基于BIM的施工信息集成控制模型的設(shè)計*

李靜，張麗麗

（北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測繪工程學(xué)院，北京100042）

基于BIM的施工信息集成控制模型的設(shè)計*

李靜，張麗麗

（北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測繪工程學(xué)院，北京100042）

針對BIM施工項目信息復(fù)雜、應(yīng)用眾多但難以集成管理的問題，從數(shù)據(jù)交換、信息存儲、數(shù)據(jù)應(yīng)用等層面分析了項目信息集成控制模型，設(shè)計了基于BIM的施工項目全過程信息集成控制模型和BIM編制信息數(shù)據(jù)庫平臺，業(yè)主、設(shè)計、施工等相關(guān)各方參與者可以據(jù)此快速、高效、順暢的實現(xiàn)施工信息的創(chuàng)建、控制和共享，為項目施工信息管理提供了理論指導(dǎo)。

BIM；集成控制模型；信息交換；數(shù)據(jù)應(yīng)用

0　引言

建筑信息模型（BuildingInformationModel，簡稱BIM）是施工項目信息數(shù)據(jù)庫的技術(shù)，它基于一定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對施工項目設(shè)備的物理屬性與功能特征進行數(shù)字化、可視化的轉(zhuǎn)換，進而為決策者提供更為準(zhǔn)確的、有價值的信息。BIM是目前最先進的建設(shè)行業(yè)工具模型，依靠此信息平臺，各單位可以及時有效、準(zhǔn)確的獲得建設(shè)信息，為其監(jiān)督、決策提供技術(shù)支持。設(shè)計基于BIM的施工信息集成控制模型，可實現(xiàn)整個項目全過程監(jiān)測，促進項目達到預(yù)定目標(biāo)，可以快速、高效、順暢的實現(xiàn)施工信息的創(chuàng)建、控制和共享，為應(yīng)用BIM模型進行項目全過程信息集成控制，提供理論基礎(chǔ)。

1　總設(shè)計思路

1.1設(shè)計基本思路

施工項目涉及業(yè)主、設(shè)計、施工等各方參與者，各方溝通信息承載量大而且繁瑣。BIM信息集成控制模型要以實現(xiàn)信息最大化功效、流通、傳遞為目標(biāo)，防止某一環(huán)節(jié)信息溝通出現(xiàn)紕漏，給其他環(huán)節(jié)帶來損失的連鎖反應(yīng)。因此，基于BIM的施工項目全過程信息集成控制結(jié)構(gòu)設(shè)計包括的3個方面：一是數(shù)據(jù)共享與利用。施工項目信息集成控制過程中，所承載信息量大，BIM數(shù)據(jù)共享可規(guī)避不必要重復(fù)，BIM信息集成控制數(shù)據(jù)庫要實現(xiàn)各個BIM應(yīng)用之間信息提取、擴展；二是信息模型構(gòu)建。在施工項目的推進過程中，信息數(shù)據(jù)量逐步增大，此類信息分別有效存儲，以滿足項目不同階段的需要，獲取已完成施工階段信息模型數(shù)據(jù)，并進行擴展和集成以形成全過程信息集成控制模型；三是模型功能模塊設(shè)定。信息集成控制模型中，設(shè)定功能模塊與功能子信息模塊來實現(xiàn)項目有效控制及應(yīng)用為主要目的。

1.2控制結(jié)構(gòu)

圖1　基于BIM的建筑過程信息控制框架

根據(jù)上述信息結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，基于BIM技術(shù)，設(shè)計施工項目全過程信息集成控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)層、模型層和功能模塊層組成。其中數(shù)據(jù)層作為中心數(shù)據(jù)庫，包括施工項目在整個存續(xù)周期的各類復(fù)雜信息，并以此為載體，實現(xiàn)建筑信息在施工各環(huán)節(jié)與各個參與方的有效傳輸與共享。模型層橋接數(shù)據(jù)層與功能模塊層，是整個控制結(jié)構(gòu)的核心關(guān)鍵部分。功能模塊層是BIM模型在施工項目全過程中各階段的應(yīng)用層，此層中BIM模型與BIM應(yīng)用一一對應(yīng)，同時，隨著項目控制需求變化，功能模塊相應(yīng)予以擴展或改變。

2　基于BIM的數(shù)據(jù)層設(shè)計

數(shù)據(jù)層為BIM數(shù)據(jù)庫，包括基本數(shù)據(jù)和擴展數(shù)據(jù)，包含了施工項目中各類有效信息。其中，基本數(shù)據(jù)是信息模型的圖標(biāo)、幾何圖形、物理結(jié)構(gòu)的數(shù)字化描述；擴展數(shù)據(jù)則主要為模型圖元相關(guān)文檔資料，包括技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟參數(shù)等。BIM數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲集中庫，所含信息應(yīng)保證項目參與方隨時隨地便捷的調(diào)取與使用，且包含數(shù)據(jù)輸入接口，以確保參與方根據(jù)項目進度情況不定時輸入以及更新信息參數(shù)，確保中心BIM數(shù)據(jù)庫信息的實時動態(tài)更新。由于數(shù)據(jù)輸入與擴展可及時在中央數(shù)據(jù)庫更新，故各參與方可有效避免信息“孤島”的出現(xiàn)和重復(fù)數(shù)據(jù)輸入的成本浪費。鑒于各參與方多信息量大來源廣等特點，項目施工全過程數(shù)據(jù)存儲與共享是數(shù)據(jù)層實施的第一目標(biāo)。

2.1有效數(shù)據(jù)存儲

鑒于項目施工進程信息具有數(shù)量大、類型復(fù)雜和來源豐富的特點，信息的有效存儲顯得尤為重要。數(shù)據(jù)層應(yīng)實現(xiàn)建筑施工信息合理存儲與控制，并便于后續(xù)查詢與利用。隨著施工進程的遞延與擴展，各階段信息分類標(biāo)準(zhǔn)也有所差別。施工項目信息可分項目公共信息（技術(shù)法律規(guī)范等）、經(jīng)濟信息（投資情況、材料成本、工程款等）、環(huán)境信息（自然、治安、周邊配套等）、商務(wù)類信息（合同等）、工程概況（圖紙等）、技術(shù)信息（技術(shù)規(guī)范等）；管理層信息（參與方等）。上述信息存儲形式包括數(shù)字、表單、圖片、文字、影音等，兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的信息。此信息對于公關(guān)投資、工程預(yù)算、工程造價、項目進度與成本控制等具有重要作用。所以，BIM有效數(shù)據(jù)存儲應(yīng)以便于檢索與應(yīng)用為目標(biāo)，綜合分析與利用信息屬性、類別、時間等，予以可續(xù)有序的存儲，以促進信息發(fā)揮最大效應(yīng)。

海量信息由不同專業(yè)性軟件分析導(dǎo)入，因此，確保信息數(shù)據(jù)在參與方與軟件之間的適應(yīng)性是BIM數(shù)據(jù)層的必備功能。施工信息數(shù)據(jù)有效交換的實現(xiàn)，須基于業(yè)內(nèi)認(rèn)可的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，IFC標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)成為各軟件語言格式“翻譯”工具。此工具有效的實現(xiàn)各專業(yè)、軟件間、各階段數(shù)據(jù)的有序傳輸與共享。該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立，使得信息化控制過程問題得以有效解決，施工項目控制水平顯著提高。

2.3數(shù)據(jù)有效應(yīng)用

數(shù)據(jù)有效應(yīng)用指數(shù)據(jù)層信息的隨時隨地訪問功能，包括施工信息查詢、輸入、輸出、更新等，以滿足施工項目各參與方在不同時間段內(nèi)有效快速提取想要查詢數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有效應(yīng)用要特別注意兩點。

1）訪問參數(shù)權(quán)限設(shè)置問題。施工項目參與方提取數(shù)據(jù)時應(yīng)對其訪問權(quán)限予以界定與明確，并保證信息有效更新和信息安全。

在土壤全鉀養(yǎng)分地球化學(xué)等級中(表5)，一等土壤分布范圍較小，占調(diào)查區(qū)面積的8.82%，全鉀含量為25.226～25.723 g/kg；二等土壤面積約占調(diào)查區(qū)面積88.24%，全鉀含量介于20.247～24.811 g/kg；三等土壤分布范圍也非常小，僅占調(diào)查區(qū)面積的2.94%，全鉀含量為19.832 g/kg。由此可知，本區(qū)土壤中全鉀多半處于較豐富水平。

2）信息變動更新的各方反饋。數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)由參與方在其權(quán)限內(nèi)對數(shù)據(jù)刪除、更正、擴展等，其他方應(yīng)能及時收到變動情況，以便于對信息的變動正誤與及時性予以關(guān)注。

3　基于BIM的信息集成控制結(jié)構(gòu)的模型層設(shè)計

基于BIM的信息集成控制結(jié)構(gòu)的模型層至關(guān)重要，起到核心作用。項目施工各環(huán)節(jié)根據(jù)數(shù)據(jù)層提取的信息，對應(yīng)地產(chǎn)生各種子信息模型。項目全過程控制最主要的目標(biāo)是為滿足業(yè)主需求，他們對項目綜合效益更為關(guān)注。所以，就項目過程而言，應(yīng)實現(xiàn)設(shè)計、施工、運營3個階段的最優(yōu)化設(shè)計。鑒于此，本文將控制結(jié)構(gòu)的模型層分為：項目設(shè)計信息模型、項目施工信息模型和運營控制信息模型等3模型。

3.1設(shè)計信息模型

施工項目設(shè)計階段是項目進程的開始和基礎(chǔ)，此階段海量信息將被創(chuàng)建，并由大量各專業(yè)人員參與其中。包括建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、電氣、裝飾、造價等工程師。他們分屬不同專業(yè)與部門，其間的信息溝通與分享關(guān)系項目的進度與質(zhì)量。圖2展示了設(shè)計階段各個專業(yè)設(shè)計之間信息傳輸?shù)牧鞒蹋ㄖ?、結(jié)構(gòu)、水暖電3模型的合成即為設(shè)計信息模型，是BIM模型的基礎(chǔ)。其中，施工項目后續(xù)信息模型將由此獲取信息，因此，應(yīng)避免重復(fù)信息輸入，提高設(shè)計信息模型的利用率。

圖2　設(shè)計信息模型

3.2施工信息模型

傳統(tǒng)的施工管理需要將大量數(shù)據(jù)重復(fù)錄入軟件，人工成本額提升和施工錯誤不可避免。使用BIM技術(shù)，在設(shè)計階段BIM模型的基礎(chǔ)上，在施工進行階段提取總項目目標(biāo)和各部分功能需求，并結(jié)合施工進程對項目進度、成本、質(zhì)量進行信息擴展，再導(dǎo)入數(shù)據(jù)存儲層，從而構(gòu)建了施工信息模型。信息模型構(gòu)建要包含兩方面的內(nèi)容。

1）基本建筑信息，諸如建筑對象的產(chǎn)品幾何屬性、物理結(jié)構(gòu)、布局、結(jié)構(gòu)等和建筑物概況描述等，此基本信息由各個專業(yè)設(shè)計師完成，為項目各個階段所通用。

2）施工擴展性信息是指隨施工項目進展，所產(chǎn)生和增加的信息。

3.3運營控制信息模型

運營控制管理主要對建筑物和設(shè)備的維護控制?；贐IM進行項目全過程信息集成控制，將圖紙、設(shè)計圖、竣工圖、文檔等信息在BIM模型中可視化展示?；贐IM的運營控制信息模型，囊括策劃、位置、構(gòu)件尺寸、建筑構(gòu)件信息等。運營控制信息模型包括基本元素、基本信息和擴展信息?；驹刂笐?yīng)用控制對象信息，包括建筑構(gòu)件柱體、梁等，設(shè)備、對象數(shù)量等。共有基本信息是項目全過程中的共用信息，從設(shè)計BIM和施工BIM模型獲取，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、屬性等。

4　功能模塊層

功能模塊層是由BIM在施工項目控制中的應(yīng)用構(gòu)成，是實現(xiàn)施工項目數(shù)據(jù)層的目標(biāo)的重要應(yīng)用模塊，實現(xiàn)BIM模型效益最大化。

4.1設(shè)計信息模型功能模塊

4.1.1管線碰撞檢測功能模型

基于BIM的碰撞檢測，能夠確保結(jié)構(gòu)中不同專業(yè)的構(gòu)件不會因為設(shè)計原因發(fā)生碰撞造成返工。利用BIM模型可以實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)信息的聯(lián)動更改，還可以根據(jù)模型中參數(shù)設(shè)置的3維模型，使得抽象測試變得更加形象化和具體化，從而最大限度準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，并及時作出修改。碰撞檢測功能主要從BIM設(shè)計信息模型中獲取數(shù)據(jù)，包括幾何尺寸、位置、設(shè)備形狀、管線鏈接狀況、型號等。通過BIM的碰撞檢測功能，能夠提取模型信息數(shù)據(jù)形成子系統(tǒng)，在子系統(tǒng)中導(dǎo)入測試規(guī)范、測試參數(shù)等即可形成功能子模型，將模型沖突信息形象化地顯示出來，相關(guān)人員看到后會進行相應(yīng)調(diào)整，如圖3所示。

圖3　管線碰撞檢測模型流程示意圖

4.1.2建筑物性能分析

僅考慮建筑物的安全等基本功能已經(jīng)無法滿足人們對生活品質(zhì)的追求，低耗能的綠色建筑已經(jīng)成為社會發(fā)展的趨勢。通過建筑物性能分析，可以實現(xiàn)對建筑材料的性能指標(biāo)的控制?；贐IM技術(shù)信息模型可以便捷化實現(xiàn)這種功能，在BIM模型中調(diào)用設(shè)計信息模型、施工信息模型，避免信息的再次錄用，直接通過BIM關(guān)聯(lián)聯(lián)動關(guān)系，隨設(shè)計某個指標(biāo)或者參數(shù)的變動，其性能指標(biāo)自動生成，縮短了建筑性能分析的時間，更加方便、快捷、高效和準(zhǔn)確，如圖4所示。

圖4　建筑性能分析示意圖

4.1.3成本估算功能模塊

傳統(tǒng)CAD方式計算工程量，繁瑣復(fù)雜而且容易出現(xiàn)錯誤，軟件變更性查，如果出現(xiàn)變更，更改工作量大。而BIM的信息集成模型中數(shù)據(jù)庫可以提取項目各種信息，為成本核算提供基本材料，可以快速測算項目建筑成本和工程量，便于成本方案的比較與分析，其BIM的關(guān)聯(lián)修改功能可保證工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及時有效。成本估算功能模塊如圖5所示。

圖5　成本估算模塊示意圖

4.2施工信息模型功能模塊

4.2.1BIM進度控制功能和施工過程模擬控制

通過BIM模型，可將施工項目進度過程中的每一個環(huán)節(jié)的工作虛擬化的構(gòu)建出來，通過共享平臺實現(xiàn)施工各方的有效共享，并及時將施工中每一個工作實現(xiàn)可視化顯示，參建人員可直觀看到項目進展的程度、關(guān)鍵節(jié)點、重點與難點。此外，還可以通過實體模型與現(xiàn)有模型的實際對比對照，發(fā)現(xiàn)誤差與偏差，及時予以修正與調(diào)整。

基于設(shè)計信息模型的基礎(chǔ)上的BIM施工進度控制模型，可以隨時查看項目進度控制子信息模型。根據(jù)預(yù)設(shè)信息值加上時間維度，在進度控制子信息模型可以直觀看到項目的進度，找出實際進度與預(yù)計進度測差距，及時予以糾正?；贐IM的進度控制功能模塊構(gòu)成如圖6所示。

圖6　進度控制功能模塊示意圖

4.2.2施工安全監(jiān)測

安全問題是建筑業(yè)的第一責(zé)任。傳統(tǒng)安全控制往往事后控制。有效安全預(yù)警和監(jiān)測才能避免事故發(fā)生?；贐IM技術(shù)建立安全子信息系統(tǒng)，將安全信息導(dǎo)入BIM信息模型中，結(jié)合施工信息控制模型對建筑安全進行過程控制。施工安全子信息模型可實現(xiàn)2個功能。

1）動態(tài)施工進程中的風(fēng)險，對安全可發(fā)生情況進行預(yù)分析。

2）子信息系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)，如傳感技術(shù)等實施安全實時性監(jiān)控與評價，并將安全信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM數(shù)據(jù)庫，便于查看與分析。可以對建設(shè)過程和施工項目安全性進行實時動態(tài)分析和預(yù)警。基于BIM的施工安全檢測功能模塊構(gòu)成如圖7所示。

5　結(jié)語

施工項目具有參與方多，施工信息復(fù)雜、管理難度大的特點。BIM技術(shù)為有效、快捷、準(zhǔn)確進行施工信息更新、聯(lián)動、傳輸與共享提供了技術(shù)支持基于BIM技術(shù)實施施工項目信息管理前提是需要構(gòu)建信息集成管理模型。本文基于BIM技術(shù)，根據(jù)對施工項目進程信息內(nèi)容與管理需要，從數(shù)據(jù)層、模型層、功能模塊層開展論述，對BIM施工信息集成控制模型及子信息模型的設(shè)計進行了探索。對施工項目建立BIM信息集成控制模型提供理論指導(dǎo)，以更好地促進BIM模型在施工項目信息有效管理的應(yīng)用。

圖7　BIM安全監(jiān)測功能示意圖

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TU201.4

A

1673-1093（2015）12-0070-05

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.016

李靜（1982），女，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，講師，研究方向：工程項目管理，工程造價管理。

2015-07-26；

2015-08-07

北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年重點課題“BIM技術(shù)在北工職院新食堂全生命周期中的應(yīng)用研究”子課題“BIM技術(shù)在工程施工成本控制中的應(yīng)用研究”（gzykyz201501）.