基于BIM的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术.pdf

李治国:基于B I M的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术工程管理GONGCHENGGUANL I 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:李治国(),男,辽宁朝阳人,高级工程师基于B I M的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术李治国(甘肃第二建设集团有限责任公司,甘肃 兰州 )摘要:为解决建筑施工过程信息的多源性、异构性、冗余性和相关性等问题,本文以我公司承建的某房地产项目为背景,基于B I M信息编码标准技术对施工信息进行编码和集成,形成B I M核心数字信息集成模型,以此为基础进行施工过程的管理.结果表明,由于施工信息具有多源性、异构性、冗余性和相关性等特点,借助B I M技术中I F C编码技术可以构建B I M核心数字信息集成模型;基于B I M核心数据集成模型可以使得施工阶段的质量问题得到大幅度降低,施工进度控制曲线则呈现近匀速直线的增长模式,大幅缩短了建设周期,工程的总投资和工程费用也大幅度减少,达到了精细化的成本管理目标.关键词:B I M技术;建筑施工;多源信息;编码标准;施工管理;施工成中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()引言建筑工程施工是一个高度动态的资源配置和生产消费过程,需要多专业的协作与多部门的分工协同,在投入劳动力、资金以及时间的同时,对于海量的具有多源异构性的复杂数据,基于平面图纸施工的管理模式远远不能满足兼容性要求高、数据信息关联性强、资源和业务信息动态变化的要求,导致信息集成落后、管理精细化程度低,极大地限制了建筑业向智能化方向的发展 .B I M技术作为未来建筑业主流的应用管理模式,它可以实现建筑全生命周期的项目信息库管理和建设,为参与建设和运营的各方提供跨专业、跨时间的丰富共享信息资源,良好的工作协同机制、可视化能力以及高度的信息集成应用,在建筑工程施工中的多源异构性信息集成和施工管理中的应用具有明显优势.工程概况我公司承建的某房地产项目,规划用地面积约为 m,按照施工图设计,用地范围内提供高层民用住宅、多层民用住宅和商业零售办公用房的一体化城市生活、零售解决方案,总建筑面积达到 m,其中高层民用住宅一共 栋,单栋 层,底层高度为 m,其余 层高度均为 m,建筑面积达到 m;多层住宅一共栋,单栋层,楼层高度均为 m,建筑面积达到 m;商用零售办公用房栋,建筑面积为 m,其他为配套服务用房面积.高层住宅楼的结构形式均为框架剪力墙结构,混凝土强度等级为C ,标准层剪力墙厚度为 mm,框架柱截面呈正方形,长宽均为 mm,框架梁截面为矩形,宽为 mm,高为 mm,连梁截面为矩形,梁宽为 mm,梁高为 mm,跨度为 mm.计划工期为 年月 日至 年 月 日,共计 天.基于R e v i t软件建立的典型高层住宅楼三维B I M模型如图所示.图基于R e v i t软件建立的典型高层住宅楼三维B I M模型B I M信息编码标准技术在建筑施工多源信息集成中的应用建筑工程施工过程是个高度动态的过程,其产生和交换的过程产生了海量的信息,这些数据信息具有明显的特征:其一为施工信息的多源性,这是因为参与施工的各方由于专业角色和工作范围的不同,导致形成的信息相互孤立,这些独立的信息不仅在空间层面上无法形成一个集成的交互和存储平台,而且在时间层面上也无法整合成一个信息数据库.其二为施工信息的异构性,这是因为至今为止还没有存在一种数据结构形式能够完全描述施工过程中产生的信息,因此,在数据存储方面,信息表现为不同的结构形式和数据格式,比如采用典型的结构化形式存储建筑物技术模型和分析成果,而采用非结构工程管理GONGCHENGGUANL I李治国:基于B I M的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术 工程与建设 年第 卷第期化的文本形式存储建筑文本信息,这些数据格式是由不同的软件产生的,并不能完全相互支持和访问,信息的异构性导致了施工信息的交流鸿沟.其三为施工信息的冗余性,大部分是信息的多源性和异构性导致的,存储的施工信息在不同的参与方之间存储,相互之间的信息存在重叠或者冲突,信息分享过程中需要借助额外的流程.其四为施工信息的相关性,这与施工过程的复杂性和施工任务之间的逻辑顺序关系有关,施工过程中的投入与产出均会产生信息共用,所有的信息之间均存在关联.正是由于上述施工信息的诸多特点,导致传统的施工信息管理 模 式 存 在 信 息 集 成 落 后、管 理 精 细 化 程 度 低 等 问题.为了使建筑施工过程中产生的多源异构性数据产生关联,并利用 关联 的 数据 实现 不同 数 据源 的相 互沟 通 和共享,因此需要借助B I M技术中I F C编码技术构建信息交流平台.如图所示,在I F C编码技术中包含了集成的重要施工信息组成元素,其中I f c E l e m e n t是对B I M模型中的构建实体进行信息编码,信息内容涵盖了实体构件的几何尺寸及材质属性等;I f c T a s k是对B I M模型的施工过程及相关编码,比如绑扎钢筋、吊装目标、浇筑框架梁等;I f c C o n s t r u c t i o n R e s o u r c e是对施工资源的编码,比如某个施工任务配备的技工人数、C 混凝土的进场数量和消耗数量等;I f c R e l S e q u e n c e是对施工进度进行编码,可以调用B I M软件程序中的I f c R e l N e s t s施工任务编码,并基于虚 拟 实体 的关 联体 系 对具 有包 含创 建对象的I f c R e l A s s i g n s T o P r o d u c t实 体 进行 集成,直接 反 映 的各个三维 建 筑B I M模 型 与 施 工 过 程 中 的 信 息 关 联 关 系,I f c C o n s t r u c t i o n R e s o u r c e即是动态施工过程中多源性信息的输入边界.图基于B I M信息编码标准技术的建筑施工多源信息集成基于三维建筑B I M模型技术,运用B I M信息编码技术将建筑性施工 形 成 的 多 源 信 息 与 虚 拟B I M构 件 模 型 进 行集成,形成B I M核心信息模型.信息模型的实现是基于I f c E l e m e n t的数据编码,它可 提 供丰 富的 外部 数据 源,以 设计模型为框 架,构 建 集 成 施 工 进 度、施 工 和 资 源 的 核 心 模型,并导入 外 部 数 据 源,将 基 于 编 码 的I f c E l e m e n t与 工 作包模板关联,并与工作 包 实 例 化 重 组,基 于 规 则 生 成 施 工循序,达到B I M核 心 数 字 信 息 集 成 模 型 的 建 立.具 体 的数据关联以及核心 数 据 信 息 集 成 模 型 的 逻 辑 如 图、图所示.图基于B I M模型的建筑施工多源信息集成逻辑图B I M核心数据集成模型的建立基于B I M信息集成模型的施工管理技术 基于B I M信息集成模型的施工质量管理B I M集成模型中包含了实际建设任务,可以基于B I M模型对施工过程进行模拟,关联施工进度计划,考虑建筑的时间因素,构建四维的施工模型,运用B I M模型的可视化能力对施工过程中的质量进行追踪,直观了解现场建筑结构的施工和安装,避免土建施工中重大节点、隐蔽工程施工等的技术交底困难和信息交流冗余.图为本研究中引入B I M核心数据集成模型前后的施工质量问题频次对比.从图中可以看出,在引入B I M核心数据集成模型前,配套商业出现质量问题的频次最大,为 次;高层民用住宅出现质量问题的频次为 次;基础工程施工出现的质量问题的频次为 次;多层民用住宅出现质量问题的频次为 次;配电用房出现质量问题的次数为次;小区大门出现质量问题的频次最少,为次.在引入B I M核心数据集成模型后,配套商业出现质量问题的频次降低为次,降低幅度达到;高层民用住宅出现质量问题的频次降低为次,降李治国:基于B I M的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术工程管理GONGCHENGGUANL I 工程与建设 年第 卷第期 低幅度达到;基础工程施工出现的质量问题的频次降低为次,降低幅度达到;多层民用住宅出现质量问题的频次降低为次,降低幅度达到;配电用房出现质量问题的次数降低为次,降低幅度达到;小区大门出现质量问题的频次降低为次,降低幅度达到.图基于B I M核心数据集成模型出现施工质量问题的频次 基于B I M信息集成模型的施工进度管理传统的建筑工程施工进度管理模式主要是基于施工图纸以及编制的施工进度计划表,设计阶段与施工阶段相互割裂,施工管理人员做出的所有决策都是中标后得到的施工图蓝图,以及相关的设计文字交底,施工人员需要大量的时间从施工图中提取设计意图,并重现建筑模型,受到主观意识的影响程度较深,因此编制的施工进度计划对项目进度追踪能力差,无法在施工前期对施工中高度动态变化的人员、成本、设备等进行详细预测,对施工图纸中出现的问题也难以尽早发现,无形中增加了进度管理协调会、设计变更会等沟通工程成本,影响了工程决策效率.借助B I M信息集成模型可以全过程模拟施工信息的动态变化,同时在实际操作层面上也可以对施工的进度进行监测和调整.图为基于B I M核心数据集成模型的施工进度控制曲线与传统进度计划表的进度控制曲线对比.从图中可以看出,在传统的进度计划表的进度控制曲线中,随着施工时间的增长,施工累计完成百分比曲线呈现明显的S形,而采用基于B I M核心数据集成模型的施工进度控制曲线则呈现近匀速、直线的增长模式,对进度的把控不存在时间上的停顿,在 天内,基于B I M核心数据集成模型的施工进度较传统进度计划表的施工进度慢,而在 天至 天内,基于B I M核心数据集成模型的施工进度较传统进度计划表的施工进度快,表明基于B I M核心数据集成模型的施工控制能够使施工进度超前,大幅缩短建设周期,节约了工期成本.图基于B I M核心数据集成模型的施工进度计划 基于B I M信息集成模型的施工成本管理建筑工程施工成本控制是最为复杂的系统工程,且施工造价直接影响整个工程的施工决算.在施工阶段,各项施工成本的控制和物资消耗如果控制不良极易导致投资失控和“三超现象”.一般而言,在施工阶段,传统的工程造价管理方法用来编制施工图预算清单和物资采购计划,根据实际的物资投入进行购买和领用,这种冗余的施工成本管理模式会造成管理流程多、管理链条长等弊端,导致成本核算的困难.表为根据传统工程造价计算法得到的工程费用.表传统工程造价计算法得到的工程费用序号工程或费用名称单位数量单位造价/元概算金额/万元一工程费用m 配套商业m 高层住宅楼m 土建及装饰工程m 安装工程m 太阳能系统m 小区大门m 地下车库m 土建及装饰工程(非人防)m 土建及装饰工程(人防)m 安装工程m 边坡支护m 桩基础m 土方开挖m 道路m 铺地m 绿地m 工程管理GONGCHENGGUANL I李治国:基于B I M的建筑施工多源信息集成与施工管理关键技术 工程与建设 年第 卷第期续表序号工程或费用名称单位数量单位造价/元概算金额/万元总图给排水m 总图电气及照明m 场区弱电及监控m 土方工程m 围墙m 配电房等配套用房m 二工程建设其他费用 三预备费 四建设期利息 五总投资 基于B I M核心数据集成模型可以对工程建设中的设备、物料等进行实时采集、监控和调整,因此,对于建筑施工而言可以达到精细化的成本管理.图为基于B I M核心数据集成模型的施工造价与传统工程造价计算法的工程造价对比.从图中可以看出,基于B I M核心数据集成模型可以实现施工进度与施工成本相关联,充分利用B I M技术的可视化和数字化能力,利用高效率的B I M数字平台的协同能力,对施工过程的采购计划、资源配置计划等进行精益管控,因此在使用B I M核心数据集成模型后,工程的总投资和工程费用大幅度减小,总投资从 万元降低为 万元,工程费用从 万 元 降 低 为 万 元,降 低 幅 度 分 别 为 、.图基于B I M核心数据集成模型的施工造价管理结论本文以我公司承建的某房地产项目为背景,基于B I M信息编码标准技术对施工信息进行编码和集成,形成B I M核心数字信息集成模型,以此为基础展开施工过程的管理,并得到以下几个结论:()由于施工过程的高度动态性,以及多专业多部门的协同性,导致施工信息具有多源性、异构性、冗余性和相关性等特点,借助B I M技术中I F C编码技术可以构建B I M核心数字信息集成模型,形成信息交流平台.()引入B I M核心数据集成模型前后的施工质量问题频次对比表明,基于B I M核心数据集成模型可以使得施工阶段的质量问题得到大幅度降低,避免了由于施工信息冗余造成的质量问题.()基于B I M核心数据集成模型的施工进度控制曲线与传统进度计划表的进度控制曲线对比表明,传统的进度控制曲线呈现明显的S形,而采用基于B I M核心数据集成模型的施工进度控制曲线则呈近匀速、直线的增长模式,能够实现施工进度超前,大幅缩短了建设周期.()基于B I M核心数据集成模型可以充分利用B I M技术的可视化和数字化能力,利用高效率的B I M数字平台的协同能力,对施工过程的采购计划、资源配置计划等进行精细化管控,因此,在使用B I M核心数据集成模型后,工程的总投资和工程费用大幅度减小,对于建筑施工而言可以达到精细化的成本管理.参考文献马辉,张红滨,王艳娜基于B I M的装配式建筑并行施工作业空间冲 突 识 别 J中 国 安 全 生 产 科 学 技 术,():胡佳星,王世龙,周基,等 B I MS o l i d W o r k s集成技术在装配式建筑 施 工 中 的 开 发 应 用 J建 筑 结 构,(S):冯闯,张跃君倾斜摄影结合B I M技术辅助设计施工数字孪生的应用与研究J建筑技术,():李武,孔德玉,唐德琪,等基于三维激光扫描及B I M的装配式混凝土结构施工安装偏差研究J建筑结构,(S):杨威,鲍榴,王万齐,等基于B I M的清华园隧道施工管理关键技术研 究 及 应 用 实 践 J铁 道 标 准 设 计,():张佳盛,钟佳,许斌,等装配式建筑工程中B I M与R F I D技术集成与改进的研究应用J施工技术,():闫文娟,王水璋无人机倾斜摄影航测技术与B I M结合在智慧工地系统中的应用J电子测量与仪器学报,():武文理基于B I M D的建筑工程施工动态管理及资源优化对策分析J工程建设与设计,():,陶稳静,陆阳,卫星,等基于P T P d 的精密时钟同步软件实现方法J计算机工程,():,