來源丨施工技術(shù)

作者丨蒲紅克 北京金潤方舟軟件有限公司

摘要：建筑信息模型（BIM）是對工程項(xiàng)目的信息化處理并為協(xié)同工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在施工階段，施工企業(yè)是整個(gè)工程處置的主體，其管理水平代表著最后工程的質(zhì)量水平，整個(gè)材料系統(tǒng)管理的效率能夠決定施工企業(yè)最后利潤的高低。利用BIM技術(shù)對工程的材料進(jìn)行管理、對工程施工過程中人、材、機(jī)的有效利用科學(xué)處置，施工企業(yè)的利潤就能實(shí)現(xiàn)最大化。在BIM技術(shù)的框架下研發(fā)符合施工流程的材料管理軟件工具是一種趨勢。

引言

建筑信息模型（buildinginformationmodeling，BIM），將一個(gè)項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個(gè)模型中，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。建筑信息模型是數(shù)字技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法[1] 。BIM概念涉及的領(lǐng)域比較廣，包含建筑物從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營維護(hù)整個(gè)生命周期[2]，每個(gè)領(lǐng)域都有與之相關(guān)的BIM軟件工具。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特征，如果建立以BIM應(yīng)用為載體的項(xiàng)目信息化管理，可以提升項(xiàng)目生產(chǎn)效率、提高質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本。建筑施工單位對運(yùn)用BIM技術(shù)、使用BIM軟件進(jìn)行工程施工管理方面還處于初級階段[3]， 大部分還運(yùn)用傳統(tǒng)的技術(shù)手段、管理方法。基于BIM技術(shù)結(jié)合施工中建筑材料管理方面進(jìn)行探討，獲取一套適合大眾施工企業(yè)的BIM材料管理系統(tǒng)，通過具體應(yīng)用，施工企業(yè)能夠獲取客觀的經(jīng)濟(jì)效益，從而接受BIM技術(shù)，且為中國的施工企業(yè)高效管理、接軌國際提供幫助。

利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對建筑信息、材料信息進(jìn)行儲(chǔ)存管理；利用CAD顯示技術(shù)顯示施工過程中的建筑工程，對承建工程進(jìn)行三維可視化處理。同時(shí)添加時(shí)間參數(shù)，使得在CAD上顯示的三維工程具有時(shí)間信息，也即當(dāng)前最新4D技術(shù)[4-5] 。數(shù)據(jù)庫與CAD結(jié)合實(shí)現(xiàn)工程中所有構(gòu)件信息管理及構(gòu)件繪制交互管理。

在施工過程中，針對設(shè)計(jì)變更只需要修改變更的地方，所有相關(guān)信息自動(dòng)同步更新；材料統(tǒng)計(jì)、工程進(jìn)度隨時(shí)查看；方便施工單位對施工進(jìn)度、工程成本進(jìn)行管理控制。通過計(jì)劃與實(shí)際工程材料的消耗進(jìn)行對比，獲取當(dāng)前工程施工進(jìn)度情況，科學(xué)地調(diào)整施工進(jìn)度計(jì)劃，即用PDCA循環(huán)管理流程對施工進(jìn)行有效管理，節(jié)約建筑材料，提高施工效率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)最大化的利潤[6] 。

1 施工企業(yè)材料管理

建筑工程施工成本構(gòu)成中，建筑材料成本所占比重最大，約占工程總成本的60%～70%。材料管理工作是施工項(xiàng)目管理工作中的重要內(nèi)容。通過對材料管理工作的不斷加深，可以使施工企業(yè)能更進(jìn)一步加強(qiáng)和完善對材料的管理，從而避免浪費(fèi)，節(jié)約費(fèi)用，降低成本，使施工企業(yè)獲取更多利潤。

1.1 建筑材料管理現(xiàn)狀

材料作為構(gòu)成工程實(shí)體的生產(chǎn)要素，其管理的經(jīng)濟(jì)效益對整個(gè)建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系極大。就建筑施工企業(yè)而言，材料管理工作的好壞體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是材料損耗；另一方面則是材料采購、庫存管理。

對企業(yè)資源的控制和利用，更好地協(xié)調(diào)供求，提高資源配置效率已經(jīng)逐漸成為施工企業(yè)重要的管理方向。當(dāng)前沒有合適的管理機(jī)制適應(yīng)所有施工企業(yè)的材料管理。傳統(tǒng)方法需要大量人力、物力對材料庫存進(jìn)行管理，效率低下，經(jīng)常事倍功半。計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展也出現(xiàn)很多施工管理方面的軟件，但都是功能繁雜、操作復(fù)雜，不利于推廣使用。

1.2 BIM技術(shù)與材料管理結(jié)合

BIM價(jià)值貫穿建筑全生命周期，建筑工程所有的參與方都有各自關(guān)心的問題需要解決。但是不同參與方關(guān)注的重點(diǎn)不同， 基于每一環(huán)節(jié)上的每一個(gè)單位需求，整個(gè)建筑工程行業(yè)就希望提前能有一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)作為參考。BIM恰恰就是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)絕佳手段， 它利用數(shù)字建模軟件，把真實(shí)的建筑信息參數(shù)化、數(shù)字化后形成模型，以此為平臺，從設(shè)計(jì)師、工程師到施工、再到運(yùn)維管理單位，都可以在整個(gè)建筑項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行信息的對接和共享。BIM的兩大突出特點(diǎn)也可以為所有項(xiàng)目參與方提供直觀的需求效果呈現(xiàn)：一是三維可視化；二是建筑載體與其背后所蘊(yùn)含的信息高度結(jié)合。

施工單位最為關(guān)心的就是進(jìn)度管理與材料管理，利用BIM技術(shù)，建立三維模型、管理材料信息及時(shí)間信息，就可以獲取施工階段的BIM應(yīng)用，從而對整個(gè)施工過程的建筑材料進(jìn)行有效管理。

1）建筑模型創(chuàng)建

利用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)建筑中各類構(gòu)件信息：墻、梁、板、柱等。包括材料信息、標(biāo)高、尺寸等；輸入工程進(jìn)度信息：按時(shí)間進(jìn)度設(shè)置工程施工進(jìn)度（建筑樓層或建筑標(biāo)高）；開發(fā)CAD顯示軟件工具，用以顯示三維建筑：在軟件界面對各類建筑構(gòu)件信息進(jìn)行交互修改。

2）材料信息管理

材料庫管理設(shè)計(jì)交互界面，對材料庫中的材料進(jìn)行分類、對各類材料信息進(jìn)行管理：材料名稱、材料工程量、進(jìn)貨時(shí)間等。對當(dāng)前建筑各個(gè)階段的材料信息輸出：材料消耗表；資料需求表；進(jìn)貨表等。

2 材料管理BIM模型創(chuàng)建

利用數(shù)據(jù)庫管理軟件和三維CAD顯示軟件對所需的材料管理建立三維建筑模型，用軟件實(shí)現(xiàn)材料管理與施工進(jìn)度協(xié)同。與時(shí)間信息結(jié)合實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在施工材料管理中4D技術(shù)應(yīng)用。

2.1 軟件模型

模型采用SQLite數(shù)據(jù)庫，用于對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，輸入輸出所有模型信息。圖形顯示用Autodesk公司的AutoCAD為平臺。用Autodesk公司提供的開發(fā)包ObjectAＲX及編程語言VisualC 進(jìn)行BIM材料數(shù)據(jù)庫、構(gòu)件數(shù)據(jù)信息化及三維構(gòu)件顯示模型開發(fā)。在AutoCAD平臺上編制相關(guān)功能函數(shù)及操作界面， 以數(shù)據(jù)庫信息為基礎(chǔ)，交互獲取數(shù)據(jù)顯示構(gòu)件到CAD平臺上。通過使用開發(fā)的工具， 進(jìn)行人機(jī)交互操作，對材料庫進(jìn)行管理；繪制建筑中各個(gè)樓層的構(gòu)件，并設(shè)定構(gòu)件屬性信息（尺寸、材料類別等）。操作界面如圖1所示。

1）材料數(shù)據(jù)庫

通過材料管理庫界面對當(dāng)前工程的所有建筑材料進(jìn)行管理，包括對材料編號、材料分類、材料名稱、材料進(jìn)出庫數(shù)量和時(shí)間、下一施工階段所需材料量，隨時(shí)查看材料情況，及時(shí)了解材料消耗、建材采購資金需求。

2）樓層信息

設(shè)定樓層標(biāo)高、標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)、樓層名稱等信息，便于繪制每層的墻、梁、板、柱等建筑構(gòu)件。施工進(jìn)度按樓層號進(jìn)行時(shí)間設(shè)置時(shí)，將按施工樓層所需建材工程量進(jìn)行材料供應(yīng)準(zhǔn)備。

3）構(gòu)件信息

建筑的基本構(gòu)件包括基礎(chǔ)、墻、梁、板、柱、門窗、屋面等。對構(gòu)件設(shè)置尺寸、標(biāo)高、材料等屬性，繪制到圖中，并把其所有信息保存到數(shù)據(jù)庫中，CAD作為顯示工具及人機(jī)交互的界面。

4）進(jìn)度表

按時(shí)間進(jìn)度設(shè)定施工進(jìn)度情況，按時(shí)間點(diǎn)輸入計(jì)劃完成的建筑標(biāo)高或建筑樓層數(shù)，設(shè)定各個(gè)施工階段，便于查看、控制建筑材料的消耗情況。

5）報(bào)表輸出

根據(jù)工程施工進(jìn)展，獲取相應(yīng)的材料統(tǒng)計(jì)表。包括已完工程材料匯總表、未完工程所需材料匯總表、下階段所需材料匯總表、計(jì)劃與實(shí)際材料消耗量對比表等，便于施工企業(yè)隨時(shí)了解工程進(jìn)展。工程進(jìn)度提前或是滯后，超支還是節(jié)約，及時(shí)對工程進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，避免資金投入或施工工期偏離計(jì)劃過多，造成公司損失。

2.2操作流程

通過開發(fā)的軟件利用，實(shí)現(xiàn)材料管理；在工程施工、 材料管理、工程變更等各個(gè)方面進(jìn)行協(xié)同處理。流程如圖2所示，主要通過以下步驟達(dá)到科學(xué)管理材料的目的。

1）管理材料庫

輸入材料信息，材料編碼、類別、數(shù)量、獲取材料日期。

2）創(chuàng)建建筑模型

設(shè)定樓層信息；繪制墻梁板柱等建筑構(gòu)件，設(shè)定各個(gè)構(gòu)件材料類別，尺寸等信息。

3）設(shè)定工程進(jìn)度計(jì)劃

按時(shí)間設(shè)定工程施工進(jìn)度，按時(shí)間設(shè)定施工完成樓層或完成建筑標(biāo)高。

4）變更協(xié)調(diào)

輸入變更信息，包括工程設(shè)計(jì)變更、施工進(jìn)度變更等。

5）輸出所需材料信息表

按需要獲取已完工程消耗材料表、下個(gè)階段工程施工所需材料表。

6）實(shí)際與計(jì)劃比較

獲取工程施工管理中出現(xiàn)的問題：進(jìn)度問題、材料的庫存管理問題，及時(shí)調(diào)整，避免巨大損失。

3 應(yīng)用輸出

基于BIM技術(shù)并結(jié)合軟件的開發(fā)利用，施工企業(yè)的材料管理可以實(shí)現(xiàn)智能化，從而節(jié)約人力、控制成本，具體可以實(shí)現(xiàn)以下所需結(jié)果。

1）即時(shí)獲取材料消耗情況隨時(shí)根據(jù)需要獲取某個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前所有的材料消耗量，從而根據(jù)材料信息獲取相對應(yīng)的工程造價(jià)，及時(shí)了解資金消耗情況。

2）獲取下個(gè)階段施工材料需求量預(yù)測后續(xù)各個(gè)階段的材料需求量，確保資金按時(shí)到位，保證按施工進(jìn)度提供相應(yīng)建筑材料。避免庫存超量、浪費(fèi)倉儲(chǔ)空間、減少流動(dòng)資金。從而盤活庫存，實(shí)現(xiàn)材料適量供應(yīng)。

3）即時(shí)更新工程變更引起的材料變化工程設(shè)計(jì)變更、施工組織設(shè)計(jì)變更等都會(huì)對材料管理產(chǎn)生巨大影響。采用BIM管理技術(shù)，隨時(shí)把變更信息輸入模型，所有材料信息自動(dòng)更新，避免材料管理信息因變更不及時(shí)或更新不完全而造成損失。

4 結(jié)語

通過對BIM技術(shù)的深入理解，把BIM技術(shù)應(yīng)用到施工領(lǐng)域，利用數(shù)據(jù)庫和CAD三維顯示技術(shù)，把施工進(jìn)度與建筑工程量信息結(jié)合起來，用時(shí)間表示施工材料需求情況， 仿真施工過程中材料的利用，隨時(shí)獲取建筑材料消耗量及下一階段材料需求量，使得施工企業(yè)進(jìn)度上合理、成本上節(jié)約。從而在施工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信息化技術(shù)的應(yīng)用，把施工管理的技術(shù)水平提高到新的高度。

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