施工阶段BIM应用风险及应对策略

       BIM在中国大范围应用推广至今已超过5年的时间并逐渐转变为建筑行业最热门的词汇。设计院和施工单位纷纷成立BIM中心，在一些大型的地标性建筑的招标文件中往往也将BIM技术的应用水平作为考察投标单位的要点。与此同时，各种“BIM”的成功案例比比皆是，充斥互联网及其他各种媒体，整体呈现出蓬勃发展的趋势。

一、BIM应用趋势

       BIM在国内发展已经进入深水区，一方面BIM技术已被行业内普遍认可，另一方面BIM深入应用的需求正在不断加剧。设计阶段的BIM应用模式已基本固定，施工阶段和运维阶段的成熟应用模式还未形成，总体来说呈现出以下的趋势：

1BIM深层应用需求增多

图1. 1 BIM技术在国内的发展历程

       BIM从2009年左右开始在国内逐渐火热，此后经历了2010年到2015年大发展的5年（图1.1）,这段时期行业中各个层面都不同程度地起到了对BIM的推动作用，突出表现为以下几个方面:

1.1政府层面的重视

      参照美国的BIM实施经验，政府对BIM的推动力不可或缺。BIM技术引入中国之后，政府层面对此也非常重视。在《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》中曾多次提到BIM技术，明确指出：加快推广BIM、协同设计、移动通讯、无线射频、虚拟现实、4D项目管理等技术在勘察设计、施工和工程项目管理中的应用，改进传统的生产与管理模式，提升企业的生产效率和管理水平。【1】建设行业已经把BIM作为支撑行业产业升级的核心技术重点发展。

1.2行业的普遍认可

       BIM技术在行业内掀起了改革的风潮，行业BIM标准规范的编制工作也紧锣密鼓地展开，由中国建筑科学研究院牵头成立了“中国BIM发展联盟”，联合国内研究单位、院校、企业、软件开发商共同承担BIM标准的研究以及BIM软件的开发。

1.3项目爆发式增长

       在过去五年中，国内工程项目特别是大型的工程项目出现爆发式增长的趋势。越来越多的业主，在项目规划阶段便频频与BIM团队进行合作,甚至在施工阶段招标文件中明确规定施工阶段必须使用BIM技术。这样的形势造成BIM项目应用爆发式增长，但也带来了质量参差不齐的问题。

1.4企业和从业人员活动增多

       BIM相关国际交流会议及BIM相关考察访问活动日益增多。中国建筑科学研究院业已举办了三届“BIM技术在设计、施工及房地产企业协同工作中的应用”国际技术交流会，参会人数也在逐渐增多,行业影响力也逐渐增大。

2BIM技术普遍应用点

      虽然BIM应用一片火热，但总结其应用点却非常单一，当前国内大量项目还是围绕以下四大方面在做应用和实施。

2.1可视化设计

      可视化即“所见所得”的形式，BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前,并能够同构件之间形成互动性和反馈性。可视化设计是BIM的基础应用。

2.2深化设计

       BIM的信息集成和全生命周期的数据管理优势对于深化设计具有重要的意义，利用BIM可以很好地解决深化设计过程中的信息冲突问题，保证深化设计能够准确地体现设计意图并进行效果还原。深化设计是BIM的普遍应用。

2.3方案模拟

       施工模拟，有效协同。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。方案模拟是BIM的特色应用。

2.4工具软件应用

      目前,突出的BIM拓展应用是基于BIM模型的“ND”应用，在一般的应用场景中，3D代表三维几何模型，4D加载时间属性，5D加载成本属性，6D加入经营数据，7D附加运维数据，8D附加安全数据。国内外很多软件开始4D，5D的探索，但是大都处于初步探索阶段，真正在项目上成功的案例并不多见。方案模拟是BIM的强化应用。

3BIM正在改变传统施工模式

BIM时代的到来,整个行业都在发生变化,在这个大趋势的影响下, “变革”成为行业技术发展的主流,可以说唯一不变的就是变革本身。在过去的三年中我们看到BIM对建筑行业各个分专业都产生了巨大的影响,对施工领域的影响可细化为以下几个方面:

3.1变革进度管理模式

通过分析BIM模型与施工进度之间、各种施工设施之间、材料供给与需求之间等诸多复杂的依存关系，将模型和施工进度计划链接起来，建立场地4D模型，实现4D施工技术在项目上的应用。

3.2变革成本管理模式

通过专用的工程量清单信息关联功能，为模型中的各个族（类型）关联对应的工程量清单和定额项目，对应的人工、材料、机械使用消耗进行分析计算，实现了工程量计算与计价的双向数据衔接，当模型改动时能够实时反映工程造价的变化。

3.3变革安全管理模式

在BIM模型建立阶段即可对项目中潜在危险源进行识别和预制。BIM允许项目参与者直观地评估现场条件和识别风险，并提供适当的解决方案。

3.4变革质量管理模式

项目施工和监理方可及时录入工程质检和安全数据，并与BIM模型关联，可以实时查询任意WBS节点或流水段及构件的施工安全质量情况，并可自动生成工程质量安全统计分析报表。

二、BIM应用中的风险

      在BIM在设计阶段的一片繁华背后，如何用设计阶段BIM成果支持施工阶段甚至运维阶段的应用，仍是目前面临的一个重大难题。BIM项目实施过程中风险如影随形，很多项目BIM应用的失败实际上并不偶然，每个BIM项目从开始阶段就面临着一系列风险，如果没有意识到这些风险，BIM应用往往很难达到预期。以下七大风险是最为常见且容易被人忽视的。

风险之一：目标不明确 

       国内很多BIM项目，在实施之前普遍没有确立好BIM应用的目标。由于业内目前尚无统一的BIM建模规范，BIM建模的精度要求应以满足未来BIM应用的深度和广度为依据，如果模型精度达不到应用要求，势必对未来BIM应用造成障碍，这也是目前国内很多BIM项目中途停滞的重大原因；相反如果超出精度范围，则会出现建模资源浪费的情况，同时更高精度的模型意味着对硬件资源的占用。以当前硬件配置水平,适当的模型精度是BIM应用的关键（图2.1）。因此，目标不明确是目前BIM项目存在的首要风险。

图2.1 LOD说明及中国企业的LOD熟悉程度

风险之二：规范不清晰

      由于行业BIM标准正在编制过程之中，国内尚无统一的BIM标准体系，这给BIM的应用造成了一定程度的障碍。目前，很多企业(项目)的解决方式是通过制定企业（项目）自身的BIM标准，但整个过程中充满个性化和不确定性，也给跨专业协同带来了不小的难度（图2.2）。更为复杂的是不同阶段之间的数据交付，例如设计阶段到施工阶段的模型交付是目前BIM应用遇到的最大难题。因此，规范不清晰是目前BIM项目存在的本质风险。

图2. 2多专业BIM建模协同

风险之三：数据不统一

      BIM模型数据的跨软件平台应用已日趋普遍，例如在PC端，可用多种软件进行模型的浏览和漫游，这些模型数据亦可通过接口在手持终端上加以呈现（图2.3），整个模式容易让人产生的跨平台的数据无缝连接的错觉，但实际上数据传递的过程往往是分割开来通过人工来实现的，这个过程人为造成了很多信息孤岛，同时传递过程存在着数据丢失的风险。因此，数据不统一是目前BIM项目存在的底层风险。

图2. 3跨平台模型展示

风险之四：协同不彻底

图2. 4 多专业间碰撞检查

      碰撞检查是BIM的热点应用，也是典型应用之一，在很长的一段时间内成了BIM协同的代名词。工作形式是通过“碰撞检查”报告（图2.4），这些报告通常以Excel文档的形式出现，协同方式是对照报告修改模型指定位置。在很多大型项目中，碰撞点往往有几千条甚至上万条，人工的一条条对照表格解决，容易造成错行或漏行的失误。因此，协同不彻底是目前BIM项目存在的运行风险。

风险之五：内容不完整

图2. 5 设计模型与施工现场对比入

      设计阶段的模型很难在施工阶段应用，原因是多方面的。对比图2.5的左右场 景，我们会发现尽管模型已经模拟出实际建筑的轮廓，但离真正的施工应用尚存在差距，施工场地临时设施和机械设备的缺失是模型不完整的重要原因。而模型不完整是施工阶段BIM技术落地困难的重要原因。因此，内容不完整是目前BIM项目存在的基础风险。

风险之六：整合不全面

图2. 6 模型整合信息丢失严重

      BIM建模软件有多种选择，每种建模软件的优势和侧重各有不同，一个项目中很可能用到多种建模软件，此时模型整合就变得尤为重要。模型的整合不仅仅是几何形体的整合，更重要的是材质，体积等数据信息的整合。事实上，整合导致的信息丢失的案例比比皆是（图2.6）。因此，整合不全面是目前BIM项目存在的潜在风险。

风险之七：理念不正确

图2. 7 各类BIM工具软件应用

      从2013年开始，国内一些传统工具软件厂商开始往BIM软件开发的方向转型。由于缺乏BIM整体平台级架构的思路，仅仅是将原有软件产品三维化，未能体现BIM全生命周期管理的理念，反而把模型数据变成了一个个的信息孤岛。

       国外很多BIM管理软件也纷纷登陆中国市场，但是普遍遇到了本土化的问题，无论是算量和计价的规则还是管理模式的区别，都给外来的BIM应用软件设置了天然的门槛。同时，欧美的管理模式趋向精细化、标准化，目前国内企业尚未达到相应的管理水平，因此应用落地十分困难，理念不正确是目前BIM项目存在的最大风险（图2.7）。

三、应对策略

策略之一：项目分析以明确目标

       在项目开始之初，团队一般会花费二到三周时间制定BIM项目管理方案(图3.1)，对项目的实施方案、深度以及价值进行分析，明确最终BIM应用点，并反推建模阶段工作内容，达到有的放矢的目的。虽然，前期的规划工作会花费一定的时间，但对后期项目中BIM的成功应用起到决定性作用。

图3. 1 BIM项目管理方案大纲

策略之二：定制规则以确立规范

      BIM的相关国家和行业的规范并未出台，但建议企业或项目中建立内部规范，为企业BIM实施划定标准。除了建模的规范之外，更重要的是BIM的相关管理规范，包含文件交付标准，工作流程以及协作管理制度（图3.2）。这些规范的制定不仅要落实到纸面，更重要的是软件平台的固化，规范和管理制度如果没有信息系统的固化很难得到贯彻。

图3. 2 BIM项目管理标准

策略之三：搭建平台以统一数据

       在公司或项目部搭建中心服务器，所有的BIM模型和施工数据都存储在服务器上。系统管理员负责服务器维护和基础权限划分；BIM工程师负责BIM模型和施工数据的关联；项目执行人员一方面访问服务器数据指导施工（例如利用4D数据指导施工现场进度管理），另一方面将施工现场数据录入中心服务器（例如将实际进度信息录入到服务器）（图3.3）；公司领导层和项目管理人员可登录平台，实时查询基于BIM的施工管理数据，传统的平台只能看到的是二维数据，而BIM平台可展示模型与数据的结合，更为直观和生动。

图3. 3 施工现场BIM应用示意图

      BIM中心服务器分三层架构：底端是存储层，模型和施工数据都在此层存储；中间层是数据层，记录模型和BIM数据的关联关系；最上层是施工应用层，可实现基于BIM的包含进度管理、安全管理、质量管理在内的施工综合管理（图3.4）。

图3. 4 BIM平台软件架构

策略之四：配置权限以实现协同

       实现BIM数据在项目管理中的应用，要将BIM模型按照项目管理的需求进行纵横两个维度的划分。

4.1 纵向维度的划分又称模型划分

      在施工现场，单个技术人员通常负责某一区域的施工任务。因此，需要将模型按照施工管理的细度进行划分，又称为基于BIM的WBS分解，通常的分解方式如图3.5：

图3. 5 基于BIM的WBS分解

4.2 横向维度划分

   

      在施工现场，不同专业的人员使用BIM从事不同的管理工作，例如：安全员借助BIM进行更好的安全管理，预算员借助BIM进行更方便的算量和计价。因此，在平台上要预先确立好各参与人员相应的岗位职责，并用BIM管理平台加以固化（图3.6）。这种以管理的维度划分权限的方式被称作横向维度的划分。如图，横向维度划分了不同岗位的人员利用BIM从事不同专业的工作。

图3. 6平台权限配置

      纵横两个维度的划分将BIM按照管理要求进行分解，将施工数据按照工作职责加以划分，并通过系统后台配置，初步实现基于BIM的数据集成。

图3. 7 平台数据集成界面

策略之五：补充资源以完善模型

      针对设计阶段模型不完整的问题，需建模补充施工所需的临时设施及机械设备的问题，目前最佳的解决方案是建立BIM施工资源库，通过调用库资源快速实现施工阶段BIM建模。完善后的模型导入平台，实现BIM施工阶段信息的整合。

图3. 8 BIM施工资源库

图3. 9 BIM施工现场模型

策略之六：信息跟踪以全面整合

      在建筑全生命期整合各阶段信息，并实时将这些信息写入模型，实现基于BIM的信息整合。例如：继承设计阶段所有信息，并在施工过程中将实际的进度计划、工程量、质量和安全数据写入模型，且为运维阶段BIM应用留下数据接口。

策略之七：多为应用以综合管理

图3. 10 BIM施工管理流程

图3. 11 施工综合管理

7.1 进度管理

      传统的进度管理很大程度上依赖于编织者的经验，虽然有施工合同、进度目标和施工技术等客观支撑，但编制方法和管理工具相对比较抽象。【5】通过BIM模型更加直观管理进度和里程碑节点的信息，突破传统仅用数字和图表展示进度数据的局限性，实现模型数据和管理数据的双向互动。

图3. 12 计划进度与实际进度的对比

      左侧的模型是计划模型，反应的是计划进度的模型和信息，右侧是实际模型，反应的是实际进度的模型和信息。左右模型之间的差距代表计划进度和实际进度之间的差距。传统的管理过程中这种差距只是用横道图和数字表示，有了BIM数据做支持，进度的对比可用图形显示出来，更为直观。图中左侧红色标注的区域意味着进度滞后（红色的楼板是指按照计划应当浇筑完毕，但实际尚未完成），同样，如果进度超前，在右侧的模型将展示出超前的绿色建筑构件。

      这种双模型的对比，将施工进度的偏差非常直观地展示在管理者面前，相比传统的横道图形式更为生动，可以与用户产生人机互动的效果。

7.2 BIM 工程量计算

      正确和快速的计算工程量是这工程项目管理的核心任务之一，工程量计算具有工作量较大、繁琐、费时、细致等特点，约占编制整份工程预算工作量的50～70%，而且其精确度和快慢程度将直接影响预算的质量与速度。因此提升工程量计算效率和精度，对于提高概预算质量，加速概预算速度，减轻概预算人员的工作量，增强审核、审定透明度都具有十分重要的意义。

       通过BIM模型计算工程量具有高效率和高精度两个天然的优势：高效率是指BIM算量摆脱了“扒图纸”的痛苦，算量通过计算机自动完成，节省了大量人工的同时大大缩短了算量的时间；高精度是指BIM使算量过程免于受人工误差干扰，BIM模型由包含真实数据的构件组成，如果将算量规则在系统中定制好，算量精度会非常高。同时由计算机统计的数据可作为管理的依据，通过模型计算出的数据可与模型实时互动，实现工程量数据、曲线以及模型对比。传统的工程量统计模式只能通过图表和数字表现工程量的差距，BIM将提供可视化维度将计划和实际工程量之间的对比表现得更为直观。

图3. 13 计划工程量和实际工程量的对比

       但是，由于BIM的构件划分思路与国内现行施工图设计阶段的工程造价划分并不一致，前者是按建筑构造功能性单元划分，后者则以建筑施工工种或工作来划分项目，两种分类体系并非简单的一一对应关系。【5】

7.3 安全管理

       现在普遍应用的安全管理系统都是基于流程的表单管理，对于安全管理的具体位置通常是以文字的形式描述。一方面文字描述比较复杂且容易出错，同时也增加了管理和监督人员对安全问题理解的工作量。BIM技术给施工安全管理带来了新的应用点，在BIM平台上确认安全管理的流程之后，施工人员按照标准流程进行施工管理，在整个过程中，随时可以返回到模型查看安全管理具体位置，非常的形象和直观。一方面提升了管理的效率，同时对安全问题的追溯和查询起到了非常重要的作用。

 

       一方面通过在模型中以不同颜色标注并配合列表的形式，在模型中形象直观掌握安全管理具体位置；另一方面，通过BIM模型的信息载体特点，将安全管理的详细信息附着于模型，实现基于BIM的全生命期安全管理。

图3. 14 危险源标注

       通过在系统中固化企业或项目安全管理的流程，实现全过程安全管理。与普通信息化系统的最大区别是：施工人员可以随时可以定位到模型相应的地点，不需要再用复杂的文字进行空间位置描述；安全信息通过BIM模型与进度等信息相关联，可实现对每个进度节点上危险源信息的自动识别和统计。

图3. 15 基于BIM发起安全管理流程

图3. 16 生成安全管理表单

7.4 基于BIM的文档管理

      文档管理指文档、电子表格、图形和影象扫描文档的存储、分类和检索。传统的建设项目文档管理系统是根据项目各参与方各自的内部需求建立的，容易产生信息孤岛，非常不利于建设项目各参与方之间的协同工作。【8】由于BIM模型体量一般较大，而在应用过程中版本更替非常频繁。也正是由于这种特殊模式决定了无法使用传统的文档管理方式。同时，基于BIM的模型管理方式要求模型与文档高度关联，所有文档数据关联到模型指定的部位。因此，传统的文档管理系统很难满足BIM应用的基础要求，新型的基于BIM的文档管理系统需要满足大文件的传输和存储，以及对大量变更的版本管理需求。

图3. 17 BIM维度的图纸管理

      BIM文档管理的理念将模型作为信息的载体，所有的相关信息都和模型构件绑定。因此，原本孤立的数据由BIM作为中间媒介集成到了一起。施工现场的文档、照片和视频等数据都将直观反映在模型指定部位。

图3. 18 BIM维度的图像管理

      通过对模型的高亮显示，所有与文档有关联的构件也将在模型中标示出。基于BIM技术，文档管理模式实现了从二维到三维的跨越。

四、总结

      施工阶段BIM应用正处于方兴未艾的阶段，项目中各种BIM应用层出不穷，但真正对管理产生作用的案例相对较少。BIM应用的实践表明：只有发挥BIM技术可视化和信息性两大优势，从BIM项目开始之初就建立好明确的目标和规范，在项目执行过程中构建统一的数据平台实现BIM协同，结合施工现场实际管理数据，并根据用户不同需求，将实际施工现场的模型，包括设备、设施的模型与施工数据相关联，才能最终实现施工全过程信息化、集成化、可视化和智能化的动态管理，即BIM模式下的施工全生命期管理。