工程项目施工管理过程BIM技术的引入研究绪论

　　第 1 章 绪 论

　　1.1 研究背景

　　建筑业生产力水平几十年来在全世界范围内没有根本性的提升，美国的研究表明根本性的原因有两点：一是因工程项目的复杂性、非标准化，各专业协同困难，据研究表明工程项目约有 30%成本消耗在管理团队成员沟通协调过程中；二是各参与方实时获取项目海量数据存在巨大困难[1].两个原因导致延误、浪费、错误现象严重，而现在的管理技术、方法无法根本性的突破这两点。

　　为了了解目前筑业资源浪费情况，鲁班咨询制定了一份调研问卷，回收有效问卷共计 164 份，其中 96%的受访者认为管理粗放是资源浪费的最大原因，40%左右的受访者认为质量问题和返工问题同样引起建筑业资源浪费，见图 1-1.

　　在工程项目建设中，开发商提供的建筑初步建设方案基础上，开始组织各自范围内的内部装修、机电、经营布局等专项设计工作。同时，开发商为了缩短设计工期，已经开始各专业的施工图设计，但各专业的图纸只是按照一般情况设计，比如：空调、排烟管道及风口的位置、标高设计没有考虑内装吊顶的标高及造型需求，水、电、气的管线、负荷预留也没有针对性。

　　现在施工图设计常用软件为 AutoCAD,只是二维的绘图工具，平面、立面、剖面的绘制没有关联，平面图的一处修改，立面、剖面都必须重改[2];室内装修设计公司在做方案效果图时，还必须重新建模，也只能针对几个重点部位做图，不能做到室内全方位出图，甚至与实际空间有较大差异，只是效果图而已。

　　开发商收到各业态的经营布局规划、内装设计等具体功能需求后，组织有关单位进行人工检查、修改图纸，反复多次，工作繁琐。如果项目进度快，已经按照施工图施工，只能拆改返工，否则不能满足经营需求，造成时间和成本的浪费。

　　1.2 研究现状与问题提出

　　1.2.1 国外研究现状

　　据 Autodesk 公司的统计，利用 BIM 技术可提高项目产出和团队合作率 79%,三维可视化更便于沟通，提高企业竞争力 66%,减少 50%~70%的信息请求，缩短5%~10%的施工周期，减少 20%~25%的各专业协调时间[3,4].BIM 的工程管理模式是工程模式，是创建信息、管理信息、共享信息的数字化方式，是建筑行业数字化管理的发展趋势。

　　（1）英国

　　英国政府内阁办公室在 2011 年 5 月公布的建筑策略，他们将与业界各专业团体合作去订立标准，使整个建筑业供应链能利用 BIM 技术做出更佳的协作。计划主要内容： 1）从 2012 年 4 月起，会为政府项目设计一套强制性的 BIM 标准；2）由 2012 年暑假起，会分阶段为政府所有项目推行 BIM 计划；3）以 2012 年 7 月为目标，在多个部门定立试点项目，希望各部门能运用 3D 科技来协作交付项目；4）希望到 2016 年的时候能有一个能多方面充分协作的 3D BIM,并将全部的文件以信息化管理；5）运用 BIM 技术把项目的设计、施工和营运融合一起，以达更佳的资产性能表现[5].

　　（2）北美

　　McGraw-Hill 最新发布的 Smart Market 报告--“The Business Value of BIMin North America: Multi-Year Trend Analysis and User Ratings （2007–2012）”显示，北美地区的 BIM 采用率从 2007 年的 17%上升到 2012 年的 70%[6].

　　为了量化用户使用 BIM 的程度，McGraw-Hill Construction 公司提出了 BIM投入系数（BIM Engagement Index）。该系数值从 BIM 用户的技能水平、从事 BIM的时间、以及采用 BIM 项目所占比率等计算得来。该报告显示，13%的 BIM 用户有很高的 BIM 投入系数得分（即有熟练的 BIM 技能、5 年以上的 BIM 经验，60%以上的参与项目使用 BIM）。在这部分 BIM 用户中，67%认为 BIM 的投资收益率很高。

　　（3）南非

　　CAD Corporation 公司最近发现 BIM 技术正在南非建筑业被越来越广泛地接受和应用。利用 BIM 技术的优势，CAD Corporation 公司可以为建设项目的项目经理提供更准确的工程量计算、4D 施工模拟、碰撞检查等功能，从而提高现场施工效率、减少现场材料浪费。

　　在过去几年里，BIM 技术的应用得到广泛推广，这不仅得益于设计师们对 BIM技术所能带来变化的认可，也得益于电脑硬件技术的不断发展。同时，基于各种移动操作系统（如 IOS、安卓、Windows 等）的智能移动设备的出现，也使得 BIM数据可以随时随地的被查询和阅读。

　　CAD Corporation 公司发现，BIM 在一个项目的概念阶段和设计阶段被快速的接受了。此外，BIM 技术在实际施工开始前的虚拟建造应用也被人们寄予厚望。

　　虚拟建造可以让建筑师、工程师和业主们在实际施工前尽可能地了解建筑实际施工过程中的问题，如进度计划、资金计划、环境影响等，这可以尽可能地降低项目的各种不确定性[7].

　　（4）新加坡

　　2011 年，BCA 发布了新加坡 BIM 发展路线规划，推动整个建筑业在 2015 年前广泛使用 BIM 技术。为了实现这一目标，BCA 分析了面临的挑战，并制定了相关策略。为了鼓励早期的 BIM 应用者，BCA 于 2010 年成立了一个 600 万新币的BIM 基金项目，任何企业都可以申请[8].

　　（5）日本

　　2010 年秋天，在日本人 BIM 的知晓度从 2007 年的 30.2%提升至 2010 年的76.4%.2008 年的调研显示，采用 BIM 的最主要原因是 BIM 绝佳的展示效果，而2010 年人们采用 BIM 主要用于提升工作效率，仅有 7%的业主要求施工企业应用BIM,这也表明日本企业应用 BIM 更多是企业的自身选择与需求[9].这说日本在BIM 技术的使用方面更具主动性，这也从另一方说明 BIM 可以真正为企业带来收益。

　　此外，国外的专家学者也对 BIM 技术做了研究：

　　Akinci 等阐述了如何制作工作空间和临时设施模型，这样可以减少施工计划的空间冲突。

　　Tamera 等分析了在工程进度和造价管理中应用了 4D、5D 技术，从而使项目增值的案例，提出了 4D、5D 技术的集成应用方式，以及为项目团队和项目业主带来的好处。

　　1.2.2 国内研究现状

　　2010 年《中国商业地产 BIM 应用研究报告》通过调查问卷发现，77%的企业遭遇因图纸不清或混乱而造成项目的投资损失，其中有 10%的企业认为该损失可达项目建造投资的 10%以上，43%的施工企业遭遇过招标图纸中存在重大错误，改正成本超过 100 万元。

　　BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一种数字信息集成与应用的方法，源于 20 世纪 80 年代，可应用于建筑的设计、建造、管理等方面。

　　在中国，BIM 技术虽然起步较晚，但发展却异常迅速，BIM 技术将是建筑行业继 “甩图板第一次设计手段革命”后的第二次设计技术手段革命[10].这是一个充满想象空间的建设行业革新技术，从手工到工业化再到信息化，建筑科学技术正以空前的规模快速发展。BIM 技术重塑了整个建筑全产业链以及整个建筑生命周期[11],在建筑工程行业，各方面的环节都要参与进去，各方面环节包括各种各样的工序，这一理念贯穿于建筑物从甲方的业主要求开始，到设计、施工，到最后的物业运营，到未来的再装修（包括再造），甚至到建筑物的最后拆除，它把整个建筑的生命周期全部囊括进去。

　　BIM 技术近来开始从设计走向施工，主要应用于房建的暖通、给排水、电气、建筑智能化等专业的管线安装，如上海中心、常州九洲花园、无锡地铁控制中心、金虹桥国际中心和苏州中心、无锡市环境检测中心实验区机电安装项目、大庆青少年活动中心设备安装、北京京澳中心项目等。在工程建设项目中，部分工程项目开始采用 BIM 技术，一般只限于初步建模用以解决管线碰撞问题，而管线和支吊架的布置仍沿用传统的安装方式，后续的施工阶段应用则很少。

　　2011 年 5 月 10 日，住房与城乡建设部正式发布《2011-2015 年建筑业信息化发展纲要》，明确提出“‘十二五’期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）在工程中的应用，推动信息化标准建设”.《2011-2015 年建筑业信息化发展纲要》中还提出“在施工阶段开展 BIM 技术的研究与应用，推进 BIM 技术从设计阶段向施工阶段的应用延伸，降低信息传递过程中的衰减。研究基于 BIM 技术的 4D 项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用，实现对建筑工程有效的可视化管理”.2013 年 11 月， 中国 BIM 标准研究项目“全生命期 P-BIM 标准研究” 顺利通过验收。

　　目前，国内各大软件商都在开发 BIM 相关的软件，如鲁班、广联达、斯维尔和 PKPM 等。其中鲁班主要专注于施工阶段，广联达、斯维尔和 PKPM 倾向于全寿命周期。

　　1.2.3 问题提出

　　一个工程项目所涉及的专业种类多，因而参与到项目中的各个专业队伍就多，然而这种细化的分工使得专业接口多而界面管理复杂化，信息很难在整个项目中实现集成和形成闭环，从而信息的流失现象严重，造成重复和浪费。要实现信息的集成化首先要建立一套行业标准，这套标准应当包含在工程项目中对各种信息的处理和加工的程序、方法等，并逐渐形成一个体系，作为项目参与各方在管理信息时的依据，同时为各个软件和信息系统之间的数据共享提供条件。这是信息管理的基础工作，也是实现信息化的必由之路。

　　信息化虽然不是项目管理的核心内容，但却是将项目管理推向高效率的手段。

　　一些施工单位运用各种项目管理软件以期有效地管理信息，然而在另一方面又担心收效不大而不敢过多投入，他们关心软件和系统的使用成果而忽略了各个子系统之间统一的计划、安排和管理，使其各自为政，最终没有达到应有的效果[12].

　　目前，众多研究表明，BIM 作为一种应用于工程全寿命周期信息化集成管理技术，已逐步受到建筑行业各参与方的认可[13],并发挥着越来越大的积极作用，BIM已成为提升项目全寿命周期使用效益和价值的成熟理论和技术体系。

　　Sijie Zhang 等人基于 BIM 实体模型，对建筑结构进行自动化结构安全性检查，并根据检测结果，针对具有安全隐患提出相应预防措施，以降低事故发生风险[14].CCDI 悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司的祁爽分析了工程项目管理的理论和特点，结合建筑企业工程项目管理的现状，以 BIM 技术为出发点进行对策分析[15].

　　华中科技大学的赵彬从对传统的进度管理方法和采用基于 BIM 的 4D 虚拟建造技术的进度管理方法这两方面进行比较，论证了利用 BIM 技术进行进度管理的优越性及可行性[16].

　　中国建筑标准设计研究院的张利歌通过分析我国工程项目造价管理的现状，总结出传统造价管理模式的局限性，结合 BIM 技术的特点，对基于 BIM 技术的工程项目造价管理进行研究，分析 BIM 技术在造价管理的应用价值[17].上海建科工程咨询有限公司的李亚东分析了 BIM 技术条件下的工程项目质量管理，结合上海中心超高层工程项目进行应用实践，指出了 BIM 技术的实施要点和关键数据处理思路[18].

　　由此可以得出现有研究对于 BIM 在建设行业的具体应用的优势拓展已经取得较大成果，但是在如何实现 BIM 与施工进度、成本、质量和安全控制的无缝融合，构建基于 BIM 的施工集成管理方面的研究还较为少见。

　　因此，在建筑施工过程中实现进度、成本、质量和安全信息的准确、高效传输与落实，保证各类控制指标得到实时监测，以及建设各参与方间的信息共享与管理一体化是预防施工事故频发的可行方法。但是在现有的施工组织方案下，只有少量的信息能够从最高管理层到达一线作业人员手中，说明信息在传递中存在严重衰减现象。综上所述，为了实现建筑施工的按期交付、低成本、高质量、低事故率等多个目标，迫切需要建立一套完善、系统的建筑工程施工数据管理模式。

　　基于以上总结，借鉴制造业的成功经验，本文以长春万豪东方广场城市综合体 A 区 D 楼酒店项目为依托，研究 BIM 技术条件下施工阶段的工程项目管理，把工程项目施工阶段的信息收集起来，将信息关联集成到 BIM 模型中，构建 BIM 环境下的进度、成本、质量与安全的协同管理系统，从上述四个方面对工程项目施工过程进行管理。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是近年来一项引领建筑数字技术走向更高层次的新技术，它的全面应用将大大提高建筑业的生产效率，同时它将对工程建设行业的科技进步产生不可估量的影响，大大提高建筑工程的信息化程度，将施工阶段工程的质量、工作效率和安全性显著提高，成本降低，给工程建设行业的发展带来巨大的效益[12].

　　1.3 研究意义与研究内容

　　1.3.1 研究意义

　　建筑业是国民经济的重要支柱产业，它与整个国家经济的发展，人民生活的改善有着密切的关系。作为建筑业发展的重要组成部分，建筑信息化是提高建筑企业经营管理水平和核心竞争能力，推动建筑业发展的关键所在，是建筑业实现跨越式发展的重要途径，也是提高建筑品质，实现绿色建筑的主要手段和工具，对促进国民经济全面协调可持续发展具有重要意义。因此，建筑信息化技术的发展是未来相当长一段时间内我国建筑业发展的重中之重。随着科技革命的浪潮和信息技术的高速发展，建筑行业必将进入一个全新的发展时期。

　　由于工程复杂性、产品非标准化、作业流程非标准化，每个项目参与作业的人员不同，使一个工程项目整个生产过程协同非常困难。一个工程具有海量的数据，每个数据是关联的，手工的项目管理技术和以往信息化手段都不可能将工程数据完整地整合和有机关联起来，无法提供或无法及时提供项目管理各条线所需要的数据，而 BIM 技术的出现将彻底改变这一切，算量软件已基本具备 BIM 建模和数据集成功能。

　　以 BIM 技术为代表的“三维协同设计”是工程设计领域继“甩图板”后的又一次技术更新或技术革命。相比较而言，BIM 技术对工程建设行业的影响力远比“甩图板”的影响更大、更深：“甩图板”仅仅是让人换了一种工具，人手工绘图和在电脑中绘图的习惯并没有大的变化；而 BIM 技术则不仅是换了一种工具，一方面它将改变人的设计习惯、协同模式等，另一方面它将改变设计、施工、运营的协同作业模式和利益分配规则，从而极大地促进整个行业的进一步资源优化整合。

　　1.3.2 研究内容

　　（1）通过研究目前施工阶段工程项目管理的现状，发现施工阶段工程项目管理在质量、进度、成本和安全存在的问题，并分析产生问题的原因。

　　（2）通过文献查阅和调查研究，对 BIM 技术的基础理论进行归纳总结，明确 BIM 内涵，熟悉 BIM 技术相关应用软件的基本操作，探讨软件间的信息传递原理，了解 BIM 技术在工程项目施工阶段的应用情况，全面了解和准确掌握 BIM技术在施工阶段应用水平和发展现状[19].

　　（3）系统地学习 BIM 技术的理论知识和掌握 BIM 软件使用方法，熟悉各个软件之间的衔接和上下游数据之间共享。

　　（4）通过 BIM 技术在工程项目施工阶段的应用条件分析，结合工程项目管理存在的问题，进而将 BIM 技术引入施工阶段工程项目管理中[19].

　　（5）结合具体工程，从质量、进度、成本和安全四个方面将 BIM 技术应用到施工阶段的工程项目管理中，并详细记录应用过程，总结 BIM 技术应用前后施工阶段工程项目管理的差异及其对现存问题的解决方法，分析其应用的意义和价值。

　　1.4 研究方法、技术路线及创新点

　　1.4.1 研究方法

　　本文研究将采用文献研究、定性研究、定量研究和案例研究中的一种或多种方法相结合来分析解决问题。上述方法具体应用情况如下：

　　（1）文献研究法

　　本论文通过查阅互联网资和翻看图书馆相关书籍，搜集与 BIM 技术以及工程项目管理关的资料，对本文的国内外现状研究提供文献支持。

　　（2）定性研究法

　　论文通过分析现行工程项目管理的状况，总结其中存在的问题，分析产生问题的原因，定性描述 BIM 技术在施工阶段工程项目管理中的应用。

　　（3）定量研究法

　　论文通过对成本进行定量分析，对比施工过程中成本变化，及时发现其中的问题并予以改正。

　　（4）案例研究法

　　通过工程案例对施工阶段的工程项目管理进行经济分析、技术比较及效果评价，正确处理 BIM 技术与工程项目管理两者之间的统一关系，力求在 BIM 技术应用条件下的工程项目管理合理高效，从而保证本研究结果的实用性和可靠性。

　　1.4.2 技术路线

　　本研究以“研究现状-发现问题-分析问题-结合实际工程-解决问题”为主线[20],借助互联网和图书馆资源全面收集与论文相关的资料，对现有的研究成果进行深入了解，结合实际工程进行分析和总结，最终完成本课题，技术路线见图 1-2.

　　1.4.3 创新点

　　（1）利用 BIM 技术的可视化和协调性特性，合理解决施工阶段的管线碰撞问题。

　　（2）依据 BIM 技术对质量、进度、成本和安全等信息进行集成，对施工过程进行规划和监控。

　　（3）通过 BIM 云协作平台信息共享技术，实现基于网络的文档查询和处理。

　　1.5 本章小结

　　本章明确了课题的研究背景，在研究背景的基础上提出 BIM 作为一种技术手段，其在提高施工阶段工程项目管理能力上具有潜力，明确了课题的研究目的和意义，并以逻辑框图的形式提出了本文的研究思路。