0 引 言
随着经济的发展，城市基础设施建设模式逐步由地上空间开发转向地下空间挖掘。城市轨道交通、隧道、地下通道或下立交等工程逐渐成为各大城市建设的重点，如何提高其建造管理水平，节约成本，成为目前的研究关键点。
在中国，目前 BIM 技术应用主要集中于设计阶段和施工阶段基于模型的单机应用，如建筑能耗分析[1]、碰撞检测与工程量统计[2]、施工筹划方案模拟[3]等，随着技术的不断拓展，近两年来 BIM 开始应用于工程建造的系统管理中，进行 BIM4D（模型加时间信息）的综合运用，如进度管理以及基于BIM4D 技术的施工管理平台应用[4]等。而 BIM5D（模型加时间及成本信息） 虽早在 2013 年就被提出，但 BIM5D 的综合应用因受到各种主客观因素的制约，施工总承包方尚且无法将其整体运用至项目管理全过程中。
本文研究了基于 BIM5D 的地下工程智能建造管理技术，并面向施工各参与方，搭建适用于地下工程智能建造管理系统框架，同时依托淞沪路 -三门路下立交工程，实现智能建造综合管理应用，全面提升工程建造管理水平。
1 基于 BI M5D平台的智能建造管理
1.1 应用需求
地下工程的建造过程复杂，工期较长，质量安全影响面大，其建造管理水平直接关系到地下工程的建造周期及成本。随着信息技术的逐步发展，BIM 技术的应用，地下工程的建造管理模式不断由传统化粗放型向智能化精细型过渡。
目前，大多地下工程的建造管理由人工去主导，其建造现场的施工状况，均通过现场人工检查确定信息后，再上报处理，继而做出相应处理方案，导致信息反馈不及时或遗漏，增加了现场安全风险。其建造期的成本管理，目前多是人工进行工程量统计，成本核算，对比分析，其人为影响因素较多，耗费大量人工且误差较大[5]。
与传统建造管理技术不同的 BIM 技术的集成化、共享协同性等优势，为工程智能建造管理提供了新思路，开发基于 BIM5D 的智能建造管理平台，并实施应用智能现场过程管理、成本管理、施工模拟等功能，明显提升工作效率，解决过程资料的散乱、无迹可查，问题反馈不及时、责任无人认领、成本偏差模糊不清等状况，提高工程建造管理效率。
1.2 数据需求
BIM5D 是将全专业 BIM 模型通过统一的信息关联规则，集成进度、成本以及现场过程管理等相关信息，形成五维模型，实现项目的精细管理。
BIM 模型是基于统一的建模规则而创建的各专业模型，并于 BIM5D 平台整合形成全专业 BIM深化模型。BIM 模型的创建是在充分调研工程建造过程的应用及管理需求上，综合考虑设计及施工管理的数据需求、数据共享传递以及工程量清单等因素，明确建模标准，包含建模软件、范围、坐标、模型命名规则、信息精度等。
进度信息是基于施工工艺工序、项目关键工作等筹划的时间信息，包含进度计划及实际进度信息；
成本信息是基于工程量清单计价规则、分类规则、图纸工程量、实际完工量、施工技术及施工设备等编制形成的预算文件，包含中标合同价、目标成本、实际成本等文件。
现场过程管理信息是基于现场安全、质量、文明施工等要求，形成的闭环管理信息，用于现场问题及时快速解决，人员高效工作，工程高质建设。
1.3 BIM5D 平台框架
平台架构分为数据层、应用层和门户层 3 个层次，见图 1。数据层包含基于统一的建模要求、平台识别规则及数据交换标准而形成的 BIM 模型、数据文档、预算文件等。由多个软件形成的各类数据信息经过统一的 BIM 数据交互标准，整合于BIM5D 平台，形成完整的建筑信息模型，以供应用层进行 BIM 应用实施。应用层基于 BIM 应用导则及项目管理要求开展施工模拟、现场过程管理、成本管理等各项 BIM 应用。其各项应用则通过门户层来进行访问、查看、反馈与管理，包含移动端、网页端及桌面端。整个平台，依托云端，进行文件存储、计算与处理。
图 1 平台框架
2 智能建造在工程中的应用
2.1 工程概况
淞沪路 - 三门路下立交工程（以下简称“本工程”）位于上海五角场区域范围，采用双层 Y 字型下立交形式，主线为上层，自淞沪路上跨匝道和轨道交通 10 号线后转入闸殷路，同时下层设置一对匝道，于政立路以北从主线两侧分出，下穿主线后迅速汇合，从合流污水管及规划轨道交通 20 号线之间穿过后至民府路接地，见图 2。
图 2 工程总体示意图
工程周边环境复杂，沿淞沪路地上有众多高层建筑，基坑段西侧紧靠新排污水管，东侧全线紧邻 10 号线区间和车站，最小净距仅为 2.09 m，且主线上穿 10 号线区间。匝道段采取国内最大断面矩形顶管施工，全程保护合流污水箱涵，并预留规划地铁空间。本工程施工风险极大，技术难度极高，参与方众多，以此为导向，开发应用基于BIM5D 技术的智能建造管理平台，提升项目建造管理水平及精细化程度。
2.2 BIM5D 智能建造管理平台技术
本工程基于上述平台架构，以项目需求为出发点，实施智能建造管理研究与应用，其主要实现施工模拟、现场过程管理及成本管理等三大功能。该 BIM 平台利用轻量化技术，降低业务间数据的耦合度，利用 IGMS 文件传输技术，整合不同的BIM 模型（Revit、Tekla、Magicad 等），形成流畅的模型快速浏览场景。同时，基于 IFC 解析引擎，促进构件的快速解析、批量处理，信息的快速关联，实现构件量的自动提取与统计报表自动生成，为项目过程中的工程量统计、成本统计分析提供了强有力的数据支撑。
2.3 施工模拟
平台基于其特有的数据集成功能，实现集成各类模型数据，并于拟定工作面处，整合施工计划、施工场地信息等数据，完成施工场地三维模拟，施工方案预演施工，以优化场地布置，查找方案缺漏项，为项目现场的高效施工提供指导，同时三维可视化的交流沟通，促进了项目的快速决策与推进，见图 3。
图 3 施工模拟
2.4 现场过程管理
现场过程管理涉及现场质量、安全、文明施工管理等内容，使用平台移动端口，结合云计算及大数据处理技术，进行工程现场施工情况的随时随地线上提交、反馈、控制与处置，见图 4，并设置对应问题的各级负责人，创建清晰的责任分工界面，有效保证问题可追溯，处理情况有迹可查以及问题的快速高效处理。
图 4 现场过程管理
现场过程管理涵盖现场建造管理的大部分施工信息，在采集大量现场施工管理相关数据的基础上，平台基于云计算与大数据技术，进行综合统计，见图 5，分析现场问题种类、项目管理人员的督查管理情况、各施工分包单位违规情况、以及各问题整改进度情况等，依据统计结果，逐一进行针对性改进，如分包单位违规统计，定期对违规次数较多的单位进行惩罚警告等，对违规次数较少的单位或无违规次数的单位进行奖励，有效提高了总包方对各分包方的管理效率，以及现场问题的快速解决，达到工程建造智能管理。
图 5 数据统计分析
2.5 成本管理
传统的成本管理主要是基于二维图纸的人工数据统计来完成成本计划、成本控制及成本分析等工作，存在较大的统计误差。为完善项目成本管理，本平台成本管理模块支持模型构件关联对应的工程量清单及进度计划信息，根据模型来提取工程量，自动统计报表，实现基于模型的实时数据统计方式，促进施工方有效合理的调整成本，采取针对性的施工技术措施，控制成本。
本工程涉及体量较大，建设周期较长，鉴于建造进度及成本数据的保留性，选取部分数据（如顶管北工作井）进行成本分析展示，收集北工作井的合同清单、目标预算文件、计划进度文件以及 BIM模型等数据文件，进行整合，同时根据施工进度，定期输入实际进度信息及成本信息，最终根据需要，提取周、月、年工作量，形成计划成本与实际成本的对比分析曲线，见图 6。
图 6 计划成本与实际成本对比分析曲线
项目通过每月计划资金与实际成本的对比分析结果来调整次月的资金计划及物资情况，有效控制成本。同时，根据项目管理需要，针对合同成本预算、目标成本、实际成本，输出周、月、年的三算对比分析曲线，为整体工程成本过程管理提供指导。经过顶管北工作井的成本应用实践，达到了成本的精细透明管理，大大提升成本管控效率。同时实践表明：成本精细化管理综合运用于全工程范围仍存在一定距离。
3 结 语
根据我国工程建造管理现状，研究了基于BIM5D 的工程智能建造管理技术，并面向施工各参与方，搭建了工程智能建造管理系统框架，并实施应用了工程智能建造的过程管理、成本管理及施工模拟等功能，主要结论如下：
（1） 利用 BIM 技术及 igms 文件传输技术，进行三维可视化的施工模拟，有效促进项目的高效决策，为现场施工提供参考；
（2）基于 BIM 技术的工程智能建造管理，结合工程现场施工情况，实时在线的反馈现场过程问题，并进行大数据统计分析，提高工程现场施工管理效率，保证工程建造过程的质量安全。
（3）基于 BIM5D 技术实施局部区域的成本精细管理，针对合同价、目标成本、实际成本，输出周、月、年对比曲线，有效促进成本精细化管理。
摘自：城市道桥与防洪