基于BIM技术在工程变更管理中的应用

    谢维 维姜涛

    （四川同兴达建设咨询有限公司,

    四川成都610041）

    摘要：建造业的工程变更管理对整个项目管理的意义重大，但多数建设项目在处理工程变更的方式上存在滞后性，变更信息的传递出现断层，不准确，不及时的现象。本文针对现阶段工程管理中的变更管理问题，通过正在建设的项目案例，总结通过BIM技术辅助工程变更管理对项目建设带来的好处。

    关键词：BIM技术；变更管理；5D平台

    0引言

    随着建筑行业的快速发展和日益扩大，近些年建筑行业的信息化管理成了项目建设管理的重中之重，尤其是在工程变更的数字化管理上面。众所周知，项目在建造过程中不可避免会发生很多变更，往往变更的出现会对整个项目建设的工期及价款方面造成很大的影响，因此如何利用新的技术来提高工程变更的管理水平及规避掉不必要的变更，提高项目建设各参与方的信息交流及信息共享，成为了当前项目变更体现管理的重点。长期以来工程变更的管理手段过于单一，基本停留在手工作业，在管理上存在很多问题，不重视设计阶段的预先控制，项目参与方之间的沟通协调不足，工程变更发生后的信息管理手段落后，缺乏专业的软件支持等。BIM技术的引入，可以更加有效地解决这些问题，辅助项目管理者开展工作，以达到缩短工期、节约成本、减少变更的目的。

    1基于BIM技术的工程变更管理

    1.1工程变更产生的原因

    （1）主观因素

    业主层面：对项目前期可行性研究存在不足。在项目的建设过程中，对工程项目的目标需求发生变化。

    施工方层面：施工过程中工艺和方法发生变化。施工深化设计不彻底不完善。根据实际情况提出的合理化建议。

    设计方层面:设计方案不合理。设计出错或遗漏。设计过程中各专业配合不当。

    （2）其他客观原因

    政府为推动新材料、新工艺和新技术和建筑市场的有较发展，颁布新的政策法规。

    由于勘察不充分或发生不可抗力等原因导致的施工环境、施工条件变化。

    由于合同条款的不充分导致对工程项目的目标控制不当而产生的变更。

    1.2现阶段工程变更管理存在的问题

    （1）变更管理的预先控制不到位

    当前国内工程建设项目中，大部分变更产生的原因是设计的遗漏和错误，而变更的控制方式往往是在施工阶段针对变更做出弥补，并不是预先控制。这与工程在设计阶段以二维图纸表达为主有一定关系，二维图纸往往不能很好的表达设计师和业主的意图，且二维图纸不能有效的解决管线综合的问题，因此各专业管线之间存在的碰撞只有在施工的时候才能发现。

    （2）参与方众多，组织协调困难

    工程项目的建设是由多家单位，多个人员共同参与完成，这就需要各单位、各参与方进行良好的沟通协调。但由于传统的工程管理模式中，没有一个良好的协同平台提供给项目参与者，不能及时对接工作，特别是在处理变更的过程中，导致各参与方信息不能及时共享和发布，信息延误。

    （3）缺乏对变更发生后的合理控制和职责划分

    如果项目缺乏完善的工程变更实施流程和严格的管理制度，导致对变更的处理存在不同的意见，现场管理困难，会影响变更的处理效率，阻碍了项目建设的合理、高速进行。

    （4）信息化水平滞后，信息共享不及时

    传统工程变更管理，信息传递主要通过管理人员书面沟通，纸质文件逐级传递，但由于工程项目的体量庞大，过程文件繁多，过程中存在很多弊端，文件传递周期长，纸质资料容易损坏丢失。除此之外，工程变更的管理未能有较及时闭合流程，领导不能及时掌握变更的处理情况

    1.3基于BIM技术的变更管理优势

    （1）三维模型便于设计查漏补缺，减少设计阶段图纸错误

    在项目设计阶段创建三维模型，设计师更容易发现设计错误，便于修改。特别是在图纸会审过程中，由于二维图纸的局限性，审图人员很难做出准确的检查和判断，到实际施工过程中才会发现问题的存在，造成工程设计变更，而BIM技术具有可视化，参数化等特点，利用BIM技术构建的三维信息模型，可为图纸会审人员提供更为直观的参考。

    （2）可视化直观反应碰撞位置，减少变更发生

    其次三维模型具有可视化的特点，能够更好的展现各专业的空间布局、管线走向，通过BIM碰撞检测功能对不同专业模型进行碰撞检测分析，尽早发现各专业之间的碰撞点，反馈给设计单位修改，减少施工过程中的返工，减少后期变更的可能。

    （3）信息传递更方便有效

    施工过程中运用BIM技术，在发生变更的时候，通过共享的BIM模型对变更信息动态管理，一旦发生变更，建模人员对模型做出修改后，其他参建人员拿到的模型数据也随之更新，信息得以及时传递。

    （4）变更信息实时反映

    项目过程中产生的变更及附件资料，通过BIM技术能实时提取变更前后工程量是，把这些变更量化后上传到信息平台，对数据集成，实现变更前后的对比。

    2案例介绍

    2.1项目介绍

    四川大学华西医院转化医学综合楼项目位于成都市武侯区电信路5号玉华村，占地面积9323.89m?，其地形态为边缘不规整的L型，其南侧为住宅建筑，北侧为医院建筑，西侧与华西医院第一住院楼之间相隔电信路。该项目建设内容包含华西医院转化医学综合楼项目一栋以及横跨电信路架空连廊工程。总建筑面积50480m?，其中地上面积39760m?、地下面积10460m?、室外横跨电信路架空连廊面积260m?。

    2.2项目建设变更管理重难点分析

    华西医院转化医学综合楼项目建成后作为全国目前仅有的五个国际级转化医学中心之一，建设工作受到各级领导高度关注和重视，教育部、国家发展改革委、国家卫健委的相关领导曾多次亲临现场指导，四川省委、省政府对该项目高度重视，省长亲自研究协调，省发展改革委、省重点办将之纳入全省重点项目，并会同省直相关部门、成都市政府全力推进。

    该项目于2019年5月11日开工，预计竣工日期2020年12月底竣工，项目整体工期紧张，在整个施工周期内，需合理组织，精心安排各个阶段的工作内容、工作程序、持续时间及衔接关系，编制详细的进度实施计划，并实时分局实际情况调整，其重难点主要体现在：

    （1）施工环境条件复杂，协调困难

    本工程的施工区域狭窄，从环境来讲，本项目地处市中心地带，西临电信路，南临玉华村道路。交通拥堵，影响施工环境因素较多，本项目与周边小区紧邻，存在施工与各居民协调。

    （2）机电单位系统复杂多样，施工难度高

    本工程为医疗综合楼，是一个多学科、多专业的综合体，机电系统复杂。除普通民用管道电气外，还有各种医用管道电气系统，如医疗气体系统、气动物流系统。洁净手术室、层流无菌病房和ICU重症监护室房间要求采用净化空调。

    （3）本工程涉及专业众多，总承包协调管理难度大

    本项目涉及到众多的专业分包工程、独立工程等，工艺工法复杂，对各专业各工序的协调管理尤为重要，因此总承包的管理工作也是的项目建设过程的难点之一。

    2.3基于BIM的变更管理实施策划

    本项目关注度高，机电系统复杂，因此更需要先进的技术手段和管理模式，将BIM技术应用至辅助项目建设过程中，特别是成本管理和工程变更的信息化管理。对项目工程变更管理流程中BIM应用的具体流程、实施组织架构、数据协同平台的管理进行合理的规划。针对设计阶段和施工阶段，对影响BIM辅助变更管理的应用点做了策划。变更发生后，对初使各专业模型做出调整，进行动画展示，对工程变更的动态信息数据集成，上传至BIM协同管理平台。

    2.3.1项目BIM技术应用组织架构

    本项目为提高质量、缩短工期、节约经费、优化项目设计和后期运维、同时提升工程建设质量和项目综合管理水平，打造医院类项目信息化建设的标杆。项目全面开展BIM技术应用，形成以业主为主导、BIM咨询策划和协调，各参建单位共同参与的BIM工作组织模式。其组织架构图如下图1所示。

    2.3.2项目变更管理各方职责

    （1）建设单位

    建立项目BIM领导小组，对项目的BIM辅助变更管理工作的开展提出要求，并且对变更管理的方案及流程进行审核，对平台的使用提出意见和建议，对成果进行确认。

    （2）BIM咨询单位

    统筹管理BIM工作，按建设单位要求策划和编制项目基于BIM的变更管理制度和实施流程，组织协调各方BIM应用，并对BIM辅助变更管理的实施提供技术支持，基于各阶段实时BIM模型提取工程量对比分析，审核各阶段项目参与方提交的BIM成果。搭建协同管理平台，对平台定期进行管理与维护。

    （3）设计单位

    负责设计阶段BIM模型创建及施工阶段的配合服务，利用BIM模型在方案阶段及初设阶段对建筑性能分析，利用BIM的可视化特点发现二维平面图设计不合理的地方并作出优，避免因设计不完善造成的变更。

    （4）造价咨询单位

    负责造价控制方面的BIM应用，在发生变更后，能够运用BIM技术进行变更前后的造价对比，提高算量精度。

    （5）施工总承包单位

    接收设计单位提供的模型，并对设计模型进行校核和调整和深化设计，根据变更实时调整BIM模型。发起变更管理的信息化流程并提交相关资料。

    （6）监理单位

    监理单位应该具备基本的软件操作能力，能审阅BIM模型，应配合BIM咨询单位对施工单位提供的BIM成果进行审查。

    2.3.3管理制度及流程

    项目前期，经过前期调研和业主沟通，编制了本项目相应的实施方案、管理制度及流程，指导BIM技术在项目的开展，辅助业主进行项目管理。利用BIM模型验证现场设计变更，演示变更前后效果、提取工程量、进行经济性和可操作性等分析。

    2.4基于BIM的变更管理实施应用

    2.4.1设计阶段

    （1）设计模型创建

    根据项目要求，设计阶段通过创建三维BIM模型满足后期施工及工程变更信息化管理的需求，为项目的信息化建设奠定良好的基础，创建了包含土建模型、机电模型为一体的项目BIM模型。

    （2）设计图纸问题发现

    结构图纸在建模阶段共发现问题28处，建筑专业在建模阶段共发现问题15处，结构与建筑存在冲突的位置共计18处，并在早期图纸会审中提出，减少了在施工过程中变更的发生，不仅节省了工期约15天，还避免了因返工造成的费用约35万元。

    机电安装专业通过BIM建模发现的图纸问题共计33处，其中暖通专业11处，给排水专业10处，电气专业3处，特殊部位回旋加速器房间9处，预计节约工期7天，节约成本0.7万元。

    2.4.2施工阶段

    （1）场地布置

    该项目施工场地狭窄，若不能合理规划安排场地布置，会导致材料设备进场后的二次搬运，甚至造成变更，项目在施工阶段利用BIM技术对华西转化医学综合楼项目三维场地进行建模，解决了二维图纸难以解决材料合理堆放，设施设备进场，生活办公区布置等问题。

    （2）碰撞检测

    三维模型具有可视化的特点，通过对三维模型的碰撞检测能够及时发现设计过程中的错漏碰缺，避免施工过程中发生返工的现象，借助Fuzor软件的虚拟漫游功能，提前深入建筑内部发现设计不合理和各专业具有冲突的地方，从而做到对工程变更的预先控制。

    目前项目的机电深化工作已经完成地下一层至地上八层部分，通过在Navisworks中碰撞检测，发现碰撞问题2万余个，其中机电管线与结构之间的碰撞共计2807个，机电管线自身各专业之间的碰撞共计18321个。我们将碰撞点按照对施工造成的影响程度分为三类，再将其调整的困难程度分为三个等级，统计以下表格。

    对初版施工图进行建模后，通过碰撞检测功能，对各碰撞点分类得出，大多数碰撞点会对施工造成巨大影响，甚至影响施工的正常进行。且对施工造成影响的碰撞中，调整困难的占大多数。这些碰撞问题若遗留在施工过程中解决，会无端浪费大量工时，造成返工，浪费大量材料。通过BIM建模提前暴露这些问题，对管线进行深化设计，目前已解决掉碰撞点11058个，直接节约成本约116万。

    （3）深化设计模型

    设计单位移交的成果模型往往精度上达不到施工要求，会遗留一些问题需要在施工阶段解决，施工单位BIM工作人员需将模型进行深化，特别是管线方面，施工单位需根据项目特点及施工工序安排等综合考虑，对各专业管线进行综合排布，该项工作在机电安装进场之前完成，可减少大量返工，节约工期及成本。深化设计前后对比如下表。

    （4）净高分析

    净高分析是基于优化的机电管线排布方案，对建筑物的竖向设计空间进行检测分析，利用BIM三维可视化技术，调整各专业管线排布，最大化提升净空高度，优化后的净空高度同设计方案对比，提前向业主展示，得到业主方的认可方可施工，可避免后期施工过程中因为净高的问题产生变更。

    对管线综合后的模型进行净高分析，记录吊顶标高不满足设计要求的部位，邀请业主、设计、监理等单位参加会议讨论，通过漫游视频展示不能满足设计要求标高的部位及原因，并在会后将讨论内容形成文档，确定新的净高控制要求，避免了在施工过程中再发现问题，产生不必要的变更。通过BIM净高分析发现二装净高问题共计37处，预计节约成本共计6660元。

    （5）5D平台应用

    为了提高该项目的信息化管理水平，项目搭建了BIM协同管理平台，对工程中的进度、质量安全、成本与BIM模型结合进行动态管理，及时将现场情况上传至工作信息平台上进行存储和分享。

    项目进行中，总包方每周对现场实际进度进行记录，与计划进度形成对比，可直观的反应施工是否按计划进行，同时将进度关联模型，模型关联清单，直观的反应施工现场物料的使用情况和成本的动态曲线。

    基于BIM5D技术的施工现场变更管理是利用BIM5D的信息平台创建工程变更任务，通过现场手机拍照等方式记录问题后，发起任务流程，将图纸，照片等文件传递给相关单位及管理人员，相关负责人在收到信息提示后，按时整改，整改完成后资料自动归档，达到工程变更管理的有效记录，可追溯，可查询的目的，让工程变更管理过程更加透明化，实现建设项目的信息化高效管理。

    例如:该项目的机电安装部分1号变更，该变更由项目的施工总承包单位提出，考虑项目B1F层给排水设计图纸中W-2、FL-06、FJL-2、YL-2、YL-3系统，按照设计给定的穿梁标高-1.15m高度出户，系统图给定1%坡度，通过BIM建模发现存在重力管水平支管与梁之间的碰撞。因此提出变更，将支管上翻穿梁布置，系统出户标高改为-1.25米。

    2.5基于BIM的变更管理小结

    工程建设项目过程中均会发生变更，有些变更是有益且必要的，而有些确是非必要且具有破坏性的，如果过程中不能有效地规避，或者做到合理的管理，那么将会产生很高的代价。该项目通过BIM技术，在项目设计阶段通过BIM模型发现设计图纸问题，并在项目开工之前解决了这些问题。正式开工前，通过对场地布置的三维建模，对项目材料的堆放，设备的进场进行了分析，得出了最佳场布方案。在施工准备阶段，通过碰撞检测及净高分析，提前发现了设计不合理的地方及各专业之间的碰撞问题，通过施工深化设计，对管线的排布进行了优化，将施工过程中会产生的拆改提前解决。基于BIM5D技术搭建协同管理平台，将模型与清单进行关联，基于BIM模型快速出量的特点，变更发生后修改模型可快速统计出工程量的变化。最后通过BIM5D平台的变更管理流程的创建对项目变更管理的流程进行了统一管理，实时掌握变更的处理情况。

    通过BIM技术前期发现图纸问题，碰撞检测发现管线碰撞问题，净高分析发现二装净高问题。

    3结论与展望

    3.1结论

    BIM技术作为建筑业新兴的一门技术，对全生命周期的项目管理带来了巨大的影响。本文介绍了将BIM技术引入到工程变更管理中，提出采用信息化的手段对工程变更进行管理，并基于BIM5D平台搭建了变更管理工作流程，实现信息化高效管理，现得出以下结论：

    （1）BIM技术凭借其可视化、参数化的特点，大幅度提高了设计质量及精度，减少设计的错漏碰缺现象，通过各专业间的碰撞检测，及时发现并减少碰撞点，优化各专业的空间布局，在项目前期达到预先控制的目的。

    （2）该项目利用BIM技术创建的基于BIM5D的变更信息共享平台，实现了对变更信息的动态可视化管理。模型承载的信息随着模型的变更而及时更新，对变更工程量及变更工程款的变化实时追踪。

    （3）BIM5D平台提供了让各个参与方在同一平台上实现变更技术的及时共享，提高了各参与方之间的协调沟通能力，同时将工程变更信息及时反馈到项目决策者手中，便于整个建设项目管理目标的实现。

    3.2展望

    我国BIM技术的应用时间不算太长，目前还处在初级阶段，还需要进一步的研究和发展。希望能进一步完善基于BIM技术的工程管理信息共享管理平台，实现数据的准确、高效交互。进一步完善国家BIM应用标准，促进建设项目利用BIM技术提高项目管理效率及管理水平，提高项目变更及成本管理水平。

    参考文献：

    [1]上海申康医院发展中心.上海市级医院建筑信息模型应用指南(2017)[M].同济大学出版社,2017.11.

    [2]余雷,张建忠,蒋凤昌等.BIM技术在医院建筑全生命周期中的应用[M].同济大学出版社,2017.

    [3]中国医院协会,同济大学复杂工程管理研究院.医院建筑信息模型应用指南[M].同济大学出版社,2018.10.

    [4]郝敏,李立军.基于BIM技术在工程变更信息共享平台的创建[D].大连理工大学硕士学位论文.2018.6.

    [5]刘素琴,杜晓玲.BIM技术在工程变更管理中设计阶段的应用研究[D].南昌大学硕士学位论文.2014.5.

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