BIM在建设项目轻量化的应用探析

【摘要】在工程建设管理BIM技术中，建筑数据模型的可视化一直是其闪光点，也是造成使用成本居高不下、难以推广的原因。然而大多数建设项目并不是很复杂，并不需要过分强调可视化模型管理。文章就如何回归BIM管理技术的数据本质，实现轻量化BIM管理，通过解析建筑数字管理的核心内容、即对于数字信息的管理入手，从勘察设计、招标投标、施工管理、竣工结算等几个阶段阐述了轻量化应用BIM技术的可行性；并结合实际应用示例工程，从平台建立、数据建模、数据流转、权限管理、过程控制等实际操作层面介绍了BIM轻量化的具体应用。文章旨在启示项目管理者改变思路，让大多数的建设项目都能在弱可视化的基础上建立数据模型，实现快捷、便利的BIM轻量化运用，从而实现建设项目过程控制的更优化管理。

【关键词】项目实施;BIM;轻量化应用

一、引言

在国家支持全过程项目管理、大数据应用的背景下，BIM技术在工程建设行业正逐渐产生影响力，目前主流的BIM工作流程及工作目标着眼于大项目、大制作、追求视觉效果。而且，BIM管理系统往往单独投资、单独设立，独立于传统工程项目管理流程之外，极易陷入形式主义的窘境，难以给工程项目管理绩效带来明显的改善，有时反而会给建设方和施工方带来额外的负担[7]。BIM的含义为BuildingInformationModeling（建筑信息模型），其目的是为了利用数据模型实现对项目更加便利和快捷的管理。在这种情况下，从务实、易用的角度来讲，把Model-ing（模型）更多地理解为数字模型，淡化几何模型、3D效果等视觉效应，让BIM轻量化、大众化，不失为BIM发展的一个途径。模型的本质在于数据，它是数据的表现方式。建筑物一旦有了位置信息、材质信息、尺寸信息等，将这些信息导入计算机，数据模型就建立了，可以根据位置尺寸数据进行碰撞检查，根据结构材质数据进行方案组织和组价，需要的时候可以将数据模型转换为几何模型或3D效果图甚至动画。大数据时代，数据最有价值，或者叫数字化的信息。因此，在BIM管理过程中，模型并不是重点，数据才是关键。从广泛的意义来讲，只要是在建设过程中进行的数字化管理都可以称为BIM，它不应该独立于传统工程项目管理流程。BIM的应用更不应该本末倒置，将重点放在模型的展示上面。从数据的本质出发，并结合案例来探讨BIM在工程建设实施阶段当中轻量化运用。由于篇幅有限，可行性研究和项目决策阶段更多是进行市场和财务分析，不在本次讨论范围，运营阶段也不重点讨论。

二、轻量化应用模式的平台建立

建设方对项目拥有最高控制权，所以通常BIM管理平台应该由建设方主导建立，并且拥有数据平台的最高权限。轻量化BIM管理平台就是项目管理平台，也是由建设方主导搭建。目前市场上主流的BIM平台软件例如BIM5D、鲁班、Bentley等，都价格不菲，其主要功能还是在于集成、融合管理系统和复杂的建模及动画系统。其工作流程是：二维数据（AutoCad、Glodon图形）→第三方软件建立三维模型（Revit、MagCAD、Naviswork等）→转化为平台（GlodonBIM5D、鲁班、Bentley等）可读取数据→平台用户可视模型（3Dmax、Lumion、Fuzor等）→修改数据→反馈至第三方软件→反馈二维数据。该模式偏离了BIM管理的数据化核心，平台重心都在可视化模型上。国内某些建筑软件公司借此大搞捆绑销售，把很多不必要的功能都进行打包销售。最终导致软件成本居高不下，操作难度也很大，进而难以推广。轻量化模式降低对模型可视化的要求后，一般的项目管理软件就能实现BIM平台功能。例如当下流行的钉钉系统、企业微信等等，这些管理软件都是免费的。其工作流程可简化为：二维数据→平台读取（钉钉、WPS）→用户修改数据（钉钉、WPS）圮模型演示（3Dmax、广联达、Revit等专业软件）圮反馈二维数据。该模式淡化了模型的作用，使模型依附于数据而存在。只是在需要的时候（实践表明，模型用得最多的阶段就是安装工程设计施工过程中的碰撞检查）才进行可视化转换。在大多数情况下，对于大多数参与者只需要知道常用的办公软件即可操作。把专业的绘图软件、建模软件、动画软件、算量软件、计价软件都一一剥离出来，按照需要进行数据上传。笔者在北京市山区某680m暗挖隧道工程中，从实际出发，提出在本项目中采用BIM轻量化应用。该项目建设方重点关注造价、进度、质量控制，在建设方没有额外资金支持的情况下，采用钉钉系统的项目管理子系统建立BIM平台，大大节约了使用成本。因此，该平台主要用于建设参与各方的沟通交流，执行审批流程，反映项目的任务、文档、动态、工时等动态信息。可视化模型通过广联达市政算量软件生成后以JPG格式上传平台进行分享。

三、轻量化应用模式的数据流转

目前，平台实现数据转换、流通需要花很大的成本。出现这种情况，是因为一直以来工程建设各方都是各自为政，各有各的标准[2]。建筑信息模型应用的一个重要保证是信息的流畅传递、交互，为保证信息的有效传递，建筑工程中建设资源、建设进程与建设成果等对象的分类与编码的统一是关键，该分类和编码应该在建筑工程全生命期的信息应用中保持一致和统一[4]。《建筑信息模型分类和编码标准》（GB/T51269—2017）规定了各类信息的分类方式和编码办法，这些信息包括建设资源、建设行为和建设成果。确定交付准备、交付物、交付协同三方面内容（包括建筑信息模型的基本架构，模型精细度（LOD），几何表达精度（Gx），信息深度（Nx）、交付物、表达方法、协同要求等）。在轻量化应用模式下，设计单位只要按照标准来做出设计图纸，就相当于遵守了BIM规则，建立了BIM数据模型。建立BIM数据模型首先要建立数据库的框架，最根本的问题即是建设方所关注的项目的造价、进度、质量三大约束性目标。建设过程中所有的管理活动都是围绕上述三个目标展开的。BIM数据库也主要由这三个模块构成。通常还会加入安全目标和沟通目标。数据的流转通过示例工程介绍如下：设计单位建立编号为15-03.00.00混凝土构件，可定义隧道初衬混凝土为15-03.00.00.01，二衬混凝土为15-03.00.00.02，可以按照钢格栅距离每20m定义一段，编号为01~99；实现对隧道结构的精确控制。咨询单位可以在造价管理模块下引用混凝土构件设计数据编制清单控制价，建筑产品30-01.10.00混凝土构件（由承包单位更新）也可关联15-03.00.00混凝土构件设计数据数据，更新后作为竣工数据转交给运营方。该共享方式基于《建筑信息模型分类和编码标准》建立，无须可视化演示。数据平台刚建立的时候，建设方是唯一的用户，随着建设的进行，勘察、设计、监理、造价、施工、分包、各参建单位会陆续进入平台，平台管理者根据参建方身份分配登录ID，以后参建方登录平台，平台会根据用户身份来自动设置权限。权限问题是项目流程管理的核心问题，关系到建设各方的权利和义务。在建设过程的不同阶段，项目主管也可以对权限进行修改，以适应不同的管理需求。例如设计单位负责人用ID号登陆平台后，在设计阶段可以有权修改所有的设计图纸最后形成招标图。一旦进入施工阶段后，则任何人都不再有权限修改招标图。建设实施阶段各参建单位的任务及权限如表1所示。

四、设计阶段的轻量化应用

设计阶段是决定项目成败的关键阶段，BIM数据库平台也是在本阶段搭设完成的。设计单位在建设工程BIM管理中的地位举足轻重，首先要完成建筑物自身的数字化描述，从而在BIM数据流转方面发挥标准引领作用。但目前如果没有建设方的要求，设计单位则没有动力去建立BIM模型，如果建设方要求，则又牵涉到额外的资金投入。如前文所讨论，设计单位只要依据建筑工程设计信息模型制图标准提供符合要求的设计文件，则基本上已经做到了设计文件的BIM轻量化，即以后业内的常规化要求。因此，不需要建设方额外要求和资金投入，设计数据已经具备流转的功能。在示例工程中，设计单位建立编号为01~999的初衬、二衬混凝土、钢格栅、超前导管，并赋予构件工程做法、桩号、工程量等数据，此时数据模型已经建立起来，在不影响下一步设计工作的情况下，并不需要进行可视化模型演示。上述构件信息同步到概算模块，结合施工方案模块确定常规状态下的方案，例如掌子面支护、土方运距、构件运距、洞内运输、环保措施等，再设定计算规则、取费文件、价格文件后，即可生成概算文件和招标控制价，指导招标投标工作。在日后的施工过程中，施工方依据上述构件数据模型上报进度计划，监理就可以在进度计划的基础上做进度偏差报告。若需要，这些数据的可视化可另行通过Revit、广联达、鲁班等专业软件实现。如果设计单位不具备BIM技术能力，那么，把设计单位提供的二维数据转换成标准的BIM数据就成了咨询单位的任务。如果施工单位也不具备BIM技术能力，咨询公司自然又承担了BIM数据的更新任务。当然，在此情况下，咨询公司承担了大部分BIM的管理任务，其咨询费用也是最高的，至少应包括模型可视化的费用。

五、招标投标阶段的轻量化应用

目前在招标投标阶段引入BIM技术还不太普及。主要原因是在当前的BIM模式下，BIM平台的数据框架结构不一定是设计单位搭建的，由于版权的原因，设计单位不会主动分享原始数据模型，就算通过业主授权，众多投标单位使用设计数据，也容易造成泄密或侵权。如果让投标单位利用图纸等二维数据去创建三维数据模型进行BIM演示，就会大大增加投标成本，也会增加招标、评标等的持续时间，这与BIM管理的便利目的是背道而驰的。在轻量化应用模式下，建设方搭建平台，设计方建立数据模型框架，建设方赋予投标单位一个临时用户身份进入BIM平台，根据设定的权限，引用统一标准的部分开放数据。根据这部分开放数据提交投标方案和报价。评标专家也需要一个临时用户身份，进入系统进行评标，目前各地建委标办都有自己的电子评标系统，如何将项目的BIM系统数据与评标系统数据对接，还要得到官方的认可，是这个阶段重点要解决的问题[3]。在轻量化模式下，设计单位如果已经按标准提供了具备流转条件的设计文件，投标单位就可以直接引用数据。长远看来无论从技术层面、版权层面还是管理层面，问题都会逐步解决。

六、施工阶段的轻量化应用

使用BIM受益最大的是业主，贡献最大的是设计单位，动力最大的是施工单位。如前文所述，业主是利益的最终获得者，设计单位要制订框架、标准、和原始素材，是引领者。而当前的建设市场，由于建设方并未计划专用资金投入BIM管理，大多数BIM技术都是要求施工方去做，例如买软件、培训人员、建模、修模等，都需要大量投入。其实，施工方在整个BIM管理模式中都不是主导角色，而是只需在BIM数据框架中利用数据、更新数据、优化施工、降低成本。成本的降低主要来至于两个方面：一是因标准统一，施工方在投标时就可以利用BIM数据（不是模型）对施工过程进行方案演算和成本测算，开工后可以大大提高施工组织、物料采购的效率。例如在进行二次设计时的碰撞检查，是被认为将数据模型化后最实际的应用。目前大量的BIM应用案例都反复证明，对于施工单位而言，最大便利确实不过于此。二是加快了工程价款审核的进度，在审核进度或者变更费用时，传统工作模式需要根据进度款的结算周期进行阶段性的工程量计算，参建各方都需要投人较大的人力。BIM工作模式在初期搭建模型之后不再需要周期性地计算工程量，而是在已有BIM数据模型（可以以表格形式展示）上直接按照形象进度提取工程量作为参考。由于参建各方（包括施工、监理、工程造价咨询服务、建设单位等）使用的是平台上的同一数据源，故输出的工程量也是唯一的，不存在反复“报量、核量、确认”的过程，使管理效率明显提升[6]。在示例的隧道工程中，BIM的轻量化应用对于小导管超前注浆的投资控制起到了很好的效果。在数据平台的小导管注浆构件中，建立了以桩号划分的观测点位，监理按照现场实际发生的注浆量对平台数据进行更新，平台会显示实际注浆量与理论计算量，即设计注浆量的偏差，此偏差超过规定的限值后，即自动生成变更工程量，设计单位通过平台权限签字确定生成变更记录，施工方根据确定的变更记录上报变更款项，监理、造价咨询单位开平台上进行电子签字确认。相较于事后确定变更的传统管理模式，通过BIM轻量化管理，建设单位在注浆过程中就可以对投资进行控制，设计单位可以实时预计下个桩号的注浆量变更概率，从而更好地指导施工。上述步骤没有用到三维模型显示，全部数据都通过桩号加表格在平台上实现。

七、竣工结算阶段的轻量化应用

BIM技术在竣工结算阶段的贡献相比其他阶段应该是最小的。如果在施工过程中已经顺畅的运用了BIM平台，那么，这个阶段要做的事情就是收获了。（1）新增项目、增补单价、实际完成工程量、变更单价、政策性调价、索赔、洽商等都在施工过程中得以确定，BIM甚至会分析出计划投资与实际投资的动态曲线，结算价会牢牢地控制在实际成本附近。（2）竣工图也自动定格在动态施工模型的最后一刻。带着所有构件的材质、安装、造价、质保等信息的数据库也会移交给运营方。此时，数字模型与工程实体实现了完美重合[8]。（3）运营阶段，通过模型去寻找构件的可能性已变得微乎其微，当建筑产品出现泄漏、坍陷、短路、变形等故障时，运营方直接通过代表该构件的数字编码即可找到该构件所有的包括位置、材质等建设维护保修信息。

八、结语

文章旨在分析建设参与各方在BIM管理中的责任和权利，透视BIM数据与模型的关系，适当减少把数据模型可视化的成本，增加BIM技术的可操作性，让BIM轻量化、廉价化、大众化。毕竟大多数的建设项目都不是很复杂的，决策者更需要的是数据而不是看动画。BIM回归数字本质，放弃不切实际的形式主义，为国民经济建设添砖加瓦。

【参考文献】

［1］国办发〔2017〕19号.国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见[S].

［2］建质函〔2015〕159号.关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知[S].

［3］建质函〔2016〕183号.2016—2020年建筑业信息化发展纲要[S].

［4］GB/T51269—2017.建筑信息模型分类和编码标准[S].

［5］GB/T51235—2017.建筑信息模型施工应用标准[S].

［6］李勇，管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报，2012，26（4）：17-21.

［7］杨宝明.BIM改变建筑业[M].北京:中国建筑工业出版社，2017.

［8］杨宝明.突破重围[M].北京:中国建筑工业出版社，2015.

作者:钟诚 单位:北京中城建华工程咨询有限公司