基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理实践
发布时间：2022-01-08
摘要：以三维建筑信息模型为主体，工程施工管理为主线，应用系统管理方法和思维，将三维建筑信息模型应用于工程管理的进度计划管理、质量管理、安全管理、采购管理等各个管理环节中，通过业务管理流程分析和重组，将三维建筑信息模型从单一的技术应用向工程系统管理应用过渡，使三维建筑信息模型升值，形成基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理，并最终达到提高施工工程管理水平、降低企业经营成本、经营风险、提高企业竞争力和创造经济效益的企业管理目标。
关键词：三维建筑信息模型;施工;工程;系统管理
贵州电力建设第一工程公司承建的盘南发电厂规划工程采用了先进的三维建筑信息模型技术等现代化施工技术管理手段，提高工程设计信息的需求和利用价值，改善施工管理环境、简化施工管理决策信息加工过程，并由此来帮助施工管理人员获得更全面、系统、直观的设计信息和施工管理决策信息。
1 基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理的内涵
虚拟现实(virtual reality, VR)是以计算机技术为核心的高科技技术，利用虚拟现实技术能生成逼真的三维虚拟环境，实现对物件实体及所在环境最真实的仿真，让用户按自身习惯的能力和方法对虚拟的“客观环境”进行观察、分析、操作和控制。三维建筑信息模型就是虚拟现实技术的核心产品。
基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理内涵：就是建立一个以三维建筑信息模型为主体，工程施工管理为主线，应用系统管理方法和思维，将三维建筑信息模型应用于工程管理的进度计划管理、质量管理、安全管理、采购管理等各个管理环节中，通过业务管理流程分析和重组，将三维建筑信息模型从单一的技术应用向工程系统管理应用过渡，使三维建筑信息模型升值，形成基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理，并最终达到提高施工工程管理水平、降低企业经营成本、经营风险、提高企业竞争力和创造经济效益的企业管理目标。
2 基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理的做法
2.1 建立三维建筑信息模型施工工程的管理系统和系统管理目标
贵州电建一公司将管理系统分解为三维建筑信息模型绘制管理系统和基于三维建筑信息模型工程管理应用系统两大子系统。
其系统管理总体目标是：创新管理技术手段、优化管理流程、提高管理效益和效率。
2.2 建立三维建筑信息模型绘制管理系统
贵州电建一公司三维建筑信息模型绘制管理系统的建立分为以下五个步骤。
2.2.1 三维建筑信息模型绘制管理系统总体规划
1) 确定各部门应用需求及系统目标;
2) 确定绘制管理系统目标;
3) 根据应用需求调查结果将三维建筑信息模型系统划分子系统，可按工程建设项目专业、工程管理内容、工程技术管理应用等方式划分;
4) 按模型系统划分方式确定各模型子系统主要功能、绘制范围和原则;
5) 确定系统的综合平台及总体架构。
2.2.2 三维建筑信息模型绘制管理系统可行性分析
技术上的可行性：系统的软硬件设备、计算机联网能力、网络及数据安全保护设施、输入输出设备、人员数量、人员技术水平、经验以及系统日后的使用和维护均已达到系统运行要求。
经济上的可行性：系统运行效益有许多方面是难以用建筑信息定量表示的，通过定性分析，该系统提高了图纸等设计信息处理的完整性和准确性、降低了管理人员的劳动强度、提高了劳动效率。通过定量估算分析该系统建设投资与系统运行效益比较，该系统在经济上是可行的。
另外还有管理的可行性以及环境的可行性等。
2.2.3 确定绘制管理系统工作流程(主业务流程)
绘制信息来源：图纸等设计信息、绘制计划、子系统绘制功能、范围和原则、质量验收计划等。
绘制信息处理工作流程：根据绘制信息进行绘制——绘制结果检查验收——反馈意见修改——绘制结果输出。
绘制信息处理结果输出：符合各子系统功能要求的三维建筑信息模型系统及使用说明书。信息流程图如图 3。
2.2.4 编写三维模型系统绘制计划
根据三维模型系统子系统划分，分解模型绘制工作任务，利用网络计划技术编写阶段目标计划和详细模型系统绘制计划。
2.2.5 绘制管理系统的组织与实施
三维建筑信息模型绘制管理系统的组织与实施是保障系统正常运行的管理过程。
1) 绘制管理系统的工作是由组织成员共同完成的。
2) 绘制管理系统的实施过程为：计划安排、计划控制、风险管理和质量保证。
2.3 建立基于三维建筑信息模型工程管理应用系统
贵州电建一公司基于三维建筑信息模型工程管理应用系统按照以下步骤建立：
1) 基于三维建筑信息模型工程管理应用系统根据工程管理需要划分为：进度管理三维建筑信息模型应用系统、质量管理三维建筑信息模型应用系统、安全管理三维建筑信息模型应用系统、物资采购管理三维建筑信息模型应用系统、施工现场管理三维建筑信息模型应用系统。
2) 应用需求详细调查分为工程管理组织、功能结构的详细调查和工程管理流程的详细调查二个部分。应用需求详细调查是系统功能分析和工程管理流程重组的基础和依据。
3) 各系统功能分析：
根据详细调查结果分析确定各系统逻辑模型。
(1) 进度管理功能，表现为进度计划可视化功能、监控功能、记录功能、进度状态报告功能和计划调整预测功能，构成了一个可视化进度计划管理综合系统。
(2) 质量管理功能，表现为质量管理过程中质量控制计划可视化功能、图纸会检功能、辅助技术交底功能、辅助设计变更管理功能、质量验收情况报告功能和辅助质量事故预测、处理功能。施工方案管理、图纸会检管理、设计变更管理是三维建筑信息模型应用系统最重要的功能。
(3) 安全管理功能，表现在安全管理过程中安全保证计划可视化功能、辅助安全措施交底功能、辅助安全检查功能、辅助安全控制情况报告功能和辅助安全事故预测、分析和处理功能。
(4) 物资采购管理三维建筑信息模型应用系统主要功能表现在辅助编制物资采购计划功能、物资现场管理功能及物资仓储可视化管理功能。
(5) 施工现场管理三维建筑信息模型应用系统主要功能表现在施工现场管理策划可视化功能、辅助施工总平面管理功能、辅助环境保护功能、辅助防火保安功能。
4) 工程管理流程优化盘南电厂工程的工程管理流程优化按照四个阶段进行即：流程分析、设计新流程、实施新流程和流程评估。
5) 三维建筑信息模型工程管理应用系统运作
三维建筑信息模型工程管理应用系统主要偏重于运行管理和功能应用。
(1) 根据应用人员使用要求及系统功能编写用户手册和管理员手册。
(2) 通过三维建筑信息模型工程管理应用系统功能应用实现辅助工程管理决策分析以及丰富企业知识管理的集约过程、应用过程、交流过程和创新过程途径。
6) 建立三维建筑信息模型工程管理应用系统评价指标体系
应用系统的目标是否实现，不能靠意愿来定，要靠真实的评估。对三维建筑信息模型工程管理应用系统的评价，一方面对其全过程进行全面的评价，彻底检查应用状况，并与既定目标进行对比，发现系统应用过程中存在的问题，找出差距。另一方面，总结应用过程中的经验和教训，并提出改进意见和方案。
三维建筑信息模型工程管理应用系统评价指标体系的主要内容有：系统应用的广度和深度;三维建筑信息模型资源的开发和利用;系统应用人才开发;系统的组织和控制以及系统带来的经济效益。
3 基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理实施效果
3.1 实现工程设计信息的高度共享，提高工程设计信息的利用价值，提高施工技术水平
三维建筑信息模型应用系统最直接的应用效果是提供了一个直观的、完整的、高度集成的项目设计信息平台，可以直接获取原设计信息和将设计信息再加工获得的施工管理信息。
1) 减少技术人员翻阅图纸的工作量，缩短施工前期的技术准备时间，提高编制效率和准确性。
(1) 运用常规手段时，20 多名专业技术人员花费 20 个工作日，检查出原设计缺陷约 10 处;而利用三维建筑信息模型应用系统进行图纸仅花费 2 个工作日检查出设计缺陷约 30 处提高了施工质量。
(2) 三维模型的动画模拟在实际工程运用中可以反映出复杂的工程结构及物体的运动，起到优化方案的效果。
以盘南 1 号锅炉钢结构大板梁吊装为例：在锅炉大板梁吊装中，现场在锅炉左布置一台 FZQ1380 塔机，最大起吊能力为 63 t，在锅炉右布置一台 7300 履带吊，最大起吊能力为 47 t，由于大板梁单件最重达 78.6 t，大板梁的吊装作业只能采用双机抬吊的方式，而处于弱式的 7300 履带吊起升高度有限，在参与双机抬吊时，其副臂将与钢结构发生干涉。通过对盘南 1 号炉大板梁吊装三维模型动画模拟，我们发现了整个吊装过程中最危险的干涉点，吊物运行的路径上需要缓装的钢结构梁也一目了然，由此确定了缓装的钢结构数量、吊车的布置位置以及行走运动路线，检验了吊装方案的可行性。
2) 使用三维建筑信息模型系统在施工前进行技术交底可以更直观、更清楚、更准确的表达交底内容，帮助施工人员理解设计意图和施工方案要求，被交底人可以减少因信息传达错误而给安装工作带来的问题，提高施工质量和安全。
3) 盘南电厂 600 MW 机组工程中，直径φ76 以下的热力系统管道、电气热控桥架和热控管路设计是二次设计的主要内容，施工技术人员根据设计依据结合施工现场的实际情况进行二次设计，并在三维建筑信息模型系统平台上将设计结果进行反复校验和修改。
3.2 改善施工管理环境，简化施工管理决策信息加工过程，提升施工管理水平
三维建筑信息模型应用系统实现了工程设计信息的高度共享和集成，改善了施工管理环境，保证了施工管理设计信息需求的及时性、完整性和准确性，加速了施工管理决策信息的加工过程，为施工管理人员提供了有效的决策支持服务。
1) 施工计划管理水平的提升
三维建筑信息模型应用系统与原有的进度计划管理系统构成了一个可视化进度计划管理综合系统。进度计划管理全过程均可以用三维建筑信息模型动态地、完整地展现出来。在盘南项目施工中，进度计划需要下达一个与进度计划内容相对应的项目三维建筑信息模型。施工管理人员利用模型根据进度计划书内容下达施工任务，施工人员在施工前就已经认识施工内容、要求、过程和、资源配置和施工结果，保证了施工计划的准确下达和正确实施。进度计划的预警功能是计划管理的最重要的功能，对未来施工进展完整、准确的真实显现更是计划管理人员梦寐以求的。利用三维建筑信息模型应用系统的可视化功能、监控功能、记录功能、进度状态报告功能和计划调整预测功能，大大提升了施工计划管理水平。
2) 施工质量管理水平的提升
施工质量管理主要依据质量控制计划，分施工准备阶段、施工阶段和竣工验收阶段三个阶段进行质量控制。施工准备阶段的图纸会检和施工阶段的施工方案编制、施工技术交底以及设计变更都是最重要的施工质量管理活动。仅图纸会检工作一项，盘南工程利用三维建筑信息模型应用系统，仅花费 2 个工作日便完成图纸会检工作，保证了施工质量，提高了质量管理效率和管理水平。
3) 施工安全管理水平的提升
安全风险评估和预测以及安全措施和安全保证计划都是安全管理事前控制的主要手段和方法。工程建设项目施工中，吊装作业是事故多发和较难控制的一项施工作业，在施工前，通过三维建筑信息模型应用系统对吊装全过程进行安全风险评估和安全措施的反复校验，大大降低和有效控制了安全事故的发生，提高了施工安全管理水平。
4) 施工现场管理水平的提升
施工总平面管理是施工现场管理最重要的管理内容。盘南项目工程建设过程中的主要施工机具设备包括起重机、高空垃圾通道、施工电梯、砼提升机等，而这些施工机具设备的布置，必须要不影响设计的正式系统的施工，还要达到使用目的。在施工机具设备的布置规划时，三维建筑信息模型为施工管理人员提供了一个系统的规划平台。例如在锅炉高空垃圾通道的布置过程中，为了选择一个既不影响高空垃圾通道安装，又不影响设备管道安装的合理布置位置，施工技术人员在三维建筑信息模型应用系统规划平台上只花费了十分钟的时间，就非常精确的确定出了高空垃圾通道的布置位置。三维建筑信息模型应用系统使得施工现场规划、设计、布置更方便、直观、有效，大大提高了施工现场管理水平。
5) 施工沟通管理水平的提升
三维建筑信息模型应用系统使施工单位在与业主、监理、设备厂家、设计院以及其他建设施工企业沟通、交流与合作中拉近了距离，缩短了沟通时间，提高了沟通效率，使信息传递更为顺畅，使施工沟通管理水平得以提升。
3.3 全员参与、全员培训，提高了员工素质
三维建筑信息模型系统的绘制和应用，是一个全员参与的过程，同样也需要进行全员培训。培训涉及到软硬件使用培训、工程管理知识培训以及重组后管理流程应用的培训。保证参与人员获取应有的专业知识和技能，提高员工素质
3.4 加快了企业信息资源的开发和利用
管理决策的目的是为了消除不确定性，需要大量、准确、全面、及时的信息作为依据。可以说决策过程中的每一步都离不开信息，决策过程可以视为一个信息处理过程。信息是一种组织资源，企业信息资源的开发和利用是企业最重要的管理工作。三维建筑信息模型应用系统使设计信息资源达到了最佳配置，以更高的效率和更低的成本为施工管理运作提供有力的支持，并加快了企业信息资源的开发和利用。
3.5 利用三维建筑信息模型系统进行施工工程管理获得的直接经济效益统计
贵州电建一公司在盘南电厂项目施工中利用三维建筑信息模型进行施工工程管理所获得的直接经济效益，如表 1 所示。
4 结 语
三维建筑信息模型系统，在贵州电建一公司所承建的工程中得到广泛的推广和应用。各管理人员从三维建筑信息模型系统推广和应用中，不仅仅看到它解决了多少实际技术问题，更大的收获是让管理人员发现了新技术应用的管理思维，拓展了企业的管理思路。新技术的应用需要利用系统的管理手段和方法来管理，新技术的应用也必然带来管理的变革，没有对基于三维建筑信息模型施工工程的系统管理，新技术的应用深度和广度远远不够。通过这一过程，大家更深刻的认识到，提高施工工程管理水平、降低企业经营成本、经营风险、提高企业竞争力和创造经济效益的途径不是唯一的，只要不断的努力探索，就能找到更多、最好的途径。三维建筑信息模型系统应用对企业发展将产生深远的影响，使企业信息化带动工业化的进程大大加快。——论文作者：孙洪力，于庆建
