在互联网+大数据整合分析的社会信息化发展背景下, 作为新兴的建筑工程技术, BIM (建筑信息化模型) 在民用建筑工程尤其是大型建设工程中得到了广泛应用。BIM在中国的全面应用将为建筑业的发展带来巨大的效益, 使设计和工程质量及效率显著提高[1]。以BIM为核心的建设工程项目管理平台逐渐在工程建设中崭露头角。通过BIM模型的建筑几何构件形体与相关动态信息的可视化结合, 将工程项目建设的进度、质量、安全、运维保障及各单位的管理协调情况通过一个统一化的数字信息平台进行整合和管理, 从而消除和减少传统建设工程项目管理和运维管理长期存在的信息不对称和缺失、沟通障碍等问题, 提升工程品质。

基于BIM的建设工程项目管理平台是通过引入建筑业标准化、工业化、信息化和可持续发展过程中的新的信息体系框架、发展战略和应用模式, 通过研究工程4D信息模型, 建立相应的工程信息集成机制, 支持不同应用系统之间 (尤其是项目管理系统之间) 的数据交换与共享, 实现工程信息的集成化管理, 为提高工程质量、降低成本、优化资源、保证施工安全、节约能源和保护环境提供信息化手段。

BIM项目管理平台作为建设工程的施工指挥平台, 具有以下优势:可以提高项目总承包部门的管理水平, 促进各参与方之间的有效交流和沟通;直观、准确、动态地模拟施工方案, 为施工方案的选定提供决策支持;应用系统精确地计划和控制每月、每周、每天的施工进度和操作, 动态地分配所需要的各种资源, 减少或避免工期延误, 保障资源供给;对工程施工进度进行可视化模拟, 及时发现并调整施工中的冲突和问题, 提高施工质量, 减少返工;在4D施工管理过程中, 通过BIM施工模型工程信息扩展, 直观的3D实体信息查询, 提高施工信息管理的效率;对施工进度、工程量及资源、成本进行动态查询和对比分析, 有助于全面把握工程的实施和进展;整个工程的BIM 4D可视化模拟和安全分析模块有助于保障施工安全, 提高施工管理水平和工作效率。

基于网络的多用户管理, 系统的管理者为工程项目不同管理部门和参与方配置了不同的权限, 允许多用户在网络上对系统进行操作。根据项目的管理工作流配置账户权限和平台编辑权限确保信息的安全性和传递的可靠性。

系统平台拥有基于国际通用标准的BIM模型IFC格式数据接口, 支持设计和施工的信息交换共享, 通过研究IFC标准对BIM模型进行真实表达。应用IFC属性扩展机制对实时动画进行描述, 建立基于IFC标准的建筑物真实感模型及动画模型。在模型研究的基础上, 运用Open GL技术进行建筑物真实感渲染和场地实时动画功能进行开发, 实现逼真的BIM模型及实时动画, 支持建筑施工过程虚拟仿真。IFC格式转化流程如图1所示[2]。

建筑物以及施工现场BIM模型与施工进度计划建立双向链接, 将劳动力、材料、机具、成本等相关资源信息集成在平台的信息模型中。

平台的图形展示采用自主开发的基于Open GL的图形平台, 增强了4D可视化模拟效果。考虑到资源平衡和用户需求, 各用户可以根据不同的工作内容在平台内呈现不同的工作界面, 结合图形、图标及工作向导等多种表现形式, 便于用户操作和使用。

拥有对场地设施、工程构件碰撞检测以及施工进度和资源的冲突分析等安全分析功能。系统在BIM 4D施工模型基础上, 采用了边界描述法对施工场地进行整体描述, 针对场地设施实体的几何特征、外观表现、运动规律及时变化特征, 建立施工场地设施的时空模型。通过改进并应用简化层次包围盒判断算法、集成空间分解与占用的精确碰撞检测算法, 实现了施工设施之间、设施与结构之间的物理碰撞检测。同时将BIM 4D模型与资源信息有效挂接, 建立了包含资源信息的施工信息集成模型, 在此基础上采用BP神经网络算法实现施工进度的里程碑分析、机电优先级计算、资源冲突管理等功能。

结合建筑工程项目施工的管理需求, 以WBS (工作分解结构) 为核心, 实现了4D施工进度管理。4D施工进度管理是将建筑物结构构件的3D模型与已有进度计划的各种工作相对应, 建立各构件之间的继承关系及相关性, 最后动态地模拟这些构件的变化过程[3], 尤其适用于大型复杂工程的施工进度管理。

在上海虹桥国际机场东航基地 (西区) 二期配套工程中采用了基于BIM的建设工程项目管理平台。该项目的特点是体量大 (约26万m2) , 建筑构造体系多 (包括混凝土剪框结构、钢结构、地下室通道顶管结构、钢连桥结构等) , 涉及的专业分包多, 管理和协调工作量大。

BIM建设工程项目管理平台按照管理层次将账户分为业主、设计、顾问、监理、总包、分包6个层级。总包作为总建设工程项目信息收集和集成者, 构筑与建设工程合同相关的BIM模型并录入平台, 将业主、设计、顾问、监理的往来文件、会议纪要、备忘录纳入平台资料库, 反馈至平台的4D信息模型上。各分包将自己建造合约范围内的BIM模型录入平台并持续更新信息。

因为项目体量大, 所以为了保证系统运行的高效性, 根据建设特点, 合同工作面将平台的4D信息模型划分成若干个子信息模型并配置相应的访问权限, 以提高平台的访问和更新效率。本项目BIM土建毛坯模型如图2所示。

项目管理平台的登录访问采用客户端统一访问固定服务器IP地址的形式, 保证登录与更新的便捷性和及时性;服务器数据设置定期备份, 周期为2 d一次, 确保数据的安全性。

整个系统由基于BIM的4D施工管理系统和项目综合管理系统两大部分组成, 分别设置为C/S (一种软件系统体系) 架构和B/S (一种浏览器/服务器模式) 架构。两者通过系统接口无缝集成, 建立管理数据与BIM模型双向链接, 实现了基于BIM数据库的信息交换与共享[4]。系统整体架构如图3所示。

总包根据项目现场实施进度情况每周更新一次平台模型。施工阶段, BIM模型被导入到4D BIM中, 进行工作结构分解, 与施工进度相链接, 并与施工资源 (劳动力、材料、机具、成本) 信息以及质量、安全、场地布置等工程信息集成一体, 生成4D施工信息模型, 存入BIM数据库, 形成可供业主与设计方、施工方和监理方协同工作的BIM数据平台[5]。

结合项目的进度计划实施4D模拟, 用以调整场地布置、物料供应、劳动力分配、形象进度汇报 (结合进度计划在BIM模型里通过不同时间段进行填色, 以BIM模型方式汇报项目进度情况) 。

使用平台的碰撞检测功能, 结合建造图纸和BIM模型发现图纸中的“错、漏、碰、缺”, 形成报告, 在协调会议上逐条协调解决, 并将结果反馈至管理平台。现场问题上传记录照片和批注如图4所示。

业主、设计、顾问、监理对于现场发现的建造质量问题可以拍照上传至平台并设置提醒消息推送给总包方, 从而实现消息平台通道的统一化、及时性和全面性。

在举行协调会议时, 为节约会议时间, 一般会采取分组、分专业的探讨形式, 在登录统一BIM项目管理平台时可以有效提升沟通的效率, 便于追溯以往的问题记录, 并保证在分散进行会议时各个会议的沟通结果和纪要统一纳入BIM项目管理平台, 以确保信息的完整性和可靠性。对于暂时未能解决的问题, 在平台内设置定时提醒, 直至解决。工作流程如图5所示。

在BIM项目管理平台实施过程中, 因为建设工程输入的信息量大以及对传统项目管理工作流程有所改进, 所以平台初期投入使用时会增加一定工作量, 如:部分现场照片和批注上传输入到平台时, 因项目临近机场, 网络信号会受干扰, 可能会导致输入失败;平台操作和更新输入需要一定时间培训和后期技术跟踪支持, 管理者也需要一定的适应时间。

随着信息化建设不断深入, 传统建设工程项目管理模式向着数字化、信息化和网络化转型将是大势所趋。作为新兴的建筑信息化技术, BIM平台将从2D到3D、4D的视觉信息, 从纸质到电子的资料信息整合在统一的模型中。因此, 将BIM技术与项目管理工作有机结合, 可以提升建设工程项目管理的水平。虽然目前BIM项目管理平台尚缺少统一的标准和成熟的指导文件, 但在上述工程案例中, BIM项目管理平台的应用实现了不同建设阶段、不同专业的业务协同, 为建设工程项目管理向数字化、信息化和网络化方向转型积累了经验, 具有一定的先进性和前瞻性。