基于BIM的工程项目管理研究.doc
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基于BIM的工程项目管理研究
摘要：
计算机辅助设计技术（ComputerAidedDesign，简称CAD）与现代项目管理理论的相互结合是我国建筑行业目前采用的主流施工管理技术，工程项目管理向多维度集成化发展将成为解决这些问题的必然选择。
在这种情况之下，建筑信息模型BIM（BuildingInformationModeling，简称BIM）理论的提出为项目管理信息化的继续发展开辟了新的道路。
本文针对工程项目管理对BIM应用的实际需求,提出了一个新的BIM工程项目管理整体实施方案和系统架构。
通过解决分布存储信息与BIM构件的关联及查询等关键技术,开发基于Web的项目综合管理系统,并将其与基于BIM的4D施工管理系统无缝集成,建立管理数据与BIM模型双向链接,实现了基于BIM和Web的工程项目管理。
系统研究为BIM在工程施工中的应用提供了新的技术方法和软件系统,实际工程该研究成果对于BIM在我国的推行及工程管理信息集成水平的提高上有一定的理论参考价值。
关键词：
项目管理；BIM；Web；技术方法
如果问是什么使我们的生活发生了如此巨大改变，这一定是日新月异的信息技术。
从上世纪中叶以来，信息技术正逐渐渗透到我们生产和生活的每一个角落，提高了生产效率和生活水平。
但是，各个产业中信息技术的发展水平是不平衡的，建筑业是信息化相对落后的产业。
据研究，全球建筑业与制造业每年的产值相仿，但在IT技术研发的投入上，建筑业不到制造业的五分之一。
投入不足导致建筑业信息化程度低，生产效率也难以像制造业那样快速提高。
BIM技术的出现，也许是扭转这一问题的契机。
BIM是上世纪末出现的一种信息技术，它的应用必将对工程设计集成和项目管理产生重大影响。
1.BIM的概述
1.1什么是BIM
许多机构和学者都给出了它的定义。
国际标准组织设施信息委员会（FacilitiesInformationCouncil）提出：
“建筑信息模型（BIM）是在开放的工业标准下对设
施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息的可计算、可运算的形式表现，从而为决策提供支持，以更好地实现项目的价值。
”美国建筑科学学院（NationalInstituteofBuildingScience）提出的BIM标准为：
“一个设施的物理和功能特征的数字描述……是对已存传统观念的彻底颠覆，对于一个设施而言，形成其在生命周期内可以信息共享的、可靠的决策基础”。
美国建筑协会（AmericanInstituteofArchitects）认为：
“BIM是一种与项目信息数据库相联系的基于模型的技术”。
GhangLee提出，“BIM是归集和管理建筑物寿命周期内相关信息的过程”。
综上所述，我们可以归纳出BIM的两个根本特征：
BIM是一种应用于项目全寿命周期的信息技术；BIM是一种注重信息共享的信息技术。
可以说，BIM以信息技术为核心编织了一张大网，在纵向涉及从建筑物的设计、施工、使用到报废的全过程，在横向上包括业主、设计、施工、监理、造价咨询、材料设备供应商等各个单位。
通过这张网，各个单位在各个阶段都可以准确、及时、便捷地得到工程建设的相关信息，据此进行决策。
BIM这张大网是否好用，取决于它能提供什么样的信息。
这些信息应具有如下特征：
首先，这些信息是以构件为单位的数字信息。
在传统设计中，对于计算机而言，墙体、门窗等构件只不是一些线条，并不代表什么。
而在BIM技术下，它们将成为有物理特征和技术要求的构件，计算机可以对其合理性进行分析和校核。
其次，这些信息是由建筑信息模型管理的数据。
传统设计图纸就像一座缺乏管理的仓库，虽然里面的各式商品齐全，但找到它们并不是一件容易的事。
而BIM给这座“仓库”安装了智能化管理系统，使用户可以快捷地得到自己想要的东西。
第三，这些信息的传递方式是非常友好的。
传统的设计信息是二维的，看懂它们需要一些专业知识和空间想象能力。
而BIM用三维方式来传递信息，把建筑物建成后的样子展示给业主和相关人士，大幅度降低了决策者的专业技术要求。
所以说BIM是一种集成的参数化全新设计思想。
BIM利用现在最先进的建模方式，集成了很多建筑行业特有的工具模型，实现了对建筑信息的最详尽表达。
作为建筑信息化的新的发展方向，BIM已从一个纯粹的理论变成了如今现实的应用工具。
给建筑行业从设计、施工、管理、乃至于运营，都带来了新的挑战和发展机遇。
设计师可以通过BIM的模型更好的进行方案的优化比选，施工方可以从模型中获得比以往更多、更可靠的技术细节信息支持，项目管理者可以透过BIM的思想结合4D模拟建筑技术更有效率的展开工程项目管理。
在建筑物竣工之后，成熟的BIM模型还可以帮助物业管理者开展设施维护与大修工作。
1.2BIM可以做什么
就像人类社会的主要交通方式从步行逐步进入到畜力车、汽车、飞机时代一样，建筑设计也将从图板、计算机辅助设计进入到BIM时代。
BIM能为我们做些什么呢？
1.2.1建设工程质量管理
BIM技术会对建设工程质量管理产生重大影响。
（1）BIM是建筑设计人员提高设计质量的有效手段。
目前，建筑设计专业分工比较细致，一个建筑物的设计需要由建筑、结构、安装等各个专业的工程师协同完成。
由于各个工程师对建筑物的理解有偏差，专业设计图纸之间“打架”的现象很难避免。
将BIM应用到建筑设计中，计算机将承担起各专业设计间“协调综合”工作，设计工作中的错漏碰缺问题可以得到有效控制。
（2）BIM是业主理解工程质量的有效手段。
业主是工程高质量的最大受益者，也是工程质量的主要决策人。
但是，受专业知识局限，业主同设计人员、监理人员、承包商之间的交流存在一定困难。
当业主对工程质量要求不明确时，造成工程变更多，质量难以有效控制。
BIM为业主提供形象的三维设计，业主可以更明确地表达自己对工程质量的要求，如建筑物的色泽、材料、设备要求等，有利于各方开展质量控制工作。
（3）BIM是项目管理人员控制工程质量的有效手段。
由于采用BIM设计的图纸是数字化的，计算机可以在检索、判别、数据整理等方面发挥优势。
无论监理工程师还是承包商的项目管理人员，都不必拿着厚厚的图纸反复核对，只需要通过一些简单的功能就可以快速地、准确地得到建筑物构件的特征信息，如钢筋的布置、设备预留孔洞的位置、构件尺寸等，在现场及时下达指令。
而且，将建筑物从平面变为立体，是一个资源耗费的过程。
无论建筑物已建成、已经开始建设或已经备料，发现问题后进行修改的成本都是巨大的。
利用BIM模型和施工方案进行虚拟环境数据集成，对建设项目的可建设性进行仿真实验，可在事前发现质量问题。
1.2.2建设工程进度管理
有时，我们将基于BIM设计称为4D设计，增加的一维信息就是进度信息。
从目前看，BIM技术在工程进度管理上有三方面应用：
首先，是可视化的工程进度安排。
建设工程进度控制的核心技术，是网络计划技术。
目前，该技术在我国利用效果并不理想。
究其原因，可能与平面网络计划不够直观有关。
在这一方面BIM有优势，通过与网络计划技术的集成，BIM可以按月、周、天直观地显示工程进度计划。
一方面便于工程管理人员进行不同施工方案的比较，选择符合进度要求的施工方案；另一方面也便于工程管理人员发现工程计划进度和实际进度的偏差，及时进行调整。
其次，是对工程建设过程的模拟。
工程建设是一个多工序搭接、多单位参与的过程。
工程进度计划，是由各个子计划搭接而成的。
传统的进度控制技术中，各子计划间的逻辑顺序需要人来确定，难免出现逻辑错误，造成进度拖延。
而通过BIM技术，用计算机模拟工程建设过程，项目管理人员更容易发现在二维网络计划技术中难以发现的工序间逻辑错误，优化进度计划。
第三，是对工程材料和设备供应过程的优化。
当前，项目建设过程越来越复杂，参与单位越来越多，其中大部分参建单位都是同工程建设利益关系不十分紧密的设备、材料供应商。
如何安排设备、材料供应计划，在保证工程建设进度需要的前提下，节约运输和仓储成本，正是“精益建设”的重要问题。
BIM为精益建设思想提供了技术手段。
通过计算机的资源计算、资源优化和信息共享功能，可以达到节约采购成本，提高供应效率和保证工程进度的目的。
这一点，已有相关案例证明。
1.2.3建设工程投资（成本）管理
BIM比较成熟的应用领域是投资（成本）管理，也被称为5D技术。
其实，在CAD平台上，我国的一些建设管理软件公司，如深圳斯维尔科技公司已经对这一技术进行了深入的研发。
在BIM平台上，预计这一技术可以得到更大的发展空间。
首先，BIM使工程量计算变得更加容易。
在用CAD绘制的设计图纸中，用计算机自动统计和计算工程量必须履行这样一个程序：
由预算人员告诉计算机它存储的那些线条的属性，如是梁、板或柱，这种“三维算量技术”是半自动化的。
在BIM平台上，设计图纸的元素不再是线条，而是带有属性的构件。
也就不再需要预算人员告诉计算机它画出的是什么东西了，“三维算量”实现了自动化。
其次，BIM使投资（成本）控制更易于落实。
对业主而言，投资控制的重点在设计阶段。
目前，设计阶段技术经济指标的计算通常不准确，业主投资控制工作的好坏更多需要运气。
运用BIM技术，业主可以便捷地、准确地得到不同建设方案的投资估算或概算，比较不同方案的技术经济指标。
而且，由于项目投资估算、概算比较准确，业主可以降低不可预见费比率，提高资金使用效率。
同样，由于BIM可以较准确快捷地计算出建设工程量数据，承包商依此进行材料采购和人力资源安排，也可节约约一定成本。
第三，BIM有利于加快工程结算进程。
在我国，工程实施期间进度款支付拖延，工程完工数年后没有进行结算，这样的例子并不鲜见。
如果排除业主的资金因素，造成这些问题的一个重要原因在于工程变更多、结算数据存在争议等。
BIM技术有助于解决这些问题。
一方面，BIM有助于提高设计图纸质量，减少施工阶段的工程变更；另一方面，如果业主和承包商达成协议，基于同一BIM进行工程结算，结算数据的争议会大幅度减少。
2.BIM与项目管理
首先，BIM技术的出现，使项目管理工作重心更偏向管理了。
BIM使项目管理人员将一些机械的技术工作交由计算机来完成，将更多地精力放在管理问题上。
如在进度控制环节，项目管理人员将着重分析进度偏差形成的原因、应采取的措施和如何预防进度偏差上，而不会将大量时间用于编制进度计划和调整进度计划；在投资控制环节，项目管理人员将着重对工程建设技术经济指标进行分析和对工程单价进行分析，而不再将50%以上的时间用于工程量的计算上。
其次，BIM与项目管理技术将共同发展。
不可否认，BIM技术还不成熟，人们对它还需要较长的熟悉和适应过程。
据笔者判断，在我国，投资控制领域应用BIM技术的条件最为成熟，因为已有许多企业在2D基础上的对建设项目工程量计算技术进行了深入的研发。
进度控制技术，即BIM同网络计划技术的集成，由于实现路径比较清晰，也比较易于完成。
而如何将BIM应用在那些与人的决策、协调相关的管理工作，仍需要进一步长时间的研究。
第三，BIM无法取代项目管理。
当计算机技术出现时，人们曾畅想会出现机器人的世界，计算机会取代人的位置，甚至支配人。
同样，BIM的出现，也为一些人提出了取代项目管理的理由。
但是，我们必须认识到BIM只是一种工具，必须由项目管理人员来使用才能发挥效用。
而且，BIM的出现，将只会增加而不会减少项目管理岗位的数量，将只会增加而不会减少项目管理工作的重要性。
随着BIM技术的发展和4DBIM一GCPSU的不断深入应用,并根据现实的要求，所以实际工程项目管理对BIM应用提出了基于BIM的工程项目管理整体实施方案。
3.基于BIM的工程项目管理整体实施方案
基于BIM的工程项目管理整体实施方案在BIM技术研究和4D施工管理系统应用的基础上，本研究通过研发基于B/S架构的“基于BIM的项目综合管理系统，实现与基于C/S架构的4D施工管理系统无缝集成,数据与BIM模型双向链接,提出了基于BIM的工程项目管理整体实施方案。
主要通过建立清晰的业务逻辑和明确的数据交换关系，强调项目管理的协同效应,实现业务管理、实时控制和决策支持三个维度的综合项目管理。
其业务管理涵盖主要项目管理业务，将管理数据与4D管理系统中的BIM模型双向链接，从而实现各项业务之间的关联和联动，并根据业务人员、管理人员和决策人员的不同需求量身定制相应的功能模块，为业务人员提供业务管理工具,为管理人员提供管理控制手段，为决策人员提供决策分析依据。
3.1系统整体架构
系统的整体结构如图1所示。
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架构和B/S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。
图1.基于BIM的项目管理系统整体架构
3.2系统主要功能
通过将项目综合管理系统与4D施工管理系统无缝集成，数据与BIM模型双向链接，建立清晰的业务逻辑和明确的数据交换关系,实现业务管理、实时控制和决策支持三方面的项目综合管理。
为项目各参与方管理人员提供基于提供web浏览器的远程业务管理和控制手段。
系统主要功能如下：
（1）业务管理：
为各职能部门业务人员提供项目的合同管理、进度管理、质量管理、安全管理、采购管理、支付管理、变更管理以及竣工管理等功能，业务管理数据与BIM的相关对象进行关联，实现各项业务之间的联动和控制，并可在4D管理系统进行可视化查询。
（2）实时控制：
为项目管理人员提供实时数据查询、统计分析、事件追踪、实时预警等功能，可按照多种条件进行实时数据查询、统计分析并自动生成统计报表。
通过设定事件流程，对施工过程中发生的安全、质量等事件进行跟踪，到达设定阂值将实时预警，并自动通过邮件和手机短信通知相关管理人员。
（3）决策支持：
提供工期分析、台账分析以及效能分析等功能，为决策人员的管理决策提供分析依据和支持。
3.3系统应用流程
在建设项目管理实施过程中，其系统应用流程如图2所示。
其中应用主体方可以是业主、工程总承包部或施工项目部及其各职能管理部门，应用参与方包括设计方以及与应用主体相关的施工方、工程分包或施工分包方等。
根据应用流程，各应用参与方的角色和任务是利用系统及相关功能，完成或辅助完成所承担施工及管理工作。
图2基于BIM的建设项目管理系统应用流程
（1）应用主体方：
首先提供项目的技术资料、基本数据和系统运行所需要的软硬件及网络环境；协调各职能部门和相关参与方，根据工作需求安装软件系统、设置用户权限；各部门业务人员和管理、决策人员按照其工作任务、职责和权限，通过内网客户端或外网浏览器进入软件系统,完成日常管理和深化设计等工作。
（2）应用参与方：
通过外网浏览器进入项目综合管理系统,按照应用主体方的要求，填报施工进度、资源、质量、安全等实际工程数据，也可进行施工信息查询，辅助施工管理。
3.4分布存储信息与BIM的关联及查询
根据基于BIM建设项目管理系统的整体架构,4DBIM一GCPSU与综合项目管理系统及其相关信息分布在不同的服务器上。
要建立分布存储的管理数据与BIM模型双向链接，实现两个系统的无缝集成和基于BIM的信息交换与共享，需要解决的核心技术是分布存储信息与BIM实体构件的关联及查询。
本研究采用web服务技术构见综合项目管理系统，关键在于如何将分布存储在web服务器上的管理信息，与内网项目服务器中BIM数据库的信息相融合，并与相关BIM构件相关联web服务是一种面向服务的架构技术，能够解决不同平台，不同程序之间互操作。
这些服务由一组应用程序接口组成，它们通过网络执行客户程序提交的服务请求。
由于BIM模型中的每个构件（柱、墙、梁和板）都有一个工程内唯一的标识（ID），而与这个构件相关的信息都通过这个ID进行聚集和索引。
信息的关联存储可以通过模型的ID来索引。
在综合项目管理系统中,应用程序接口由五部分组成，如图3所示。
第一部分是数据传输协议，通常是Http或者Https，后者是经过加密的Http协议，第二部分是项目服务器的域名或者IP地址，第三部分是要访问的功能模块名称，第四部分是资源ID，也就是每个BIM构件的ID，第五部分是调用这个应用程序接口的一些参数，这些参数的个数和类型与相应的功能模块有关。
图3.基于web服务的应用程序接口协议
本文针对工程项目管理对BIM应用的实际需求,提出了一个新的BIM工程项目管理整体实施方案和系统架构,通过解决分布存储信息与BIM实体构件的关联机制及查询等关键技术，开发基于Web的项目综合管理系统，并将其与基于BIM的4D施工管理系统无缝集成，建立管理数据与BIM模型双向链接，实现了基于BIM和Web的工程项目管理。
实际工程项目的成功应用验证了该实施方案和系统的可行性和有效性，对于实现基于BIM的多参与方协同工作，提高施工管理信息化水平和工作效率，取得了明显效果。
系统充分体现了BIM的应用价值,为BIM在工程项目管理中的应用提供了新的技术方法和软件系统。
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