基于BIM的施工總承包管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用
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葉浩文1，鄒 俊1，孫 暉2，楊 瑋3
（1．中國建筑股份有限公司，北京 100037;2．中國建筑第四工程局有限公司，廣東廣州 510000；3．中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢430000）
[摘要]經(jīng)深入剖析百層高樓建造過程中施工總承包管理的各項業(yè)務(wù)需求及重難點，該項目總包項目部創(chuàng)新研發(fā)應(yīng)用基于BIM的施工總承包管理系統(tǒng)，以全專業(yè)BIM深化設(shè)計模型為載體，集成各業(yè)務(wù)海量信息數(shù)據(jù)，通過靈活多維度地快速查詢、各項工作的自動分派、海量信息的自主交互、時效內(nèi)容的自動提醒及預(yù)警、信息數(shù)據(jù)的定型化積累等一系列功能及方法，實現(xiàn)對進度、工作面、圖紙、合約、成本、工程量、碰撞檢查、勞務(wù)、運維等的數(shù)字化、精細化管理，極大地提高了施工總承包管理的效率。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；信息化；建筑信息模型；施工總承包管理；碰撞檢查；數(shù)字化
[中圖分類號]TU71 [文章編號]1002 -8498( 2016) 12 -0029 -05
1工程概況
廣州周大福金融中心總承包工程（簡稱廣州東塔）位于廣州市新中軸線以東，總建筑面積50. 77萬m2，塔樓總高度530m，共116層，其中地上111層，主要為辦公樓、酒店式公寓及超五星級酒店；地下5層，主要為商場、停車場及設(shè)備用房。塔樓主體是帶加強層的框架，簡體結(jié)構(gòu)，具體由8根箱形鋼管混凝土巨柱、111層樓層鋼梁和6道環(huán)形桁架、4道伸
臂桁架組成，如圖1所示。
2 總承包管理的重難點
被譽為廣州市珠江新城收官之作的廣州東塔，是廣州市的新地標、新名片，塔樓超高、體量龐大、施工總承包管理難點眾多。
2.1體量龐大，工期緊張
本工程總工期1 554d，其中地上主體結(jié)構(gòu)施工時間僅有645d，排除塔式起重機安拆、頂模安拆、塔式起重機和頂模爬升等的時間，平均每個標準層僅有約3. 5d的施工時間。此外，平均層高超過10m的4道伸臂桁架層和6道環(huán)桁架層工序復(fù)雜、施工時間長，使工期更為緊張。在如此大的工期壓力下，任何一道工序的延誤都會壓縮后續(xù)樓層的施工時間，對結(jié)構(gòu)施工總工期造成極大影響。
伴隨著工程的進一步推進，幕墻、砌體、機電、電梯、精裝修等專業(yè)逐步插入，各道工序緊鑼密鼓，協(xié)調(diào)管理工作極為繁重復(fù)雜。如何保證每道工序合理有序地開展，是保證緊張工期的關(guān)鍵。
2.2分包眾多，各工作面各專業(yè)穿插復(fù)雜，總包管理難度大
廣州東塔項目主塔樓地上1 1 1層、地下5層、裙樓地上9層，工作面眾多。各工作面施工作業(yè)包含結(jié)構(gòu)、砌體、幕墻、暖通、空調(diào)、給排水、消防、強電、弱電、精裝修、擦窗機、真空垃圾處理等專業(yè)，共有數(shù)十家分包。分包單位根據(jù)建設(shè)進程在各樓層、各工作面展開施工，各專業(yè)內(nèi)工序多，各專業(yè)間交接頻繁，相互依存、相互制約。如何實現(xiàn)各工作面施工的順利進行、各專業(yè)穿插合理有序，避免分包管理和施工的混亂無序，實現(xiàn)對工期進度的實時把控、偏差分析及調(diào)整，是項目部面臨的一個重大難題。
2.3 圖紙資料管理難度大
業(yè)主對項目各使用功能區(qū)段的要求極為嚴格，房間的布局及精裝修的風(fēng)格伴隨著設(shè)計優(yōu)化不斷發(fā)生變化。截至目前，總包共收到業(yè)主發(fā)放圖紙55 552張，變更超過5 000條，圖紙、資料管理非常困難。此外，總包方還負責(zé)鋼結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的圖紙深化工作，深化圖紙需經(jīng)業(yè)主、顧問（結(jié)構(gòu)顧問、建筑顧問、機電顧問等）、監(jiān)理等多家單位審批，送審數(shù)量多，審批流程繁瑣、時間長，跟蹤非常困難。
2.4變更簽證工作量大，時效性強，成本實時把控難度大
業(yè)主的變更頻繁，而作為總包，依據(jù)合同約定，需在變更發(fā)生后的7d內(nèi)完成變更索賠的相應(yīng)工作，變更索賠時效性強，各部門協(xié)同工作要求高。同時，實時的收入支出對比工作量繁重，難度很大。如何實現(xiàn)變更工程量的快速核算，并與模型構(gòu)件對應(yīng)單價關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)變更成本的實時快速核算，是項目成本管理工作的重難點。
2.5合同條款數(shù)量龐大，時效性強，查詢困難
本項目總包合同條款極為細致，內(nèi)容眾多，信息分散，查詢難度大；時效條款眾多，容易因缺乏及時的預(yù)警提醒及人為疏漏而導(dǎo)致相關(guān)工作的缺失，造成經(jīng)濟損失。同時項目分包眾多，分包合同數(shù)量龐大，如何實現(xiàn)總、分包合同的條款對應(yīng)，實現(xiàn)成本、風(fēng)險條款的準確對應(yīng)及有效傳遞，是合同管理的重難點之一。
2.6 總承包管理信息量大，人為傳遞效率低，傳遞不完整、不及時
項目管理所產(chǎn)生的進度、成本、合約、技術(shù)、質(zhì)量、安全等信息量龐大，內(nèi)容紛繁復(fù)雜，各業(yè)務(wù)部門分別掌握不同的數(shù)據(jù)信息，項目管理中傳統(tǒng)的信息傳遞主要通過會議討論和文件發(fā)放等形式實現(xiàn)，信息的傳遞容易滯后，而且容易出現(xiàn)信息的疏漏，信息傳遞的準確性也無法很好地得到保障。延遲傳遞的不完整信息極大地影響了項目各項工作開展的及時性和有效性，影響了項目的工期進度和成本控制。
3 系統(tǒng)研發(fā)目標及實施
3.1 BIM研發(fā)及應(yīng)用目標
基于BIM的項目管理系統(tǒng)實現(xiàn)了廣州東塔項目數(shù)字化、集成化管理，即以BIM集成信息平臺為基礎(chǔ)，針對超高層項目總承包項目管理中存在的進度、工作面、圖紙、合約、成本、勞務(wù)、碰撞檢查等方面的難題，開發(fā)適用于施工總承包現(xiàn)場管理的項目管理系統(tǒng)，實現(xiàn)三維可視的、協(xié)同的施工現(xiàn)場精細化管理。
3.2實施方案
項目以模型為載體，以信息為元素，通過總體規(guī)劃、分模塊同步研發(fā)的策略，制定了具體的實施方案，主要包含以下內(nèi)容。
3.2.1 設(shè)計一個信息集成平臺，實現(xiàn)各專業(yè)各業(yè)務(wù)信息的整合
為了讓BIM發(fā)揮更大的價值和協(xié)同作用，需要建設(shè)統(tǒng)一的服務(wù)平臺作為載體進行協(xié)同工作。BIM協(xié)同施工平臺為信息集成與協(xié)同管理提供信息平臺支撐。根據(jù)項目建設(shè)進度建立和維護的各個專業(yè)BIM模型，統(tǒng)一導(dǎo)入建筑信息模型(BIM)平臺中，形成全專業(yè)集成模型，同時平臺匯總各業(yè)務(wù)口信息，實現(xiàn)各信息與模型的集成關(guān)聯(lián)，消除項目中的信息孤島，并將得到的信息結(jié)合BIM模型進行整理和儲存，便于總承包管理各部門隨時共享信息及數(shù)據(jù)交換。項目信息的集中存儲以及各業(yè)務(wù)部門可以隨時調(diào)用權(quán)限范圍內(nèi)的項目集成信息，有效避免了因項目文件過多而造成的信息難以獲取。
3.2.2 制定統(tǒng)一的信息錄入界面及管理模板
在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計時通過定制各模塊信息統(tǒng)一錄入界面及管理模板，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)口數(shù)據(jù)流方便、快捷的共享流動。同時，通過標準化的數(shù)據(jù)錄入界面，實現(xiàn)總承包管理過程中，進度、工序、合約條款、清單、設(shè)備等一系列信息數(shù)據(jù)的積累儲存，為日后工程管理提供海量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
3.3軟件環(huán)境
軟件配置包括：①土建建模 廣聯(lián)達土建GCL，廣聯(lián)達鋼筋GGJ；②機電建模 MagiCAD；③鋼構(gòu)件建模Tekla；④系統(tǒng)平臺 廣聯(lián)達BIM整體解決方案，廣聯(lián)達BIM5D系統(tǒng)。
4 系統(tǒng)應(yīng)用
4.1 BIM建模
廣州東塔項目模型應(yīng)用是將各專業(yè)建立的模型文件（鋼結(jié)構(gòu)、機電、土建算量、鋼筋翻樣）導(dǎo)入BIM平臺，以此作為BIM模型的基礎(chǔ)，并實現(xiàn)對文件的版本管理，作為BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)模型。
本項目在建模軟件的選擇上，遵循不額外增加現(xiàn)場管理人員工作量及工作難度的原則，土建專業(yè)模型創(chuàng)建選擇商務(wù)部本身需要使用的廣聯(lián)達算量軟件進行創(chuàng)建，機電專業(yè)選擇機電部深化設(shè)計使用的MagiCAD軟件，鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)選擇鋼構(gòu)部深化設(shè)計使用的Tekla軟件，各專業(yè)模型按照東塔BIM建模規(guī)范進行創(chuàng)建及深化完畢后，導(dǎo)入平臺進行集中整合與管理。同時，提供模型的版本管理，可以將變更后的模型更替到原有模型，產(chǎn)生不同的模型版本，對模型的過程數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，便于商務(wù)人員進行變更索賠。
4.2 BIM系統(tǒng)集成平臺搭建
廣州東塔BIM集成平臺（見圖2）具有開放的接口，可集成廣聯(lián)達、Tekla，MagiCAD，Revit等BIM工具軟件建立的模型，以及Project，Word，Excel等辦公軟件的數(shù)據(jù)。同時在平臺中實現(xiàn)進度、圖紙、合同、成本等數(shù)據(jù)信息與模型信息的集成。通過東塔BIM集成系統(tǒng)應(yīng)用，構(gòu)建廣州東塔項目BIM數(shù)據(jù)中心與協(xié)同應(yīng)用平臺，實現(xiàn)全專業(yè)模型信息及業(yè)務(wù)信息集成，多部門多崗位協(xié)同應(yīng)用，為項目精細化管理提供支撐。
4.3 進度及工作面管理
BIM系統(tǒng)中進度計劃與模型掛接后，管理人員可以通過任務(wù)模型視圖實時展示三維動態(tài)進度實體模擬，可以獲取任意時間點、時間段工作范圍的BIM模型直觀顯示。有利于施工管理人員進行針對性工作安排，尤其有交叉作業(yè)及新分包單位進場情況。同時，BIM管理系統(tǒng)會將進度計劃掛接配套工作，根據(jù)各部門職責(zé)相應(yīng)地分派到對應(yīng)部門，再由部門負責(zé)人將配套工作分派到具體實施人，這樣做到責(zé)任到人，實現(xiàn)切實可行的進度計劃。通過施工日報反饋進度計劃，在施工全過程進行檢查、分析、時時跟蹤計劃，實現(xiàn)進度計劃與實際計劃的對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間的偏差點，并可追蹤到具體偏差原因，明確是進度計劃的工期不合理還是相應(yīng)配套工作未完成，便于在計劃出現(xiàn)異常時及時對計劃或現(xiàn)場工作進行調(diào)整，保證施工進度和工期節(jié)點按時或提前完成。
為方便現(xiàn)場施工管控，引入工作面管理概念，針對樓層中各個施工區(qū)域，進行工作面劃分。在工作面管理中，可以通過BIM系統(tǒng)直觀展示現(xiàn)場各個工作面施工進度開展狀況，掌握現(xiàn)場實際施工情況，并跟蹤具體的工序施工任務(wù)完成情況、配套工作完成情況以及每天各工作面各工種投入的人力情況等。
4.4圖紙管理
項目施工管理過程中均會存在圖紙繁多、版本更替頻繁、變更頻繁等現(xiàn)象，傳統(tǒng)的圖紙管理難度很大，也經(jīng)常會因為圖紙版本更替或變更信息傳遞不及時造成現(xiàn)場施工返工、拆改等情況的發(fā)生。因此，圖紙信息的及時性、準確性、完整性成為項目精細化管理的重中之重。廣州東塔項目BIM系統(tǒng)圖紙管理模塊實現(xiàn)了圖紙與BIM模型構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，可以快速查詢指定構(gòu)件的各專業(yè)圖紙詳細信息，包括不同版本的圖紙、圖紙修改單、設(shè)計變更洽商單、技術(shù)咨詢單以及答疑文件等。在與圖紙關(guān)聯(lián)后的BIM模型中，提醒變更部位及產(chǎn)生的影響，包括提醒有變動、提醒變動內(nèi)容和工程量、提醒是否已施工、提醒配套工作完成進度等，可以更高效準確地完成圖紙變更相關(guān)施工。同時，針對相關(guān)專業(yè)的深化圖紙
還有申報狀態(tài)的動態(tài)跟蹤與預(yù)警功能。高級檢索功能可以在海量的圖紙信息中，根據(jù)條件快速檢索鎖定相應(yīng)圖紙及其信息，圖紙申報管理中功能相同。在傳統(tǒng)圖紙管理模式下，要查詢某一部位的詳細做法可能需要同時找到十幾張圖紙對照查看，這至少需要2～3人花費大概1h時間才能完成，而BIM系統(tǒng)中的圖紙管理模塊的應(yīng)用只需在高級檢索中輸入條件即可查到，支持模糊搜索，實現(xiàn)了海量圖紙的高效準確查詢。
4.5合同和成本管理
在BIM系統(tǒng)中，可以根據(jù)需要實時查看總包合同、各勞務(wù)分包合同、專業(yè)分包合同以及其他分供合同信息以及合同內(nèi)容，便于現(xiàn)場管理及成本控制。BIM模型可以實現(xiàn)工程量的自動計算及各維度（包括時間、部位、專業(yè)）的工程量匯總。BIM模型可以與總、分包合同單價信息關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成后，在模型中可針對具體構(gòu)件查看其工程量及對應(yīng)的總、分包合同單價和總價信息。
報量（包括業(yè)主報量和分包報量）時，可根據(jù)進度計劃選擇報量的模型范圍，自動計算工程量及報量金額，便于業(yè)主報量的金額申請與分包報量的金額審批�？偘Y(jié)算與各分包結(jié)算同樣可以在BIM系統(tǒng)中完成。另外分包簽證、臨工登記審核、變更索償?shù)裙δ芫稍贐IM系統(tǒng)中實現(xiàn)。
同時，BIM項目管理系統(tǒng)中可以自動進行成本核算，自動核算出某期的預(yù)算、收入和支出，實現(xiàn)了預(yù)算、收入、支出的對比，可以直觀通過折線圖查看成本對比分析和成本趨勢分析，更直觀、更準確、更方便。
4.6運維管理
BIM模型中包含構(gòu)件、隱蔽工程、機電管線、閥 組等的定位、尺寸、安裝時間以及廠商等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息，在工程交付使用過程中，便于對工程進行運維管理，出現(xiàn)故障或情況時，提高工作效率和準確性，減少時間和材料浪費以及故障帶來的損失，圖3為運維管理界面。
4.7其他管理
4.7.1碰撞檢查
BIM系統(tǒng)將各專業(yè)深化模型海量的信息及數(shù)據(jù)進行準確融合，完成項目多專業(yè)整體模型的深化設(shè)計及可視化展示。同時，可根據(jù)專業(yè)、樓層、棟號等條件定義，進行指定部位的指定專業(yè)間或?qū)I(yè)內(nèi)的碰撞檢查，實現(xiàn)了不同專業(yè)設(shè)計間的碰撞檢查和預(yù)警，直觀地顯示各專業(yè)設(shè)計間存在的矛盾，從而進行各專業(yè)間的協(xié)調(diào)與再深化設(shè)計，避免出現(xiàn)返工、 臨時變更方案甚至違規(guī)施工現(xiàn)象，保證施工過程中的質(zhì)量、安全、進度及成本，達到項目精細化管理目標。例如，在二次結(jié)構(gòu)及機電安裝專業(yè)施工前，可進行這兩專業(yè)的碰撞檢查，對碰撞檢查結(jié)果進行分析后，對機電安裝專業(yè)進行再深化，避免實際施工過程中出現(xiàn)的開洞或者返工等現(xiàn)象，也可以為二次結(jié)構(gòu)施工批次順序的確定提供有效依據(jù)。
4.7.2勞務(wù)管理
現(xiàn)場勞動力的管理是項目精細化管理的又一 難點及重點。無論從工程安全、質(zhì)量、進度、物資、成本等任何角度看，均與勞動力密不可分，隨時掌握現(xiàn)場勞動力的數(shù)量、工種、進出場情況、工人信息、工人出勤信息等既可以保證施工現(xiàn)場安全交底的落實以及進度計劃的完成，又可以有效解決和避免一些勞務(wù)糾紛，便于協(xié)調(diào)解決工人與工人之間、分包與分包之間存在的一些糾紛和問題。在進度管理方面，了解掌握每天現(xiàn)場各工作面的勞動力人數(shù)、分包單位、工種等信息，可以更好地進行現(xiàn)場進度計劃的調(diào)控，也可以對各分包單位進行評價，將表現(xiàn)合格的分包商列入合格分包商庫，便于以后分包商的選擇和再次合作。
5應(yīng)用效果
5.1工期保障
利用本系統(tǒng)進度管控的功能，項目實現(xiàn)了主塔樓平均4. 5d 一的施工速度，提前完成與業(yè)主合同約定的各個工期節(jié)點。
5.2成本節(jié)省
通過本系統(tǒng)對工程量的提取及與清單的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了成本的過程管控及精確計算，同時利用本系統(tǒng)對進度、圖紙、合同、碰撞檢查等的管理，極大地節(jié)省了成本。
5.3管理提升
在本系統(tǒng)的應(yīng)用中，項目提高了全項目信息傳遞的效率，降低了人為管控所出現(xiàn)的錯漏，有效提升了管理水平，提高了管理效率。
5.4技術(shù)支持
通過本系統(tǒng)對復(fù)雜節(jié)點及關(guān)鍵部位的施工模擬，切實保障了施工過程的進度、安全及質(zhì)量。
5.5數(shù)據(jù)積累
通過超高層施工BIM集成數(shù)據(jù)庫的建立及應(yīng)用，積累了大量寶貴的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及施工工序，便于系統(tǒng)復(fù)制推廣到其他項目。
5.6人才培養(yǎng)
通過本系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用，成功地為企業(yè)培養(yǎng)了一批既懂工程，也懂BIM的人才。
6創(chuàng)新點
6.1 大模型顯示方式、加載效率
本項目在模型集成方面實現(xiàn)了突破，將各專業(yè)軟件創(chuàng)建的模型按照廣州東塔特有的編碼規(guī)則進行重新組合，在BIM系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并極大地提升了模型顯示及加載效率，從而真正意義上實現(xiàn)了超高層項目或其他建筑面積體量大的項目BIM模型整合應(yīng)用。
6.2工作面管理的引入
將工作面管理概念成功引入BIM管理系統(tǒng)中，通過BIM模型的工作面劃分，實現(xiàn)模型按照實際工作區(qū)域自動分割，從而在實際施工管理過程中，真正提取相關(guān)工作面信息，加深了總包管理的深度和細度。
6.3信息集成運用
通過將進度、工作面、圖紙、清單、合同條款等海量信息與BIM模型這一載體進行關(guān)聯(lián)集成，實現(xiàn)了各信息的對應(yīng)關(guān)聯(lián)，打通了進度、工程量、圖紙、合同等各功能模塊，實現(xiàn)了基于BIM施工總承包的協(xié)同管理。
6.4 經(jīng)驗數(shù)據(jù)信息化積累
本項目BIM系統(tǒng)在架構(gòu)之初，就確立了利用系統(tǒng)進行經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累的工作，因此，本系統(tǒng)針對實體工序工作、配套工作、合同條款、合約規(guī)劃模板等內(nèi)容分別設(shè)置專有的數(shù)據(jù)庫，將通過本項目驗證并完善的經(jīng)驗數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，供后期使用，并能完整地復(fù)用到之后的其他諸多項目中。
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