息和系统四要素以及它们之间的关联。组织是指平台内部管理模式、工作流程及其与建设项目各参与方之间的合作方式以及权责分配等。过程是指从规划、设计到施工、运营的整个流程,以及各个流程所包含的工作、资源投入等。信息是指建筑过程中产生的各种工程信息以及其表达方式、组织结构等。系统是指负责工程以及创建和使用信息的计算机软硬件和系统。

基于此,可以完成工程监理BIM实施路径的制订。在业务数据信息分类、业务需求建模的基础上,进行BIM软件程序的二次开发,构建工程监理BIM网络平台。以工程监理BIM网络应用平台为载体,推进BIM技术在监理工作中的应用。同时,利用组织资源、优化业务流程,制定了BIM标准,最终推动工程监理BIM全面运行,如图4-27所示。

图4-27　工程监理BIM实施宏观路径

3.工程监理BIM模式优化研究

将BIM技术引入工程监理行业,研究开发工程监理BIM技术,可以拓展工程监理在项目全生命周期的参与度,实现工程监理对项目的动态控制、及时预警和可视化监管,将监理工作生成的信息添加到项目全生命周期信息模型中,实现对工程项目的有序、高效管理。BIM技术的应用从质量控制、进度控制、造价控制、安全管理、合同管理及组织协调方面进行优化设计。监理单位通过BIM网络平台与内部人员和上下游单位进行工程洽商和工作协调,提交、审批、审核和使用各种文件,发放监理指令文件,从而对建设目标进行监督和管理,如图4-28所示。

图4-28　监理工作总程序

1)BIM工程监理质量控制优化设计

BIM技术在监理质量控制阶段中的应用可以对现存的某些问题进行针对性解决,以达到提高工程质量管理效率的目的。

就建筑产品物料质量而言,BIM模型储存了大量的材料、建筑构件、设备信息。通过软件平台,从物料采购部、监理人员到施工人员个体可快速查找所需的材料及构配件信息,规格、材质、尺寸要求等一目了然,对其入场检查安装使用等进行动态控制,并可根据BIM设计模型,跟踪现场使用产品是否符合设计要求,通过先进测量技术及工具的帮助,可对现场施工作业产品进行追踪、记录、分析,掌握现场施工的不确定因素,避免不良后果的出现,监控施工质量。

施工技术的质量是保证整个建筑产品合格的基础,对工程项目的建造过程在计算机环境中进行预演,包括施工现场的环境、总平面布置、施工工艺、进度计划、材料周转等情况都可以在模拟环境中得到表现,从而找出施工过程中可能存在的质量风险因素,或者某项工作的质量控制重点。对可能出现的问题进行分析,从技术、组织以及管理等方面提出整改意见,反馈到模型当中进行虚拟过程的修改,从而再次进行预演。反复几次,工程项目管理过程中的质量问题就能得到有效规避。同时,可以通过BIM模型与其他先进技术和工具相结合的方式,如RFID射频识别技术、智能手机传输、数码摄像探头、增强现实等,对现场施工作业进行追踪、记录、分析,能够第一时间掌握现场的施工动作,及时发现潜在的不确定性因素,避免不良后果的出现,监控施工质量。

应用BIM技术除了可以使标准操作流程“可视化”外,也能够做到对用到的物料,以及构建需求的产品质量等信息随时查询,以此作为对项目质量问题进行校核的依据。对于不符合规范要求的则可依据BIM模型中的信息提出整改意见。同时,在BIM模型中标注出发生质量问题的部位或者工序,从而分析原因,采取补救措施,并且收集每次发生质量问题的相关资料,积累对相似问题的预判经验和处理经验,对以后做到更好的事前控制提供基础和依据。BIM技术的引入更能发挥监理在质量系统控制中的作用,使这种工程质量的管理办法能够更尽其责,更有效地为工程项目的质量控制服务。(www.xing528.com)

施工阶段质量控制工作程序,如图4-29所示。

2)BIM工程监理进度控制优化设计

BIM技术在监理工作进度控制中的应用可以对现存的某些问题进行针对性解决,以达到保证工程进度控制目标,提高工程进度管理效率。

BIM模型的应用为进度计划减轻了负担,计划编制过程中可实时利用模型数据信息。除总进度要求和里程碑进度要求外,计划安排的重要依据是工程量。一般通过手工完成,繁琐复杂且不精确,而应用BIM系统,简单易行,只需将数据整理,便可精确计算出各阶段所需的人员、材料和机械用量,从而提高工作时间估计的精确度以及资源分配的合理化。另外,在工作结构分解和活动定义时,已完成与模型信息的关联,为模拟功能的实现做好准备。通过可视化环境,可从宏观和微观两个层面对项目整体进度和局部进度进行四维反复模拟及动态优化分析,调整施工顺序,配置足够资源,得出更为合理的施工进度计划。

BIM技术的应用使进度控制有据可循、有据可控。在BIM技术下的施工管理中,把经过各方充分沟通和交流建立的四维可视化模型和施工进度计划作为施工阶段工程实施的指导性文件,各专业分包商都将以四维可视化模型和施工进度为依据进行施工组织和安排,充分了解下一步的工作内容和工作时间,合理安排各专业材料设备的供货和施工时间,严格要求各施工单位按图(模型)施工,防止返工、进度拖延的情况发生。

图4-29　施工阶段质量控制监理工作程序

BIM的四维模型是进度调整工作有力的工具。当变更发生时,可通过对BIM模型的调整使管理者对变更方案带来的工程量及进度影响一目了然,管理者以变更的工程量为依据,及时调整人员物资的分配,将由此产生的进度变化控制在可控范围内。同时在施工管理过程中,可以通过实际施工进度情况与四维虚拟施工进行比较,直接了解各项工作的执行情况。当现场施工情况与进度预测有偏差时,及时调整并采取相应的措施。通过将进度计划与企业实际施工情况不断对比,调整进度计划安排,使监理在施工进度管理工作上能全面掌控。

在BIM进度管理过程中,可对进度计划的编制过程和优化过程进行模拟分析,确保持续时间、逻辑关系的准确性,预见计划执行中可能存在的问题,并及时对计划进行调整,属于事前控制。应用可视化模拟分析后的可建造性四维模型和施工进度计划为依据进行施工组织和安排,清楚地指导下一步工作时间和内容,合理安排各专业材料设备的供货和施工时间,严格按图施工,防止返工、进度拖延情况发生,实现实际进度的有效控制,最终达成项目目标。

BIM技术引入后对进度管理过程的每一个步骤均产生很大改善。在进度管理整个过程中,BIM数据信息、可视化四维模拟、虚拟建造等功能的应用,有利于进度计划表达,优化进度控制技术,提高进度计划与控制的效率,能够较好地实现进度管理的目的,提升工程项目进度管理水平,如模型信息和四维模拟确保活动时间和逻辑关系的准确性;反复模拟进度计划,确保其有效性和可执行性;可视化进度控制,减少进度偏差现象。

施工阶段进度控制工作程序,如图4-30所示。

图4-30　施工阶段进度控制监理工作程序

3)BIM工程监理造价控制优化设计

在造价控制方面,BIM技术的应用对项目所发挥的最大效益体现在工程量的统计和核查方面。构建BIM模型可以生成实际的工程数据,通过对比二维设计下的工程量报表和基于BIM技术的工程量统计,核查二维数据的偏差。分析原因主要由于二维图纸面积计算往往会忽略立面面积、跨越多张二维图纸的项目可能被重复计算、线性长度在二维图纸中通常只计算投影长度,等等。这些偏差直接影响本项目造价的准确性。通过结合BIM数据统计消除偏差后,项目总费用降低可达20.03%,同时保证造价数据的准确性。

工程量计算是编制工程预算的基础,相比传统方法的手工计算,BIM模型的自动算量功能可以使工程量计算工作摆脱人为因素的影响,得到更加客观的数据。利用建立的三维模型进行实体减扣计算,对于规则或者不规则的构件都可以准确计算。同时,基于BIM的自动化算量方法为造价工程师节省更多的时间和精力,投入更有价值的工作中,如询价、评估风险等,并可以利用节约的时间编制更精确的预算。同时,利用BIM模型提供的数据基础可以合理安排资金计划、人工计划、材料计划和机械台班的使用计划。在BIM模型所获得的工程量上赋予时间信息,可以得到任意时间段的工程量,进而得到任意时间段的工程造价,根据这些信息来制订资金计划。同时,还可以根据任意时间段的工程量,分析出所需要的人工、材料和机械台班的数量,合理安排工作。

设计变更在现实中频繁发生,传统的方法又无法很好地应对。首先,可以利用BIM技术的模型碰撞检查工具尽可能减少变更的发生。其次,当变更发生时,利用BIM模型可以把设计变更内容关联到模型中,只要把模型稍加调整,相关的工程量变化就会自动反映出来,不需要重复计算。甚至可以把设计变更引起的造价变化直接反馈给设计师,使他们清楚了解设计方案的变化对工程造价产生了哪些影响。将BIM技术的碰撞检查工具用于施工阶段的图纸会审中,可以在正式施工前解决施工图纸中存在的问题,从而减少签证和返工。另外,建设单位可以利用BIM技术合理安排资金,审核进度款的支付。特别是对于实际变更,可以快速调整造价,并且关联相关构件,便于结算。同时,施工单位可以利用BIM模型按时间、按工序和按区域计算工程造价,便于成本控制,做到精细化管理。

施工阶段造价控制工作程序,如图4-31所示。

图4-31　施工阶段造价控制监理工作程序

4)BIM工程监理安全管理优化设计

在监理安全管理中,应用BIM技术可以提高虚拟安全控制,监控潜在的工程危险,并及时提醒相关人员。同时BIM模型可以模拟不同施工阶段的建筑物,从而使监理工程师、建筑师和施工人员提前识别潜在的安全和健康方面的风险。

施工行业的性质决定了施工现场作业人员面临着众多危险,BIM的使用便于不同专业、不同分工的各利益相关方共同合作。强化了团队成员实现施工过程可视化与概念化的能力,减少了解释说明的工作,并促进了各利益相关各方更好地沟通和理解。

基于BIM技术监理数据库对其中可能发生的问题及可能存在的危险进行预测,掌控安全隐患点,制订安全管理细则,帮助监理把握施工过程中关键工序的工程特点及管理控制难点,确定关键控制环节及相应的控制措施,从而提高施工阶段监理管理工作效率和控制效果。提高施工的质量和安全性,减少返工现象,提高工作效率。

5)BIM工程监理合同管理优化设计

由于合同管理内容涉及建设工程项目的方方面面,比如造价、范围、进度、风险等。BIM技术的引入不仅可以将原合同文件与BIM模型关联,同时可以更加直观有效地控制施工暂停复工、工程变更管理、费用索赔处理及工程延期处理等问题。

BIM技术应用使电子文档数据成为可利用资源,实现数据资源的信息化,信息资源的知识化。有助于项目相关信息存储、交换和共享过程的流畅实现和动态监管。

6)BIM工程监理组织协调优化设计

BIM技术的应用在单一数据共享平台上完成信息集中和不同工种的协同设计,对传统的组织协调工作进行了一定优化。BIM模型也是分专业进行设计的,各专业模型建立完成后可以进行模型的空间整合,将各专业的模型整合成为一个完整的建筑模型。计算机可以通过碰撞检查等方式检测出各专业模型在空间位置上存在的交叉和碰撞,避免因为模型的空间碰撞而影响建设项目各专业之间的协同作业。

监理单位可以通过网络平台与建设相关方进行工程洽商和工作协调,提交、审批、审核和利用各种文件,发放监理指令文件,从而对建筑质量、进度、安全等目标进行动态监督和管理。BIM的应用将有助于项目相关信息存储、交换和共享过程的流畅实现和动态监管。