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摘 要：BIM技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施極大地推動(dòng)了工程信息化的進(jìn)程，將BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效結(jié)合更是將公路工程建設(shè)從機(jī)械化向信息化智能化邁進(jìn)。對(duì)BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件下生成的新型施工管理模式進(jìn)行研究，并以蘭海高速公路欽北擴(kuò)建工程項(xiàng)目為例，對(duì)其應(yīng)用形式進(jìn)行具體分析。研究結(jié)果表明：將BIM技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合起來(lái)應(yīng)用于施工管理，不僅可以完成工程項(xiàng)目管理從二維到三維的轉(zhuǎn)變，而且可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理數(shù)字化、過(guò)程控制自動(dòng)化，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中各個(gè)工序業(yè)務(wù)、各參與方之間內(nèi)部的信息有效傳遞及數(shù)據(jù)共享，有助于解決傳統(tǒng)管理模式所面臨的數(shù)據(jù)孤島等問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字工地”。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);互聯(lián)網(wǎng);施工管理;數(shù)字工地;信息化;

基金：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)51778633;

目前我國(guó)工程建設(shè)中的諸多領(lǐng)域正處于朝現(xiàn)代化、信息化不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，工程建設(shè)項(xiàng)目本身具有建設(shè)周期長(zhǎng)，工程投資大，涉及專業(yè)多，施工工藝復(fù)雜，施工功能要求高等特點(diǎn)。且對(duì)于大型建設(shè)項(xiàng)目而言，經(jīng)過(guò)預(yù)可研、可研、設(shè)計(jì)階段的研究已經(jīng)積累了大量的信息。對(duì)施工的管理另一方面也是對(duì)信息的管理[1]。如果繼續(xù)利用傳統(tǒng)的管理模式，必會(huì)導(dǎo)致“錯(cuò)”、“亂”、“繁”、“雜”等問(wèn)題的出現(xiàn)，不利于高效管理。因此“互聯(lián)網(wǎng)+”BIM技術(shù)必將成為工程行業(yè)發(fā)展的必然選擇。BIM即建筑信息模型，是一個(gè)包含工程項(xiàng)目各種屬性的一個(gè)信息集成體。其三維可視化功能可謂是繼CAD甩圖板后的又一場(chǎng)革命。利用三維可視化可以實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)地的布置、復(fù)雜結(jié)點(diǎn)的三維可視化交底、方案對(duì)比等功能。除此之外，利用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)施工模擬、碰撞檢查、提取工程量等功能，最終實(shí)現(xiàn)5D模型，包含建設(shè)工程的豐富信息[2]。最后基于BIM技術(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)，搭建基于BIM模型的工程建設(shè)管理平臺(tái)，使得各參與方都能通過(guò)平臺(tái)及時(shí)有效地關(guān)注工程的各種最新動(dòng)態(tài)?？梢杂行Ы鉀Q傳統(tǒng)工程建設(shè)中面臨的信息交流不暢等問(wèn)題。各參與方通過(guò)平臺(tái)協(xié)同合作，對(duì)提高工程管理效率有顯著意義[3]。

雖然BIM技術(shù)貫穿工程建設(shè)的全生命周期。但理論上施工管理是最能體現(xiàn)BIM效益的地方。目前BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用較為成熟，但公路工程由于其帶狀而非點(diǎn)狀的復(fù)雜性質(zhì)導(dǎo)致目前還處于起步階段[4]。李新杰[5]通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)在公路行業(yè)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，得出將BIM技術(shù)應(yīng)用到公路行業(yè)可以大大提高工程效率的結(jié)論。自從2003年BIM興起以后，有不少學(xué)者都對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了研究分析，涵蓋公路橋梁、隧道、城市軌道交通、市政等多個(gè)領(lǐng)域[6,7,8,9,10,11],也有學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)在施工階段中進(jìn)度管理[12,13,14]、成本管理[15]、安全管理[16,17]、協(xié)同管理[18,19,20]等方面進(jìn)行研究。但目前在施工階段BIM最普遍的應(yīng)用之一是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全問(wèn)題，手機(jī)端發(fā)起整改流程，依次整改閉環(huán)，并將BIM平臺(tái)上的數(shù)據(jù)用于召開(kāi)項(xiàng)目安全質(zhì)量分析會(huì)；另一方面是在BIM網(wǎng)頁(yè)端，將施工總進(jìn)度計(jì)劃逐步分解至月進(jìn)度計(jì)劃，并排布周進(jìn)度計(jì)劃，要求現(xiàn)場(chǎng)施工員按日統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)任務(wù)完成情況，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)層可以通過(guò)手機(jī)端實(shí)時(shí)查看任務(wù)完成情況，每周結(jié)束的時(shí)候，應(yīng)用BIM網(wǎng)頁(yè)端自動(dòng)生成數(shù)字周報(bào)，分析周進(jìn)度的完成情況。盡管BIM的利用有很多優(yōu)勢(shì)，但BIM的推廣這條路還很長(zhǎng)，面臨著眾多問(wèn)題。本文對(duì)基于BIM技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合條件下的施工管理模式進(jìn)行研究。以期對(duì)BIM技術(shù)在我國(guó)工程建設(shè)中的應(yīng)用水平有一定的推動(dòng)作用。

BIM建筑信息模型是一個(gè)項(xiàng)目物理與功能特征的數(shù)字表示。它涵蓋了項(xiàng)目從設(shè)計(jì)階段到運(yùn)營(yíng)階段，甚至到拆除階段的全過(guò)程信息，并且所有的信息是存儲(chǔ)在三維模型的數(shù)據(jù)庫(kù)中的，非常有利于信息的獲取與共享。當(dāng)前BIM技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)以下態(tài)勢(shì)：

(1)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，工程建設(shè)領(lǐng)域已經(jīng)形成普遍共識(shí)，力推普及BIM技術(shù)的應(yīng)用；

(2)應(yīng)用理念不斷延伸， BIM技術(shù)從以模型為載體逐步延伸到工程建設(shè)整個(gè)信息化管理體系；

(3)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，公路、房建、鐵路、水利等各工程領(lǐng)域已將BIM提升到了新高度，結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)加大BIM技術(shù)應(yīng)用；

(4)技術(shù)方式轉(zhuǎn)變升級(jí)，從原有單一依賴設(shè)計(jì)軟件，轉(zhuǎn)換到結(jié)合自身特點(diǎn)研究平臺(tái)的體系，如建設(shè)過(guò)程的全壽命周期管理、GIS平臺(tái)研究與應(yīng)用等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，賦予了BIM更多內(nèi)涵。

BIM作為一個(gè)集合型技術(shù)，將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、管理等多種環(huán)節(jié)合為有機(jī)整體，該技術(shù)的出現(xiàn)順應(yīng)了工程建設(shè)的信息化、智能化等趨勢(shì)。BIM技術(shù)正在悄然推動(dòng)工程建設(shè)第二次信息革命，已經(jīng)站在了時(shí)代的風(fēng)口，以BIM技術(shù)為突破口極大推動(dòng)了工程建設(shè)的信息化進(jìn)程。BIM技術(shù)已經(jīng)從以模型為核心延伸到以信息為核心的管理體系，其在工程建設(shè)中所扮演的角色，見(jiàn)圖1?？芍Ｐ桶隧?xiàng)目建設(shè)期的所有信息、功能要求和性能，把一個(gè)工程項(xiàng)目的所有信息全部整合到一個(gè)工程模型，形成了工程產(chǎn)品全壽命周期為管理的總體核心思想。施工階段作為工程建設(shè)中的重要且復(fù)雜的一環(huán)，必須進(jìn)行自身改革以順應(yīng)發(fā)展，各企業(yè)也必須積極探索新型的施工管理模式來(lái)獲得更大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 建筑信息模型 下載原圖

工程管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要是從橫向和縱向兩個(gè)方面進(jìn)行管理，見(jiàn)圖2,橫向主要從進(jìn)度管理、成本管理、安全管理、場(chǎng)地管理4個(gè)維度進(jìn)行?？v向則以工程建設(shè)時(shí)間為軸，分為編制計(jì)劃、實(shí)施控制、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋調(diào)整計(jì)劃、編制報(bào)告形成文件。

對(duì)于進(jìn)度管理一般是基于施工圖紙確定施工方案，然后按照某種方式進(jìn)行工作分解進(jìn)而編制進(jìn)度計(jì)劃，再根據(jù)資源的限制以及工作的要求對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化形成優(yōu)化方案，利用優(yōu)化方案指導(dǎo)施工。該種模式下，所有的方案制定基本上都基于二維圖紙，可視化程度不高，制定的優(yōu)化方案指導(dǎo)施工有一定的限制。對(duì)于成本管理、安全管理、場(chǎng)地管理都與進(jìn)度管理類似。都是做過(guò)了才知道會(huì)有問(wèn)題出現(xiàn)，然后導(dǎo)致返工等現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。而借助BIM技術(shù)的三維虛擬動(dòng)畫可以準(zhǔn)確地對(duì)專項(xiàng)工程的概況以及施工場(chǎng)地進(jìn)行描述。從而使得未做就可以優(yōu)先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，調(diào)整方案，進(jìn)而減少工程上不必要的返工。本文借助新興的BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建以BIM模型為管理載體的BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合條件下的新型施工管理模式。

圖2 傳統(tǒng)的施工管理流程 下載原圖

由于BIM模型于建設(shè)工程項(xiàng)目規(guī)劃階段設(shè)計(jì)完成后，其各構(gòu)成組件均整合了各領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為其屬性[19],如：路基、涵洞、橋梁、隧道的尺寸、所需材料的種類與數(shù)量、空間的規(guī)劃、以及施工流程進(jìn)度的規(guī)劃等。故以此BIM模型借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)建新型的施工管理模式，見(jiàn)圖3。

圖3 基于BIM模型的施工管理模式 下載原圖

由圖3可以看出，該模式下，各參與方均可通過(guò)3D界面來(lái)實(shí)時(shí)的關(guān)注工程的動(dòng)態(tài)，施工BIM模型為現(xiàn)場(chǎng)的施工管理提供依據(jù)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)情況又可對(duì)BIM模型進(jìn)行反饋，根據(jù)動(dòng)態(tài)流程實(shí)時(shí)地對(duì)原始模型進(jìn)行完善和改正。實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程中各個(gè)工序業(yè)務(wù)、各參與方之間內(nèi)部的信息有效傳遞及數(shù)據(jù)共享，有助于解決傳統(tǒng)管理模式所面臨的數(shù)據(jù)孤島等問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字工地”。

基于新型的施工管理模式可以極大地推行工程信息化，該模式實(shí)施的關(guān)鍵就是施工企業(yè)必須充分利用BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建造“數(shù)字工地”。各參與方管理人員需要注意從管理方式的創(chuàng)新、BIM可視化管理、項(xiàng)目管理信息動(dòng)態(tài)集成數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)管理等方面進(jìn)行管理。

以工序?yàn)榧~帶加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)把控，實(shí)現(xiàn)建造過(guò)程痕跡保留。以信息流程為驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)化執(zhí)行力度，基于BIM技術(shù)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化的管理體系，推動(dòng)BIM+移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合手機(jī)APP強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理。

三維模型精細(xì)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，基于GIS平臺(tái)全面整合設(shè)計(jì)的各項(xiàng)信息與參數(shù)，可視化交底，更加有利于信息的傳遞與溝通，查漏補(bǔ)缺，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中存在的紕漏。

通過(guò)BIM信息集成平臺(tái)，各參與方既可以實(shí)現(xiàn)信息的輸入又可以有效提取自己需要的項(xiàng)目信息，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

基于BIM模型加上時(shí)間維度信息進(jìn)行4D動(dòng)畫模擬，通過(guò)模擬的過(guò)程及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而形成更優(yōu)化的施工方案來(lái)指導(dǎo)施工。嚴(yán)格精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)每項(xiàng)工作進(jìn)行控制。

將基于傳統(tǒng)方式的施工模式與基于BIM方式的施工管理方式進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)方式與BIM方式的比較 導(dǎo)出到EXCEL

蘭海高速公路欽北擴(kuò)建工程項(xiàng)目具有工程規(guī)模大，征遷協(xié)調(diào)難度高、特殊結(jié)構(gòu)多，工程管理難度、工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，安全生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的施工管理模式，必會(huì)給管理帶來(lái)很大的麻煩，且容易出現(xiàn)“繁”、“亂”、“錯(cuò)”、“漏”等問(wèn)題。影響施工質(zhì)量，增加施工成本、減緩施工進(jìn)度，甚至容易出現(xiàn)施工場(chǎng)地安全問(wèn)題。所以該項(xiàng)目采用以BIM模型為管理載體的BIM管理體系。

利用BIM(如revit、bentley)等軟件建立的三維模型僅僅是一個(gè)物理模型，通過(guò)BIM平臺(tái)，將三維模型與進(jìn)度數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)等進(jìn)行關(guān)聯(lián)可以形成5D模型進(jìn)而更好地為工程管理服務(wù)。公路建設(shè)擁有大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)等信息較分散而不集中。各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一性、安全性等性能下降，不能夠讓業(yè)主單位及時(shí)有效地看到工程建設(shè)的全貌。在該項(xiàng)目中，各參與方都參與項(xiàng)目建設(shè)，按照不同的權(quán)限、角色履行自己的職能清單。圍繞每一個(gè)單位、分部、分項(xiàng)工程開(kāi)展業(yè)務(wù)，通過(guò)EBS工程編碼體系在BIM模型中實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)管理與工序工程之間的映射關(guān)系，以便管理環(huán)節(jié)各業(yè)務(wù)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)集成工程項(xiàng)目各種信息的實(shí)質(zhì)模型。各參與方各取所需，各履行自己職責(zé)，有效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的高效協(xié)同。基于該平臺(tái)可以進(jìn)行進(jìn)度管理、安全管理、技術(shù)管理等，其操作界面，見(jiàn)圖4。

以互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)為依托，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，參考該動(dòng)態(tài)流程對(duì)原始流程進(jìn)行調(diào)整，從而更好地為以后施工管理服務(wù)。搭建數(shù)字工地，見(jiàn)圖5,實(shí)現(xiàn)全程基于BIM平臺(tái)的數(shù)字化管理。動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)管理主要分為數(shù)據(jù)監(jiān)控和通過(guò)信息與機(jī)械實(shí)時(shí)融合實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制自動(dòng)化。

(1)該項(xiàng)目中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集以互聯(lián)網(wǎng)為依托，主要采用的方式，見(jiàn)表2。

(2)數(shù)字信息可以與大型機(jī)械設(shè)備(例如隧道鑿巖臺(tái)車、路基碾壓機(jī)、樁基施工鉆機(jī)等)進(jìn)行實(shí)時(shí)融合，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的自動(dòng)化。

①隧道鑿巖臺(tái)車：基于GPS技術(shù)將設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的定位數(shù)據(jù)，施工過(guò)程中的隧道斷面炮孔分布，鉆孔孔序的優(yōu)化等數(shù)據(jù)，通過(guò)特定的算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)，如果出現(xiàn)異常及時(shí)識(shí)別并報(bào)警。在現(xiàn)場(chǎng)施工的過(guò)程中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)導(dǎo)入平臺(tái)，可以通過(guò)平臺(tái)及時(shí)的看到現(xiàn)場(chǎng)施工的動(dòng)態(tài)展示，以便施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

圖4 基于BIM技術(shù)的施工管理模式界面示例 下載原圖

圖5 數(shù)字工地 下載原圖

表2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 導(dǎo)出到EXCEL

②路基連續(xù)壓實(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤：碾壓車的定位數(shù)據(jù)通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換BIM模型中，通過(guò)BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)碾壓車運(yùn)行軌跡的追蹤，抓獲車輛的各種動(dòng)態(tài)信息。然后借助一定的繪圖工具進(jìn)行色彩著色對(duì)碾壓不同程度的路基用不同的顏色表達(dá)，以便對(duì)碾壓質(zhì)量進(jìn)行控制。與此同時(shí)將實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與施工數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通過(guò)分析結(jié)果的可視化，相關(guān)管理人員可以很方便地實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的碾壓狀態(tài)進(jìn)行把控。施工完成后可以將各種數(shù)據(jù)圖表等進(jìn)行歸類匯總，作為質(zhì)量驗(yàn)收的輔助資料。

③樁基施工動(dòng)態(tài)管理：由于公路尤其是高速公路對(duì)沉降要求較高，對(duì)路基的剛度要求也高，通常采用樁基。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)收集通過(guò)一定的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到“鉆進(jìn)深度值”、“提鉆速率”、“鉆進(jìn)電流值”等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。將這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過(guò)BIM平臺(tái)傳輸至車載終端，以便更好地指導(dǎo)施工?？梢杂行岣咝?，減少成本消耗。

BIM技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施極大地推動(dòng)了工程信息化的進(jìn)程，將公路工程建設(shè)從機(jī)械化向信息化智能化進(jìn)行邁進(jìn)。本文對(duì)BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件下生成的新型施工管理模式進(jìn)行研究。新型的施工管理模式與傳統(tǒng)模式相比優(yōu)勢(shì)明顯。在施工管理中，可以有效實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和過(guò)程控制的自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字工地”。

把建設(shè)過(guò)程的業(yè)務(wù)管理全部采用數(shù)字化的表達(dá)信息，實(shí)現(xiàn)建設(shè)過(guò)程的信息化管理，連接建設(shè)項(xiàng)目生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，可以為建設(shè)項(xiàng)目參與各方提供集成管理與協(xié)同工作的環(huán)境。

探索信息化與機(jī)械化的融合，應(yīng)用各類智能硬件設(shè)備，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中各類數(shù)據(jù)資源的采集、整合、分析和自動(dòng)化處理實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的智能化管理，能極大地提高施工效率與施工安全性。

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