鲁荣利

(河北曲港高速公路开发有限公司，定州 073000)

引言

曲阳至黄骅港高速公路项目全长92.171km，估算总投资93.46亿元。其施工阶段多，计划排布复杂，且投资额巨大，对建设阶段投资管理有较高要求。为提高项目施工进度管理和投资管理水平，本案例在曲港高速公路建设和施工阶段中引入建筑信息模型(Building Information Model，BIM)技术，研究了BIM技术在进度和投资管理中的应用方法。

BIM技术的一般特征为，将建筑信息与三维几何模型整合，将建筑构件表示为互联的对象，其优势是数据一致且无冗余、模型所有视图均协调一致，适合高速公路项目这种需要大量协调的应用[1]。引入BIM技术有潜力解决项目施工阶段以及不同应用系统之间的信息断层，也有利于全过程的工程信息有效传递[2]。BIM技术支持在电脑上建立虚拟建筑模型，同时BIM也可以调和建筑全生命期的各种功能需求[3]。因此当前BIM已广泛应用于项目管理[4]。本案例在进度管理中引入BIM技术，在3DBIM模型基础上附加时间因素，将施工过程以动态方式表现出来。

引入附加时间维度的BIM技术将进度信息形象化，并能将投资数据挂接到施工段或构件，自然地将投资文件组织起来，解决投资信息无法集成和管控混乱等问题。

1 建设管理系统应用点

1.1 基于BIM的进度管理要点

本案例使用了一套定制开发的商业BIM建设管理系统，该系统针对曲港高速公路项目对跨平台系统权限配置、模型管理、施工模拟、进度管理、桥梁安全监控监测等功能需求，结合业主方的实际应用流程，定制开发了适合于高速公路项目使用的功能。在已有基于BIM的4D施工动态管理系统(简称4D-BIM[2])及高速公路项目应用经验的基础上，对各个模块进行了功能拓展和流程定制。其中的4D-BIM的进度模拟具有以下的创新点：

1)系统可以允许建立多套施工进度方案，不同方案可快速切换，进行方案对比分析；

2)可以通过前置任务以及关键路径数据，动态分析当前进度情况对其他任务的影响；

3)其进度计划可用甘特图或网络图表示，也可4D动态展现，比传统的表现形式更形象生动。

1.2 WBS和进度应用点

工作分解结构(Work Breakdown Structure，WBS)是进度分析的核心，将实现了系统中WBS节点与Project软件任务节点的双向链接，是本案例进行进度管理的基础数据条件。在BIM中，挂接了WBS的构件或施工段获得了进度时间，加上已有的三维属性，就可以形成4D信息。

在青藏高原地区，中间宿主椎实螺4—9月在浅水区生活，10月底移入深水区，并钻入10～40 cm的沙土中越冬。昌都市牧区草场高原湿地、低洼沼泽、自然水潭分布广泛，每年6—9月温暖、多雨，气候等自然条件适宜该病的流行。

应用中，首先在Project中建立WBS，编制进度计划。然后系统以施工段和工序的名称编码，自动将进度信息导入到系统中，生成形成WBS。同时系统中可以编辑这些WBS后反向导出为Project计划。

1.3 施工4D-BIM建模

通过4D-BIM提供的数据集成机制[6]，建立设计BIM模型与施工进度的动态关联，并与进度管理的时间、资源管理的人材机、质量安全管理的整改单、任务管理的工程量、预制件的生产工序等施工信息集成，形成施工4D-BIM模型。4D-BIM还可以根据进度、资源、质量、安全、任务等不同管理需要，抽取模型中相对应的属性数据进行分析计算[7]。

1.4 4D进度管理应用点

本案例的进度管理应用到的工作流包含以下几个步骤：

(1)施工进度控制：系统会自动更新进度数据库，并在Microsoft Project中更新进度计划，同时刷新模型区域的展示，已有一项应用案例[8]验证了这类进度控制技术的有效性。

(2)实际进度填报与追踪：BIM平台内置了远程数据填报模块，可按天追踪各个施工段进度计划的执行情况，后文的案例可以看到实际进度与计划进度进行对比分析的效果。

(3)前置任务分析：由现场人员在系统中指定一个施工节点，查找该任务的所有前置任务，并将分析得到的前置任务开始时间、结束时间以及完成情况等信息报告项目负责人。

(4)进度滞后分析：当有进度计划滞后完成时，系统会应用算法分析所有其它受影响的任务，进行预警。系统可以用不同颜色标出受影响的任务，同时设定开始和完成时间将滞后。

(5)施工进度可视化模拟：实际工作中按照天、周、月等不同模拟间隔、不同模拟速度对制定时间段内的施工过程进行可视化的模拟[9]，并可针对计划进度和实际进度分别进行模拟，作为工程的施工计划和实际进度的形象化展示。进一步以饼图形式同步显示当前的工程量完成情况，并以列表方式同步显示当前施工状态的详细信息，包括施工段的名称、工序及颜色、计划和实际开工时间、计划和实际的完成时间、施工单位以及工程量和资源等详细信息(如图1所示)。

1.5 基于BIM的投资管理步骤

本案例在BIM管理平台中实践了投资管理技术。首先，可以在BIM系统中导入各级工程的完整资产信息，并挂接时间信息，形成与工程现场有关联的4D投资数据。然后，管理人员就能查看某个时间点上各项投资的完成情况，以及某个时间节点至本期的时段内完成的主要工作、分项的工程量和施工成本。最后，由高层管理人员根据项目的建设历史、建设过程、含时资金流变动情况，进行综合决策。配合BIM平台定制化的功能界面，各类用户可以灵活使用投资信息。

图1 可视化进度模拟

2 案例研究：曲港高速公路

曲港高速项目所经地区属华北平原的中部湖积平原区，该区域地势自西南向东北逐步降低、起伏较小。沿线地区平坦无山，人口密集。本段高速公路共设特大桥4 100m/3座，大桥1 004m/5座，中桥343.06m/6座，小桥66m/3座； 互通式立交8座，分离式立交4 121.13m/26座； 服务区4处，停车区2处，匝道收费站5处，养护工区2处，监控通信分中心1处。工程难点主要是：

1)投资额巨大，对建设阶段投资管理有较高要求；

2)施工工期长，不同施工项和工序关联紧密，进度管理难度大。

2.1 进度管理

2.1.1 整体进度展示及标段进度信息查询

基于宏观BIM施工模型，可在地图上展示公路工程的整体线路布局，并用不同颜色标识各个标段的施工进度，支持中高层管理者快速了解项目基本情况和施工进展。选中某一标段可以查看该标段的名称、起止桩号等静态信息，同时可查看关联的所有进度信息； 用户双击选中标段，即可切换至相应的管理视图(如图2所示)。

图2 曲港高速公路全标段项目进度信息查询

用简化的3D模型和文字标识标段的线路布局和所含的道路、隧道和桥梁，用不同颜色分别表示各部分的未施工、施工中和已完成等施工状态，并突出施工中的部分，为中、高层管理者快速了解某标段的基本情况及施工状态提供可视化的管理平台。用户选中某桥隧的模型，可查询其名称、施工单位、起止桩号和详细的施工进度等信息； 对个别关键施工区域，还可进入选中桥隧的精细管理视图(如图3所示)。

2.1.2 4D精细施工过程

基于线路的4D模型，可模拟该标段的整体施工过程和顺序，辅助施工进度管理。在进度管理界面中，通过选择典型标段、隧道或桥梁进入4D精细管理，为业主曲港高速公路开发有限公司和施工方提供针对某一典型点(桥梁)、线(道路、隧道)和面(服务区)进行精细化的施工动态管理和进度模拟(如图4所示)。

图3 LJ1标段项施工信息查询

图4 本工程的南水北调特大桥进度模拟

2.1.3 进度任务管理

进度任务由具有填报权限的现场管理人员，通过微信端进行填报，填报的数据实时反馈到客户端作统计显示(如图5所示)，并生成日报、周报、月报。

图5 进度任务客户端填报

2.2 投资管理

基于4D-BIM的投资管理技术是本案例的又一重要内容。管理系统对投资管理的Excel表格做了定制化的支持，可在BIM数据库中导入与相关构件、设备、标段、分部分项工程的完整资产信息，并由BIM班组录入时间信息，在平台中做到随时间动态的投资管理。与传统做法相比，该技术结合模型信息，可以确保数据的一致性和准确性。传统的合同、票据、凭证、调查资料等纸质文档较为繁杂，尤其是在公路项目跨度很大的场地上，这些文档分布较为零散。而在BIM平台整合这些信息后，将有助于对全局的把控，并提供更整体性的投资统计数据的展示。

投资管理的应用内容如图6所示。管理人员录入项目的开工、竣工及其它节点基础数据，以指导系统显示项目的建设历史。选择某一里程碑时间点后，可以获取到该时间点上各项投资的完成情况，以及上一里程碑至本期的时段内完成的主要工作、分项的工程量和施工成本(例如挖方、桩基、梁板安装的总量和费用)。这些信息可以辅助高层管理者快速获取项目的建设历史、把握建设过程、查看各项资金流。图6以统计图形式展示了各项投资分布的比例图，以及对应的投资量。而右侧对工程量作了统计，可以结合对比。所有的数据查询与BIM模型挂钩，同时具备时变的特征，支持在时间维度上的搜索、切片、聚合操作，具有一定的多维大数据性质。并且形成的图表也可以同时变化，极大方便了对于工程量和投资情况的查询。

图6 投资管理

3 结束语

本项目案例针对高速公路施工进度和投资管理的需求，在曲港高速公路施工进度投资管理中应用了基于BIM的建设管理系统，在进度管理上收效与一般大型建筑类似，同时还反映了高速公路项目的特色，而在投资管理上的应用也验证了其可行性。综合来看，本次应用有效提高工程施工进度与投资管理水平，是一次公路工程的全面应用，对于类似的高速公路项目具有一定的参考价值。

本案例不足之处是，部署的BIM系统尚不完善，在长线的公路项目上需要各处单独安装数据库，存在不方便的问题，因此可以考虑引入“云BIM”优化项目数据的存储方式，这样可以快速部署到很远的项目部，并支持高级的分析任务。目前，国家层面的建筑工业互联网概念刚被提出，时变数据的分析正是其强项，可以形成通用的强大的功能模块，例如将分部工程作为工业边缘侧进行本地进度预先汇总，然后上传至工业互联网的平台端做更宏观的整体进度协调分析和管理，计算结果又可以通过工业基础数据平台的设施，快速分发至各施工段终端。