基于BIM的施工总承包管理系统研发与应用

 叶浩文1，邹  俊1，孙  晖2，杨  玮3

（1．中国建筑股份有限公司，北京  100037;2．中国建筑第四工程局有限公司，广东广州  510000；3．中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北武汉430000）

[摘要]经深入剖析百层高楼建造过程中施工总承包管理的各项业务需求及重难点，该项目总包项目部创新研发应用基于BIM的施工总承包管理系统，以全专业BIM深化设计模型为载体，集成各业务海量信息数据，通过灵活多维度地快速查询、各项工作的自动分派、海量信息的自主交互、时效内容的自动提醒及预警、信息数据的定型化积累等一系列功能及方法，实现对进度、工作面、图纸、合约、成本、工程量、碰撞检查、劳务、运维等的数字化、精细化管理，极大地提高了施工总承包管理的效率。

[关键词]高层建筑；信息化；建筑信息模型；施工总承包管理；碰撞检查；数字化

[中图分类号]TU71  [文章编号]1002 -8498( 2016) 12 -0029 -05

1工程概况

 广州周大福金融中心总承包工程（简称广州东塔）位于广州市新中轴线以东，总建筑面积50. 77万m2，塔楼总高度530m，共116层，其中地上111层，主要为办公楼、酒店式公寓及超五星级酒店；地下5层，主要为商场、停车场及设备用房。塔楼主体是带加强层的框架，简体结构，具体由8根箱形钢管混凝土巨柱、111层楼层钢梁和6道环形桁架、4道伸

臂桁架组成，如图1所示。

2  总承包管理的重难点

 被誉为广州市珠江新城收官之作的广州东塔，是广州市的新地标、新名片，塔楼超高、体量庞大、施工总承包管理难点众多。

2.1体量庞大，工期紧张

 本工程总工期1 554d，其中地上主体结构施工时间仅有645d，排除塔式起重机安拆、顶模安拆、塔式起重机和顶模爬升等的时间，平均每个标准层仅有约3. 5d的施工时间。此外，平均层高超过10m的4道伸臂桁架层和6道环桁架层工序复杂、施工时间长，使工期更为紧张。在如此大的工期压力下，任何一道工序的延误都会压缩后续楼层的施工时间，对结构施工总工期造成极大影响。

 伴随着工程的进一步推进，幕墙、砌体、机电、电梯、精装修等专业逐步插入，各道工序紧锣密鼓，协调管理工作极为繁重复杂。如何保证每道工序合理有序地开展，是保证紧张工期的关键。

2.2分包众多，各工作面各专业穿插复杂，总包管理难度大

 广州东塔项目主塔楼地上1 1 1层、地下5层、裙楼地上9层，工作面众多。各工作面施工作业包含结构、砌体、幕墙、暖通、空调、给排水、消防、强电、弱电、精装修、擦窗机、真空垃圾处理等专业，共有数十家分包。分包单位根据建设进程在各楼层、各工作面展开施工，各专业内工序多，各专业间交接频繁，相互依存、相互制约。如何实现各工作面施工的顺利进行、各专业穿插合理有序，避免分包管理和施工的混乱无序，实现对工期进度的实时把控、偏差分析及调整，是项目部面临的一个重大难题。

2.3  图纸资料管理难度大

 业主对项目各使用功能区段的要求极为严格，房间的布局及精装修的风格伴随着设计优化不断发生变化。截至目前，总包共收到业主发放图纸55 552张，变更超过5 000条，图纸、资料管理非常困难。此外，总包方还负责钢结构、机电等专业的图纸深化工作，深化图纸需经业主、顾问（结构顾问、建筑顾问、机电顾问等）、监理等多家单位审批，送审数量多，审批流程繁琐、时间长，跟踪非常困难。

2.4变更签证工作量大，时效性强，成本实时把控难度大

 业主的变更频繁，而作为总包，依据合同约定，需在变更发生后的7d内完成变更索赔的相应工作，变更索赔时效性强，各部门协同工作要求高。同时，实时的收入支出对比工作量繁重，难度很大。如何实现变更工程量的快速核算，并与模型构件对应单价关联，实现变更成本的实时快速核算，是项目成本管理工作的重难点。

2.5合同条款数量庞大，时效性强，查询困难

 本项目总包合同条款极为细致，内容众多，信息分散，查询难度大；时效条款众多，容易因缺乏及时的预警提醒及人为疏漏而导致相关工作的缺失，造成经济损失。同时项目分包众多，分包合同数量庞大，如何实现总、分包合同的条款对应，实现成本、风险条款的准确对应及有效传递，是合同管理的重难点之一。

2.6  总承包管理信息量大，人为传递效率低，传递不完整、不及时

 项目管理所产生的进度、成本、合约、技术、质量、安全等信息量庞大，内容纷繁复杂，各业务部门分别掌握不同的数据信息，项目管理中传统的信息传递主要通过会议讨论和文件发放等形式实现，信息的传递容易滞后，而且容易出现信息的疏漏，信息传递的准确性也无法很好地得到保障。延迟传递的不完整信息极大地影响了项目各项工作开展的及时性和有效性，影响了项目的工期进度和成本控制。

3  系统研发目标及实施

3.1  BIM研发及应用目标

 基于BIM的项目管理系统实现了广州东塔项目数字化、集成化管理，即以BIM集成信息平台为基础，针对超高层项目总承包项目管理中存在的进度、工作面、图纸、合约、成本、劳务、碰撞检查等方面的难题，开发适用于施工总承包现场管理的项目管理系统，实现三维可视的、协同的施工现场精细化管理。

3.2实施方案

 项目以模型为载体，以信息为元素，通过总体规划、分模块同步研发的策略，制定了具体的实施方案，主要包含以下内容。

3.2.1  设计一个信息集成平台，实现各专业各业务信息的整合

 为了让BIM发挥更大的价值和协同作用，需要建设统一的服务平台作为载体进行协同工作。BIM协同施工平台为信息集成与协同管理提供信息平台支撑。根据项目建设进度建立和维护的各个专业BIM模型，统一导入建筑信息模型(BIM)平台中，形成全专业集成模型，同时平台汇总各业务口信息，实现各信息与模型的集成关联，消除项目中的信息孤岛，并将得到的信息结合BIM模型进行整理和储存，便于总承包管理各部门随时共享信息及数据交换。项目信息的集中存储以及各业务部门可以随时调用权限范围内的项目集成信息，有效避免了因项目文件过多而造成的信息难以获取。

3.2.2  制定统一的信息录入界面及管理模板

 在系统架构设计时通过定制各模块信息统一录入界面及管理模板，实现各业务口数据流方便、快捷的共享流动。同时，通过标准化的数据录入界面，实现总承包管理过程中，进度、工序、合约条款、清单、设备等一系列信息数据的积累储存，为日后工程管理提供海量的经验数据。

3.3软件环境

 软件配置包括：①土建建模  广联达土建GCL，广联达钢筋GGJ；②机电建模  MagiCAD；③钢构件建模Tekla；④系统平台  广联达BIM整体解决方案，广联达BIM5D系统。

4  系统应用

4.1 BIM建模

 广州东塔项目模型应用是将各专业建立的模型文件（钢结构、机电、土建算量、钢筋翻样）导入BIM平台，以此作为BIM模型的基础，并实现对文件的版本管理，作为BIM应用的基础模型。

 本项目在建模软件的选择上，遵循不额外增加现场管理人员工作量及工作难度的原则，土建专业模型创建选择商务部本身需要使用的广联达算量软件进行创建，机电专业选择机电部深化设计使用的MagiCAD软件，钢结构专业选择钢构部深化设计使用的Tekla软件，各专业模型按照东塔BIM建模规范进行创建及深化完毕后，导入平台进行集中整合与管理。同时，提供模型的版本管理，可以将变更后的模型更替到原有模型，产生不同的模型版本，对模型的过程数据及历史数据进行统一管理，便于商务人员进行变更索赔。

4.2 BIM系统集成平台搭建

 广州东塔BIM集成平台（见图2）具有开放的接口，可集成广联达、Tekla，MagiCAD，Revit等BIM工具软件建立的模型，以及Project，Word，Excel等办公软件的数据。同时在平台中实现进度、图纸、合同、成本等数据信息与模型信息的集成。通过东塔BIM集成系统应用，构建广州东塔项目BIM数据中心与协同应用平台，实现全专业模型信息及业务信息集成，多部门多岗位协同应用，为项目精细化管理提供支撑。

4.3  进度及工作面管理

 BIM系统中进度计划与模型挂接后，管理人员可以通过任务模型视图实时展示三维动态进度实体模拟，可以获取任意时间点、时间段工作范围的BIM模型直观显示。有利于施工管理人员进行针对性工作安排，尤其有交叉作业及新分包单位进场情况。同时，BIM管理系统会将进度计划挂接配套工作，根据各部门职责相应地分派到对应部门，再由部门负责人将配套工作分派到具体实施人，这样做到责任到人，实现切实可行的进度计划。通过施工日报反馈进度计划，在施工全过程进行检查、分析、时时跟踪计划，实现进度计划与实际计划的对比，发现两者之间的偏差点，并可追踪到具体偏差原因，明确是进度计划的工期不合理还是相应配套工作未完成，便于在计划出现异常时及时对计划或现场工作进行调整，保证施工进度和工期节点按时或提前完成。

 为方便现场施工管控，引入工作面管理概念，针对楼层中各个施工区域，进行工作面划分。在工作面管理中，可以通过BIM系统直观展示现场各个工作面施工进度开展状况，掌握现场实际施工情况，并跟踪具体的工序施工任务完成情况、配套工作完成情况以及每天各工作面各工种投入的人力情况等。

4.4图纸管理

 项目施工管理过程中均会存在图纸繁多、版本更替频繁、变更频繁等现象，传统的图纸管理难度很大，也经常会因为图纸版本更替或变更信息传递不及时造成现场施工返工、拆改等情况的发生。因此，图纸信息的及时性、准确性、完整性成为项目精细化管理的重中之重。广州东塔项目BIM系统图纸管理模块实现了图纸与BIM模型构件的关联，可以快速查询指定构件的各专业图纸详细信息，包括不同版本的图纸、图纸修改单、设计变更洽商单、技术咨询单以及答疑文件等。在与图纸关联后的BIM模型中，提醒变更部位及产生的影响，包括提醒有变动、提醒变动内容和工程量、提醒是否已施工、提醒配套工作完成进度等，可以更高效准确地完成图纸变更相关施工。同时，针对相关专业的深化图纸

 还有申报状态的动态跟踪与预警功能。高级检索功能可以在海量的图纸信息中，根据条件快速检索锁定相应图纸及其信息，图纸申报管理中功能相同。在传统图纸管理模式下，要查询某一部位的详细做法可能需要同时找到十几张图纸对照查看，这至少需要2～3人花费大概1h时间才能完成，而BIM系统中的图纸管理模块的应用只需在高级检索中输入条件即可查到，支持模糊搜索，实现了海量图纸的高效准确查询。

 4.5合同和成本管理

 在BIM系统中，可以根据需要实时查看总包合同、各劳务分包合同、专业分包合同以及其他分供合同信息以及合同内容，便于现场管理及成本控制。BIM模型可以实现工程量的自动计算及各维度（包括时间、部位、专业）的工程量汇总。BIM模型可以与总、分包合同单价信息关联，关联完成后，在模型中可针对具体构件查看其工程量及对应的总、分包合同单价和总价信息。

 报量（包括业主报量和分包报量）时，可根据进度计划选择报量的模型范围，自动计算工程量及报量金额，便于业主报量的金额申请与分包报量的金额审批。总包结算与各分包结算同样可以在BIM系统中完成。另外分包签证、临工登记审核、变更索偿等功能均可在BIM系统中实现。

 同时，BIM项目管理系统中可以自动进行成本核算，自动核算出某期的预算、收入和支出，实现了预算、收入、支出的对比，可以直观通过折线图查看成本对比分析和成本趋势分析，更直观、更准确、更方便。

  4.6运维管理

 BIM模型中包含构件、隐蔽工程、机电管线、阀 组等的定位、尺寸、安装时间以及厂商等基础数据和信息，在工程交付使用过程中，便于对工程进行运维管理，出现故障或情况时，提高工作效率和准确性，减少时间和材料浪费以及故障带来的损失，图3为运维管理界面。

  4.7其他管理

  4.7.1碰撞检查

 BIM系统将各专业深化模型海量的信息及数据进行准确融合，完成项目多专业整体模型的深化设计及可视化展示。同时，可根据专业、楼层、栋号等条件定义，进行指定部位的指定专业间或专业内的碰撞检查，实现了不同专业设计间的碰撞检查和预警，直观地显示各专业设计间存在的矛盾，从而进行各专业间的协调与再深化设计，避免出现返工、 临时变更方案甚至违规施工现象，保证施工过程中的质量、安全、进度及成本，达到项目精细化管理目标。例如，在二次结构及机电安装专业施工前，可进行这两专业的碰撞检查，对碰撞检查结果进行分析后，对机电安装专业进行再深化，避免实际施工过程中出现的开洞或者返工等现象，也可以为二次结构施工批次顺序的确定提供有效依据。

  4.7.2劳务管理

 现场劳动力的管理是项目精细化管理的又一 难点及重点。无论从工程安全、质量、进度、物资、成本等任何角度看，均与劳动力密不可分，随时掌握现场劳动力的数量、工种、进出场情况、工人信息、工人出勤信息等既可以保证施工现场安全交底的落实以及进度计划的完成，又可以有效解决和避免一些劳务纠纷，便于协调解决工人与工人之间、分包与分包之间存在的一些纠纷和问题。在进度管理方面，了解掌握每天现场各工作面的劳动力人数、分包单位、工种等信息，可以更好地进行现场进度计划的调控，也可以对各分包单位进行评价，将表现合格的分包商列入合格分包商库，便于以后分包商的选择和再次合作。

  5应用效果

  5.1工期保障

 利用本系统进度管控的功能，项目实现了主塔楼平均4. 5d 一的施工速度，提前完成与业主合同约定的各个工期节点。

5.2成本节省

 通过本系统对工程量的提取及与清单的关联，实现了成本的过程管控及精确计算，同时利用本系统对进度、图纸、合同、碰撞检查等的管理，极大地节省了成本。

5.3管理提升

 在本系统的应用中，项目提高了全项目信息传递的效率，降低了人为管控所出现的错漏，有效提升了管理水平，提高了管理效率。

5.4技术支持

 通过本系统对复杂节点及关键部位的施工模拟，切实保障了施工过程的进度、安全及质量。

5.5数据积累

 通过超高层施工BIM集成数据库的建立及应用，积累了大量宝贵的经验数据及施工工序，便于系统复制推广到其他项目。

5.6人才培养

 通过本系统的研发及应用，成功地为企业培养了一批既懂工程，也懂BIM的人才。

6创新点

6.1  大模型显示方式、加载效率

 本项目在模型集成方面实现了突破，将各专业软件创建的模型按照广州东塔特有的编码规则进行重新组合，在BIM系统中转换成统一的数据格式，并极大地提升了模型显示及加载效率，从而真正意义上实现了超高层项目或其他建筑面积体量大的项目BIM模型整合应用。

6.2工作面管理的引入

 将工作面管理概念成功引入BIM管理系统中，通过BIM模型的工作面划分，实现模型按照实际工作区域自动分割，从而在实际施工管理过程中，真正提取相关工作面信息，加深了总包管理的深度和细度。

6.3信息集成运用

 通过将进度、工作面、图纸、清单、合同条款等海量信息与BIM模型这一载体进行关联集成，实现了各信息的对应关联，打通了进度、工程量、图纸、合同等各功能模块，实现了基于BIM施工总承包的协同管理。

6.4  经验数据信息化积累

 本项目BIM系统在架构之初，就确立了利用系统进行经验数据积累的工作，因此，本系统针对实体工序工作、配套工作、合同条款、合约规划模板等内容分别设置专有的数据库，将通过本项目验证并完善的经验数据存储在数据库中，供后期使用，并能完整地复用到之后的其他诸多项目中。