摘 要
随着我国工程建设项目的大型化和复杂化,传统的管理模式已无法满足当下工程项目建设的高标准和严要求,尤其在工程设计和施工阶段常出现的问题,一直困扰着工程建设的从业者.BIM 技术凭借其独特的优势被国内外工程建设从业者广泛应用,因此,本文通过运用 BIM 技术解决工程设计和施工阶段出现的一系列实际工程项目难题.
首先,以 BIM 技术及协同理念的为基础,通过现有应用以及理论研究得出,当前建筑工程项目管理应用 BIM 的技术优势,以及协同管理具有优越性,为下文基于 BIM进行工程项目管理提供理论基础.
其次,引入 F 工程项目,将理论研究应用于工程实践,充分考虑最初阶段对于设计阶段与施工阶段项目管理中所存在问题,根据其成因对问题进行了详细地描述与分析,进而质量、进度、成本方面分别深入分析基于 BIM 进行项目协同管理,通过比较,得出其可以解决的问题以及存在的优势.
随后,主要针对上述提出的 F 工程项目设计阶段、施工阶段实际存在的问题,将基于 BIM 技术的协同管理运用至工程实践中.先将 BIM 技术应用于 F 工程项目设计协同管理,通过可视化分析与碰撞检查优化有效地解决了设计阶段专业间不畅所造成的问题;随后,在施工阶段的质量、进度、成本中应用 BIM 技术进行协同管理,并且将 F工程施工阶段质量、进度、成本中的一些问题的解决方式进行了展示与说明,通过对比体现,其在实际工程项目管理中设计和施工阶段的应用价值.
最后,得出了 F 工程在设计、施工阶段的工程实际中,基于 BIM 技术进行协同管理达到的降本增效、节约工期以及提升管理水平的实施效果;并且提出了为保障该管理方式能够有效实施的技术、人员、制度方面的保障措施.
关键词:项目管理,BIM技术,房屋建设工程,协同管理
Abstract
With the development trend of complexity and large-scale engineering constructionprojects in China, the traditional management mode has been unable to meet the current highstandards and strict requirements of engineering project construction, especially the problemsthat often occur during the engineering design and construction stages, which have alwaysplagued engineering construction Practitioners. As engineering design involves a variety ofbusiness formats such as business, hotel, and office buildings, if one of the majors changes thedrawing, the other majors may also change the design plan. For example, if the design planfor the water supply and drainage specialty changes, the design plans for the HVAC,electromechanical, and structural disciplines should be checked accordingly to determinewhether changes should be made. Problems such as quality management, schedule controland cost management are also prone to occur during the construction phase.
With its unique advantages, BIM technology is widely used by engineering constructionpractitioners at home and abroad. Therefore, this article uses BIM technology to solve a seriesof practical engineering project problems in the engineering design and construction stages.The main research work of this paper is as follows:
First of all, based on BIM technology and collaborative concepts, through existingapplications and theoretical studies, it is concluded that the current technical advantages ofBIM in construction engineering project management and the advantages of collaborativemanagement provide a theory for engineering project management based on BIM below.
Secondly, the F project is introduced, and theoretical research is applied to engineeringpractice. Full consideration is given to the problems in the project management in the designand construction stages at the initial stage, and the problems are described and analyzed indetail according to their causes. In terms of cost, the in-depth analysis of collaborative projectmanagement based on BIM is made, and through comparison, the problems that can be solvedand the existing advantages are obtained.
Subsequently, the problems in the design stage and construction stage of the Fengineering project mentioned above were mainly applied to the collaborative managementbased on BIM technology in engineering practice. The BIM technology was first applied tothe collaborative management of the design of the F engineering project, and the problemscaused by the poor inter-professional design phase were effectively solved through visualanalysis and collision check optimization; then, the BIM technology was applied to thequality, schedule, and cost of the construction phase Perform collaborative management, and demonstrate and explain some of the problems in the quality, schedule, and cost of theconstruction phase of the F project. Through comparison and reflection, its application valuein the design and construction phase of actual engineering project management.
Finally, the implementation effect of the F project in the design and construction phaseof the collaborative management based on BIM technology was achieved, and theimplementation effects of cost reduction and efficiency, time saving and managementimprovement were achieved; and to ensure that the management method can be effectiveTechnical, personnel, and institutional safeguards.
Key Words : Project Management; BIM Technology; Housing Construction;Collaborative Management
目 录
摘 要 ............................................................................................................................. I
Abstract ............................................................................................................................. II
1 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景 ........................................................................................................... 1
1.2 国内外 BIM 研究现状 .................................................................................... 2
1.2.1 国外 BIM 研究现状 .............................................................................. 2
1.2.2 国内 BIM 研究现状 .............................................................................. 3
1.3 研究内容与意义 ............................................................................................... 6
1.4 研究方法和技术路线 ....................................................................................... 6
1.4.1 研究方法 ................................................................................................ 6
1.4.2 技术路线 ................................................................................................ 7
2 BIM 技术与协同理论研究 ......................................................................................... 8
2.1 BIM 技术概述 .................................................................................................. 8
2.1.1 BIM 技术的概念 ................................................................................... 8
2.1.2 BIM 技术的优势 ................................................................................... 9
2.1.3 BIM 技术的应用 ................................................................................. 10
2.2 协同管理理论 ................................................................................................. 12
2.2.1 协同理论的定义 .................................................................................. 12
2.2.2 工程项目协同管理 .............................................................................. 13
2.3 本章小结 ......................................................................................................... 14
3 F 工程项目管理分析 ................................................................................................. 15
3.1 项目概况 ......................................................................................................... 15
3.2 项目不同阶段问题描述 ................................................................................. 19
3.2.1 设计阶段专业间衔接问题 .................................................................. 19
3.2.2 施工阶段管理问题 .............................................................................. 20
3.3 基于 BIM 进行项目协同管理优势 ............................................................... 23
3.3.1 设计阶段基于 BIM 进行协同管理 .................................................... 23
3.3.2 施工阶段基于 BIM 进行协同管理 .................................................... 24
3.4 本章小结 ......................................................................................................... 29
4 基于 BIM 的 F 工程项目协同管理 .......................................................................... 30
4.1 BIM 在 F 工程项目设计阶段进行协同管理 ................................................ 30
4.1.1 可视化分析 ............................................................................................ 30
4.1.2 BIM 碰撞检查与优化 ............................................................................ 31
4.2 BIM 在 F 工程项目施工阶段进行协同管理 ................................................ 34
4.2.1 质量管理 ................................................................................................ 34
4.2.2 进度管理 ................................................................................................. 36
4.2.3 成本管理 ................................................................................................. 37
4.3 本章小结 ............................................................................................................ 38
5 F 工程项目管理保障措施 ......................................................................................... 39
5.1 技术保障 .................................................................................................... 39
5.2 人员保障 .................................................................................................... 40
5.3 制度保障 .................................................................................................... 40
结 论 .......................................................................................................................... 41
参 考 文 献 .................................................................................................................... 42
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 .......................................................................... 44
致 谢 .......................................................................................................................... 45
1 绪论
1.1 研究背景
建筑业,近些年,发展迅猛,就更要求有过硬的技术支持才能跟得上建筑规模日益扩大、建筑结构日趋复杂、投资不断增长的建筑现状,将工程建设管理与计算机技术结合起来势在必行.同时,现代工程管理中仍然有些重点的问题需要应用现代的信息化方法去解决,比如在安全和质量得到保证的前提下,如何最大限度地节约能源、降低成本、控制污染、提升效率[1].
步入 21 世纪以后,"BIM"逐渐出现在人们的视野中,在建筑各行业也开始发挥作用."BIM"是"建筑信息模型"的意思,这是三个字母源于英文"Building InformationModeling"的缩写. BIM 在出现不久之后,就在陆续不同国家的建筑领域展现作用.众多国家的很多项目都应用了 BIM,同时也都享受到了它带来的益处,它可以提高劳动生产效率、降低资源浪费,提高工程,建设的质量,节约建设成本,从而达到提高,企业经济效益的成果[2].
2007 年,美国 Stanford University 建设集成工程中心(Center for Integrated FacilityEngineering.CIFE)就 BIM 技术被应用在不同的建设项目上之后,所带来的利好以及展现出来的突出优势等进行了一次调查研究,参与调研的总计三十二个项目,通过研究结果进行统计分析得出以下结论:在工程预算的变更方面,应用 BIM 技术在工程建设前期能够发现并减少将近 40%的无效成本,从而使得工程预算的偏差可控制在 3%的范围内;同时也大大提高了造价估算的效率,花费在工程造价计算上的时间可以很大程度节省,甚至高达 80%以上;多达 10%,的合同价,格可通,过冲突检,测可被节省,同时可使,项目,工期缩,短近 7%[3].
近些年,中国的"人口红利"已逐渐消失,劳动成本明显增加在,然而却并未带来劳动,生产率的,提高.然而根据美国在 BIM 方面多年来的发展经验可以得到,设计、施工和运维阶段都能展现 BIM 的应用价值[4].目前,国内,建筑,行业,正需,要完,善,的关键技术和,研究内容有以,下几个:一是基于 BIM 技术进行工程应用和项目管理,二是如何运用BIM 技术协调业主方、设计单位和施工单位等各参与方之间信息沟通,三是基于 BIM技术,提升,项目管理的水平以及劳动生产效率.由此可见尽管影响工程建设项目的因素有很多,但是按我们国内现存的建筑工程管理的普遍模式,为了能够准确高效地进行项目管理,将项目各参与方之间,进行协同管理工作必须得到重视[5].
在此种背景下,BIM 所具有的信息关联性和一致性,模型的可视化,各专业之间的高效协调,优化性等特点,使其在工程,项目协同,管理中的,巨大应用,价值也逐渐凸显.BIM 的应用在中,国建筑行业中逐渐展开,让行业内人士逐渐了解并应用,同时 BIM 技术作为建筑行业的信息化着手点和抓手,在项目上进行广泛运用也是大势所趋.
1.2 国内外 BIM 研究现状
1.2.1 国外 BIM 研究现状
BIM 的概念产生于二十世纪七十年代,而正式提出则是在 2002 年,发展到现在经过了四十余年的发展历程.目前,BIM 技术在设计、施工、以及运维阶段目前在美国、英国、新加坡等国家的应用范围都十分广泛,同时现阶段在国外,只要是工程设计和施工企业规模较大的若想要做大型项目,就被强制要求企业需要有 BIM 技术的背景和能力[6].随着信息技术的发展及工程项目的实践,BIM 的应用软件相对成熟,一些国家也意识到 BIM 的应用价值和前景,为推动 BIM 技术在本国的发展做出了一些有效措施,还根据 BIM 在建筑工程中的应用情况制定了 BIM 标准和 BIM 规范[7].
(1)北美
BIM 的研究和应用最早起步是在美国,直至今天一直在不断地发展和成熟,其在BIM 技术研究和工程领域的应用方面一直居于世界领先地位,BIM 技术也被建设单位、设计单位、施工单位纷纷主动应用于项目中,实际应用的点也种类繁多,政府和行业协会都根据实际应用情况,出台了很多实用且对 BIM 应用起到推广应用的标准,根据麦格劳?希尔公司的调查研究显示,2012 年美国的工程建设行业采用 BIM 的项目占全部项目的比例为 71%,相比于 2007 年的 28%可见增长速度之快,在这其中承包商占 74%,建筑师占 70%,除此之外 67%的机电工程师已经在尝试应用 BIM[8].
目前,美国建筑设计、建筑企业在 BIM 中的适时应用相对较好,较为成熟,而在其他发展领域仍相对较慢[9].对于美国而言,在施工领域 BIM 技术的应用,被较为广泛认可的技术有:Chuck 认可的施工方面 BIM 技术应用包括:①使用 BIM 技术计算工程成本;②应用 BIM 进行计划安排与控制;③进行碰撞检查;④使用首次设备进行设计审查和获取问题;⑤设计和任务分配中的新方法;⑥现场机器人的应用;⑦异地构建预制[10].
在加拿大,BIM 在工程建设方面的应用已经很广泛,但是国内一些 BIM 机构和行业协会仍然在不断地探索,不断扩展 BIM 的应用范围和提高应用率,主要途径之一就是通过借鉴和引用并不断改良美国的成功经验,同时借鉴行业标准,拉埃推进 BIM 在本国的应用和发展[11].
(2)欧洲
计算机技术飞速发展到今天,欧洲的很多国家对 BIM 技术的应用普及率已经达到了 60%~70%[12].1984 年匈牙利 Graphisoft 公司推出了着名的并且现在非常普遍应用的ArchiCAD 软件,虽然现在它是很常用软件但在当时受限于计算机硬件技术,并未得到广泛应用,但以 BIM 为核,心的"虚拟,建筑"设计,理念,是根据该软件,司提出的[13].
北欧四个国家受到地域因素影响,对于工程施工管理有了更高的要求,同时这些国家先进信息技术发展较快,虽无大力推广,但 BIM 技术的应用以及所带来的发展已然成为企业主动的行为.芬兰最大的物业资产管理公司--Senate Properties,作为芬兰的一家国企,早在 12 年前就发布了一份建筑设计的 BIM 要求,要求中规定:"自 2007 年10 月 1 日起,该公司的项目仅建筑的设计部分必须使用 BIM,其他设计,部分,可根据项,目情况自,行决定是否采,用该技术,但目,标将是全,面使,用 BIM".该要求还提出:"在设计,招标,阶段将,有强制,性的 BIM 要求,这些,要求将作为项,目合同,的组成部分,具有法,律约束力;建议在,项目,协作的过程中,建模任,务需创建通,用的视图,需要准,确的定义,最终要,提交 BIM 模型,且建筑,结构与模,型内部的碰,撞要存档".
(3)韩日
韩国,国土交,通海洋,部也是大力推广 BIM 技术在本国工程建设领域的应用,并且于2010,年 1 月发,布了《建筑领域 BIM 应用指南》.在该指南使用 BIM 方法和技术指导要素时,主要针对开发商,建筑师和工程师在四个行政部门的应用方面,为 6 个城市公共机构和 16 个项目提供指导.可以系统地在公共项目中指导 BIM 的实施,也可以建立企业 BIM 标准的实际实施[14].在韩国,一些大型的占市场份额较大的主要检出公司,都已经积极主动地应用 BIM 技术,如现代建设、三星建设、GS 建设、Daelim 建设等公司.其中,Daelim 建设公司已在桥梁项目的施工管理中应用 BIM 技术,而 BMIS 公司在建筑设计阶段,施工一体化的研究方面在利用 BIM 软件中的 Digital project 等[15].
与韩国的发展类似的是日本,在 BIM 应用中占据主导地位的是国家政府,国家政府是 BIM 技术应用的主要推动力,有效地促进了日本建筑工程领域应用 BIM 技术.2012年 7 月,日本建筑学会为了推广 BIM 技术在本国的应用,发布了日本的 BIM 指南,该指南为日本的设计院和施工企业在应用 BIM 时,从 BIM 的团队的建设、BIM 设计的流程、BIM 数据的处理、如何应用 BIM 进行预算和模拟五大方面提供了指导.
1.2.2 国内 BIM 研究现状
相比于国外 BIM 技术的应用和发展,国内关于 BIM 的研究起步较晚,近年来,BIM在中国从 2010 年后开始到快速发展,逐渐在建筑业的应用大面积铺开.在 BIM 推广前期,相关软件的开发商推广力度较大,政府相关单位也给予了关注,各行业协会、专家科研院校以及工程建设的各参建方都逐渐开始关注并重视 BIM 技术的应用和推广[16].
(1)政府对 BIM 的推行
发达国家对 BIM 技术一直比较重视,英国、美国、新加坡、日本等国家都已经提出了 BIM 应用的相关要求.近些年,我国政府也加大了对 BIM 技术的关注度与重视度,并陆续出台了一些 BIM 的相关政策,见表 1.1.
表格中只是列出了国家和部分城市政府对 BIM 应用的推进,还有很多城市出台了相关政策或指导意见,比如云南省、广西省等,并积极组织落实,由此可见国家对于BIM 技术的重视程度和推广的力度.
(2)在科研院校方面
2004 年,美国的欧特克公司牵头,联合我国的建筑行业四所名校,共同组建了一个"BLM-BIM 联合实验室",并且将这个共同开发的项目取名为"长城计划",向中国这四所合作学校免费提多款 BIM 软件,同时这四所学校也要为学生进行相应的课程安排,来学习软件;并且该校的名师共同编制了国内版的书籍,既包括理论基础还有实践方面的书籍,在这样一个合作下,国内的首批 BIM 应用和实践类的书籍着作开始出现,这是国内第一批介绍 BLM 和 BIM 理论与实践的专着同时也推动了我国 BIM 的发展进程.
BIM 软件商也会赞助支持机构组织 BIM 设计大赛,以这种形式推广来 BIM 及相关软件的应用这些设计竞赛对 BIM 应用的推广和普及应用起到了积极的作用[20].
(3)在产业界
近几年在产业界,对于 BIM 技术的认识与了解程度不断提高,很多企业逐渐开始认可,工程的建设单位即投资方都已开始关注 BIM,并把它作为企业有效竞争力的一部分,不断投入资金进行开发和实践 BIM 技术应用[21].目前我国建筑行业在工程方面对BIM 的应用主要集中在下面两个方面:
①管线碰撞检查
现如今我国一些建设单位所认识到的 BIM 技术应用频率较高的激素是在进行碰撞检查上[22],换言之意思是,很多的工程项目只是在碰撞检查这项工作中应用了 BIM 技术,并未在其他方面真正体现 BIM 的价值.
②复杂形体的可视化辅助设计
目前,在国内虽'然只有不到 1%的项目在应用 BIM 技术,但这些项目多是一些体量巨大、工程复杂的项目,项目的各参'与方对 BIM 技'术的应用非'常重视,因此这些项目对 BIM 技'术的应用'水平都比'较高,它们造型过着结构复杂,仅凭二维很难展现,于是三维模型真正体现了在这一点的优势,BIM 得到了更多方面的应用,其三维可视化以及复杂细小节点的充分展示体现了其优势.
BIM 近几年逐渐被国内建筑行业的工作人员熟知和认可,其应用范围而也有所扩大,许'多大型项目都'要求在全生命'周期中使用'BIM 技术,在招标'合同中写'入了有关'BIM的技'术条款,BIM 技术已经成'为建筑企'业参与项'目投标的必'备手段[23],同时可以看出 BIM 技术的发展趋势是逐渐扩大的,在未来应用 BIM 技术进行项目管理和工程建造只是时间问题.
1.3 研究内容与意义
(1)从理论方面阐述了 BIM 技术以及相关概念,分析其在现阶段的发展情况.详细介绍了 BIM 技术应用原理以及协同理论.
(2)总结分析了 F 工程项目设计阶段和施工阶段的项目管理中存在的问题,依据BIM 技术在实际工程建设项目中的优势,结合协同管理理论,提出了基于 BIM 技术的项目协同管理来解决 F 工程项目的实际问题.
(3)分析,研究 BIM 技,术在设计阶段协,同设计的应,用成效,采用,BIM 技,术进行,深化设计的前,后效果对比.
(4)研究分,析了 BIM 技术在施,工建设中协同管理的应,用成效,及方法.着重研,究了BIM 技术在房屋,建设过程中,进度管,理、质量,管理、成本,控制中的应,用案例,同时根据工程实际提出了现阶段为管理有效实施的保障措施及实际应用效果,得出基于 BIM 技术进行协同管理能够解决工程建设过程中设计和施工阶段一些问题.
1.4 研究方法和技术路线
1.4.1 研究方法
(1)文献分析法.文章通,过分析和梳,理国内外,基于 BIM 技,术的工程项,目管理文献和实例,以及协,同管理理论的应用成果,的梳理与分析,对照现阶段我国,建设工程项,目管理中存在的不足,以及应用,上述理论解决,问题,从而构建,文章框架.
(2)定性分析法.文章分析了按照传统方式的工程建设过程中 F 工程项目设计和目标管理存在的一系列问题,并且定性深入分析其原因,将 BIM 的应用范围和可以解决的问题与之相对应,从而体现了 BIM 的优势,同时也得出了在项目建设阶段应用 BIM技术的重点关注内容,进一步深究出 BIM 技术与协同管理相结合的必要性.
(3)案例分析法.将实际 F 工程项目作为实例,并对其设计和施工阶段存在的不足进行问题描述分析,得出分,析结果,将本文的,研究的协同理,论和 BIM 技术,应用于该具,体工程项,目的管理,过程中,使之,形成一一对,应的关系,为项目,的实际管理问,题提供了行,之有效的,解决方案.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
结 论
本文通过文献分析并借鉴国外 BIM 技术应用的先进理念和成功经验,剖析了我国工程建设领域 BIM 的应用现状及进展情况,并结合 F 工程项目中实际出现的管理问题,将基于 BIM 的工程项目建设的协同管理优势加以阐释,并详细论述其在工程设计阶段和施工阶段中的重要应用价值.最后,根据项目的实际应用情况提出了相应的保障措施,并展示了实际实施效果.主要得到以下结论:
(1)将 BIM 技术应用于工程设计方面,其可视化性能以及专业之间的的协同就能够有效解决设计中专业间衔接不畅问题.相对于传统设计中二维出图,基于 BIM 进行设计协同管理,对于项目可以进行可视化分析、施工方案模拟以及碰撞检查,能够有效保证设计的质量和施工方案的合理性,对于后期施工质量的控制也增加了可控性,避免了施工过程中遇到问题进行设计变更和返工所造成的以一些损失.
(2)实际施工过程中,基于 BIM 进行进度把控,根据工程建设实际进度数据的收集.在模型中形象展示项目实际建设情况,动态跟踪工程建设进度,工作人员及时掌握进度信息,能够及时有效且高效地进行进度目标控制.同时还可以根据现阶段的工程进度进行进度模拟,在进度模拟过程中可以发现一些问题或者可以优化的工序,再通过工序优化,以达到最终进度最优.在后续执行过程中,再不断进行动态比对与调整,以实现对工期进行优化的目的.
(3)BIM 技术在工程建设过程中的应用不局限于上述两点,在全生命周期的建设中,都能够展现 BIM 的优势.从前期设计阶段的设计协同再到施工阶段目标协同管理,最后运维阶段其存储的数据也会提供有效的支持和依据.再到运维阶段.从项目建设周期以及开发者角度分析,企业的经济效益也会因此而有所提升.
现阶段 BIM 技术的实际应用所产生的效果,也体现了 BIM 技术的潜力还有待进一步挖掘,这些现阶段的这些也确实能够有效解决实际工程问题,但是也展现了另一方面的不足,在 BIM 的专业人员方面,建设单位和施工单位人员的技术力量还不足,很多都是基于各参与方人员比较专业的基础之上的,因此在以后的 BIM 发展过程中,更加重视相关专业人员的培养,才能高效高质量完成工程项目管理.
参 考 文 献
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