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    基于BIM的建设工程全寿命周期项目管理研究_赵灵敏.docx

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    基于BIM的建设工程全寿命周期项目管理研究_赵灵敏.docx

    山东建筑大学硕士学位论文题目 基于 B I M 的建设工程全寿命周期项目管理研究 计学位论文 45 页 插 图 2 4 幅 评 阅 人 指 导 教 师 邓 晓 红 教 授 学 院 院 长 徐 友 全 教 授 学位论文完 成曰期 2014 年 4 月 原创性声明 本人郑重声明所提交的学位论文是本人在导师的指导下,独立进行研究取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外,论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也 不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研 究 作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责 任。 学位论文作者签名 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定,即山东 建 筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘,允许论文被 查 阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进 行检索,可以采用影印、缩印或其它手段保存、汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名 日期 i-is 摘要 大型建设项目己在我国建筑业中占据极大的比例,实现建设项目全寿命周期管理是 项 目管理追求的目标,实施全寿命管理能更加有效的掌控项目策划、实施及运营各阶段, 以 达到为工程建设增值的目的。然而,随着建筑规模及建筑复杂程度不断提高,建设期 增长, 项目参与人员众多,许多大型项目的项目管理工作很难一一落实。信息缺失、信 息集成化 程度低,各方参与者沟通协调困难成为项目管理者的一大难题,另外,组织模 式、技术方 面也不能满足大型项目的建设要求。建设信息模型( BIM的出现,给建设 项目全寿命周 期管理带来新的契机,它将信息化技术引入项目全寿命周期,并用数字化 手段将项目管理 的各阶段统一起来,通过实现可视化、系统协调、模拟优化、专业出图 等一系列在传统项 目管理中无法实现的功能,有效地协调了各参建方的沟通 f 形成了一 种以 BIM 技术为中心 的新的项目管理模式。 本文通过了解 BIM 模型在国内外的应用现状,对基于 BIM 的项目全生命周期管理 进 行了深入研究。文章采用了文献研究法、定性研究法、案例研究法等多种研究方法, 分析 了基于 BIM 的新型管理组织模式,并在此基础上研究 BIM 在建设工程项目全寿命 周期中 的应用,研究证明了 BIM 在各阶段的应用能够解决传统项目管理中出现的问题。 另外, 论文以山东省会文化艺术中心大剧院工程为例,具体介绍了 BIM 模型从项目前期 策划到 运营维护各阶段的实际应用,事实证明 BIM 技术在提高工程质量、优化系统功能、 节约 资源、提高管理水平方面取得了很好的效果。 论文通过分析得出 BIM 在建设项目管理中能够发挥巨大的作用,为项目管理开辟了 新 的道路,更成为建筑行业完全走向信息化的桥梁和工具。我国的 BIM 技术仍处于初级 阶 段,在未来的发展中难免会遇到困难和障碍,这有赖于项目管理者在项目建设中不断 地探 索和改进, BIM 在全寿命周期中的应用将有很大的研究与发展空间。 关键词建设项目, BIM 模型,全寿命周期,项目管理,信息化 Life Cycle Management of construction projects research based on BIM Zhao Lingmin School of Management and Engineering Directed by Deng Xiaohong ABSTRACT Large construction projects has occupied a great proportion of the construction industry in our country , to achieve the fiill life-cycle management of constraction projects is the goal of project management , life-cycle management can implement more effective control of project planning, implementation and operations of each stage in order to achieve as the project has added value . However, as the size of the complex degree of continuous improvement and building construction , construction of growth 9 many people involved in the project, many project management of large projects is difficult to put into practice Ination is missing the low degree of integration of ination 5 communication and coordination difficulties participant parties become a major problem project managers , in addition, organizational models 5 technology can not meet the requirements of large-scale construction projects Building ination modeling BIM appeared, to the construction project life cycle management to bring new opportunities it ination technology into the project life cycle , and use digital means to the various stages of project management unify through visualization system coordination, simulation and optimization 5 in a series of traditional project management can not be achieved in the plot and other professional fbnctions effectively coordinated communication among participation party, ed a kind of BIM technology-centric new project management model. Learn BIM model in this paper application statais at home and abroad , for the entire life -cycle management BIM -based projects conducted in-depth research . Article uses a literature study, a variety of qualitative research s , case studies to analyze the organizational model based on the new management of BIM and BIM in construction engineering research project life cycle on this basis 5 studies have shown that BIM at each stage of the application of traditional project management can solve the problems . In addition , the paper Shandong provincial Cultural Arts Center Theater as an example, introduces the BIM model from pre-project planning to the operation and maintenance of the various stages of the application , the fact that BIM technology to improve project quality , optimizing system functionality conserve resources, improve management level achieved good results. Papers obtained by analysis of BIM in construction project management can play a huge role in the project management has opened up new roads, the construction industry to become more folly to bridge tiie ination and tools . Our BIM technology is still in its infancy, the future development will inevitably encoimter difficulties and obstacles 5 which depends on project manages continue to explore and improve the project construction BIM application life- cycle will be of great research and development space. Key Words construction projects , BIM model 5 full life cycle , project management, ination technology 目录 M ................................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................ II 第 1 章 绪 论 .............................................................................................................1 1.1 研究背景 .......................................................................................................................... 1 1.2 研究意义 .......................................................................................................................... 2 1.3 研究方法 .......................................................................................................................... 3 第 2 章相关理论研究 ....................................................................... 5 2.1 建筑信息模型 .................................................................................................................. 5 2.2 全寿命周期项目管理理论 .............................................................................................. 9 第 3 章 基 于 BIM 的建设工程管理组织模式 ...................................................12 3.1 传统的建设工程管理组织模式 .................................................................................... 12 3.2 基于 BIM 的建设工程管理组织模式 ........................................................................... 16 3.3 两种组织模式的比较 .................................................................................................... 17 第 4 章 BIM 在建设工程项目全寿命周期中的应用 ...........................................20 4.1 前期策划 ........................................................................................................................ 20 4.2 设计准备与设计 ............................................................................................................ 23 4.3 施工准备与施工 ............................................................................................................ 25 4.4 竣工验收与移交 ............................................................................................................ 27 4.5 运营维护 ........................................................................................................................ 28 4.6 BIM 在项目管理各个阶段接口中的应用 ................................................................... 29 第 5 章 案 例 分 析 ................................................................................................ 3 0 5.1 项目概述 ........................................................................................................................ 30 5.2 BIM 在项目全寿命周期中的应用 ............................................................................... 31 5.3 应用分析 ........................................................................................................................ 38 第 6 章 结 论 ......................................................................................................... 4 0 ........................................................................................................................4 /R iB .......................................................................................................................... 44 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况 .................................................................. 45 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景 目前,我国正处于高速城镇化模式的建设时期,全国各地的建设项目每年数以万计 的 增长,数量可谓庞大。其中,大型复杂项目的迅猛增加,以高层、大体量项目为例截止 2011 年底,我国在建超高层、大体量建筑已超过 200 余栋,据有关部门预测 2016 年,我国的超 级建筑总数将达到 800 栋,为美国同类工程总数的 4 倍 1。大型建设项目 的突出特点是投 资规模大、技术要求高、建设工期紧、参建单位多、各方的组织、沟 通与协调困难等,这便 为项目管理方提出挑战,大大提高了项目规划、设计、施工、投 资、质量、进度控制等方面 的管理难度。如何将参建单位建立一个以项目为核心的临时 性高效组 织,运用科学、系统的 管理方法,对项目进行高效率的策划、组织、控制和协 调,确保从项目前期策划、规划、建 设到项目的运营管理等项目全生命周期的各个环节 都能实现科学、统一、精确的管理,实现 各项目标控制,成为项目管理者的最大挑战。 一个工程项目从前期策划到投入运行和维护过程持续时间长并涉及大量参与人员, 其 中各个阶段所产生的数据、信息量更是巨大的。信息在传递与更迭过程中缺乏连续性 和有效 集成造成了建筑产业效率低下,而这表现在项目的不同阶段。如何能充分有效地 利用信息也 成为管理工作面临的问题之一。这就要 求优化或提出新的管理模式,过去几 十年的项目管理 工作中,管理人员一直期望解决信息孤岛、信息流失、信息失真、管理 效率不高、工作人员 冗余等方面的问题 2,管理组织模式的优化对项目管理中各相关角 色进行重新定位,调整管 理结构,创新管理手段与切入点,这成为新时代项目管理的客 观要求。 在组织模式方面,传统的项目管理组织模式(如直线型组织结构),比较适合小型 项 目,一旦项目规模增大,组织管理层次增多、权利过度集中等原因,必然会带来人员 增加、 横向交流减少、管理效率降低、信息沟通不畅或丢失、应对外界反应迟钝等一系 列问题,因 此难以满足大型建设项目需要;矩阵型组织模式虽然具备一定的灵活性,提 高了项目资源和 人员的利用率,但各项目之间仍然存在着比较大的利益冲突,主要体现 在不同项目之间的人 员调动及设备等资源的调配比较难,需要足够的协调性。 在项目信息管理方面,过去仅仅依靠人工收集项目信息,运用项目管理软件等简单 的 管理工具实施项目管理的信息化,对于大型复杂的 建设项目管理而言显然已是 “ 昔日 黄花 ” 。 面对大型、超高层、大体量建设项目中的海量数据信息,做好项目管理便要求 具有相关专业知识及建筑信息数字化知识、熟悉整个项目实施过程的各专业工程师组成 的 高素质项目团队的参与;还要建立项目数据库、知识库等项目信息存储机制;更要有 能够 满足大型项目的信息全面收集、精确表达的专业数字化工具。 在技术支撑方面,过去几十年里,计算机技术的应用起到了显著效果,在建设项目 的 某些阶段已经实现了数字化。例如在工程设计阶段,计算机辅助设计 ( Computer Aided Design, CAD的应用已经普及, CAD 的应用部分或全部代替了手工设计,其精确度更 高,提高了设 计效率,大型的设计单位 CAD 出图率达到 1003。另外,在施工组织设 计、施工场地布 置、工程概预算、施工招投标等各方面都出现了相应的专业管理系统, 不同程度的提高了 工作效率和工作质量。但存在的问题是,分专业的信息化技术应用已 经打通,各阶段之间 (譬如方案、施工图、进度计划、造价、材料统计、结构分析、能 耗分析、运维之间), 在微观层面,各类信息化技术没有关联;宏观层面,技术信息化和 管理信息化之间未建立 桥梁和纽带。当今社会信息产业的迅猛发展,数字技术的日新月 异,而建筑行业的信息化 和数字化水平相较其它行业(如机械制造、电子等)已显得落 伍,处于一个非常尴尬的局 面。许多前沿的数字化技术及工具(如 BIM迫使建筑业被 动地做出变革。项目管理作为最 具有建筑业与信息产业粘合性能的行业,其信息化及数 字化发展程度直接影响着整个建筑 业的发展。这便要求项目管理工作,不但要在管理组 织模式上进行优化,还要对管理技术、 管理团队、管 理工具等方面做出改变。 目前,建设领域的信息化己经推广到建设项目全寿命周期,建筑业引入了类似在制 造 业中有关产品生命周期管理的概念,被称为建设项目全生命周期管理 ( Buliding Life-Cycle Management, BLM, 而对项目 全生命周期进行信 息化管理的建筑信 息模型 Buliding Ination Modeling, BIM也应运而生。不难想象,在整个建筑工程全生 命周期管理中,包 括从建筑项目的设计信息的创建与管理,到施工阶段设计信息的共享 , 以及运营阶段的设施 管理都是建立在建筑工程项目数据模型的基础之上,而用 BIM 这种 数字化手段,创建信息、 管理信息、共享信息,能够大大减少资产在建筑物整个生命期 中的无效行为,降低各类风 险。 1.2 研究意义 一个工程项目由前期策划、设计、施工准备与施工、竣工验收与移交、运营维护等 多 个阶段构成,并且涉及的参与方众多,项目的建设运营时间长,毫无疑问在这个复杂 的过 程中所产生的信息量是巨大的。调查及研究表明,在建筑项目的不同阶段,在传统 或者现 有的工作模式和技术水平下,在整个项目执行过程中,其信息的不连续及信息丢 失是造成生产效率低下的重要原因之一。因此,如何将大量的信息有效利用并在参与者 中 有效传达成为项目管理者面临的的主要挑战。另外,传统的施工图纸繁多复杂,可视 化程 度低,也给方案确定、设计协同、设计交底、现场施工等环节的沟通与管理带来困 难,给 项目建设带来许多不可预见的因素。 相较而言, BIM 具备了解决前述业界中存在问题的几乎全部要素。它是对整个建筑 行 业的变革,就像从 “ 甩图板 ” 到二维 CAD 出图一样,颠覆了整个行业的各个领域。 它将 整个建设项目的土木、建筑、机电、材料、造价、施工等全部融合到一个三维的数 字化的 模型中,形成一个多维度、多专业的数据模型,在施工之前就己经向参建各方展 示了项目 的最终效果及过程,具备海量的信息和强大的可视化功能。就如 Autodesk 公司 提出的 BM 概念 “ 建筑信息模型 ”( Building Ination Modeling, BIM,即在传统的 三维几何模 型基础上构建面向建设工程全生命周期的工程信息模型,并支持工程信息的 交换、共享和 管理,以实现 “ 建筑全生命周期管理 ” 4。 当然 , BM 功能之强大,对项目管理而言是一把利器,更是一种转变观念的加速器。一 方面, BIM 可以迫使传统的组织管理模式变更,形成以一套三维数字模型为核心点的 组织 形式 5。由于它的表达更具精细化、可视化,且变更更容易,成为策划研究、设计、 施工 及运营等领域人员的权威被认可者,迫使参建各方由原来的利益争端、沟通矛盾等 转移到 以 “ 项目利益高于一切 ” 的形态上来。 另一方面, BIM 抛开了原有思维,使用更为强大的信息化软件作为工具,推进了项 目 管理的高效发展进程。传统的项目管理将大量的精力耗费在与参建各方的协调与沟通 上, 且所使用的管理工具只停留在数据的收集、统计、分发等零散的、关联性不强的二 维或三 维软件,影响使用者对信息的理解。 BIM 几乎包含了项目的所有信息,且其具备 无可争辩 的准确度、强大的可视化、完整的数据库,可以帮助项目管理人员提升管理水 平,消除参 建各方的争议,提高项目管理质量与效率。 本文研究基于 BIM 的建设工程项目全寿命周期管理,致力于总结 BIM 技术在建设 项 目中应用的内容及发挥的重大作用,也对存在的问题进行 分析,从而促进 BIM 的推广 与应 用,创建基于 BIM 的数字化工程管理体系。 1.3 研究方法 本文将采用文献研究法、定性研究法、案例研究法中的一种或多种方法相结合进行 研 究分析,以期得出较满意的结论。现将几类研究方法的应用情况介绍如下 1 文献研究法 文献研究法主要是指通过搜集、鉴别、整理及研究文献,形成了对事实科学的认识。文 献法的提出课题或假设是指根据现有的事实、理论和需求,分析整理或重新归类研究 有关 文献,并形成新的构思 6。适用于研究不可能直接接触的研究对象,属于非接触性 的研究 方法。这种方法有利于纵向分析研究,研究所需的费用低、时间短、质量高。 本文通过网络学习、学校图书馆等方式,搜集与 BM 技术以及项目全生命周期管 理相 关的论文、期刊、书籍等文献资料,丰富了文章的理论基础,对本文的国内外现状 研究提 供文献支持。 2 定性研究法 定性研究是指通过对事物的深入的体验、调查和分析,获得对事物的深层次认知, 以 此判断对象的类型和性质 m。 本文通过对传统的建设工程管理组织模式的了解,分析研究了基于 BIM 技术的管 理 组 织模式,并对两者做出比较。基于对组织模式的研究本文又对在建设工程项目全寿命 周期 的各个阶段 BM 的应用做了深入研究,同时定性分析了在项目中应用 BIM 技术的 优越性、 存在的问题以及需要进一步改进的方向。 3 案例研究法 案例分析法是通过对具体案例的分析研究来探寻带有普遍指导意义的内在规律,从 中 导出一般的原理或理论 w。总体来说这是一种理论联系实际的方法,基于现有的理论 知识 对某一具体案例进行分析,再由此得出新的理论发现,在具体实施中,就是一种从 抽象到 具体再到抽象的过程。 本文通过研究大剧院项目全寿命周期中 BM 技术的应用,例证了 BIM 在项目管理 中 的优越性,从而支撑了文章的研究结论。 第 2 章 相 关 理 论 研 究 2.1 建筑信息模型 2.1.1 建筑信息模型( BIM的概念 在国内,建筑信息模型一般认为是 Building Ination Modeling 的英文翻译,简称 BM。住房和城乡建设部工程质量安全监管司处长对 BM 作出了解释,她表示 BIM 技 术 是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项目的相关信 息, 在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对 各种建 筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方 建设主体 提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作 用 9。 按照美国国家 BIM 标准 NBMS对 BIM 的定义 1 ,可将定义分成三个部分 1 BIM 是一个建设项目物理和功能特性的数字化表达; 2 BM 是一个知识资源共 享的过程,即分享有关整个建设项目的所有信息,为 从 建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程; 3 在项目的不同阶段,参建各方通过在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息, 以 支持和反映其各自职责的协同作业。 BIM 是一种数字化的表达方法,由于其能够允许参建各方获取和插入各自领域和专 业 的项目信息,使项目参建各方能够开展更深度的协同工作; BIM 模型中数据高度集中, 利 于项目集成化管理,其信息和数据的精准性又可提高项目进程的效率,减少风险;根 据 BIM 模型数据特点,可针对项目进行光照、风速、采光等方面的分析,还可以利用模 型与 项目进度安排对施工进行模拟;同时,还可以将项目模型中的工程信息提取出来, 用于项 目的概预算。总之, BIM 具有多维特性,是一种高度精确表达的建设项目的虚拟 建设。 2.1.2 建筑信息模型( BIM的特点 BIM 除了具备项目的全面信息外,还具备如下特点 11 1 可视化 BIM 提供的可视化不仅是三维的立体实物图,它更能表达实物图的 构件信息。换言之, BIM 的可视化是经过工程中实际使用的带有参数的构件自动生成的,同 种构件之间具有互动性和反馈性的可视,是过程的可视化,而且它还可以帮助项目设 计、 建造、运营等各阶段在可视化进行。 2 协调性 BIM 的协调性主要体现在各专业之间的技术协调以及管理方对参建 各 方的利益协调。传统的专业之间的协调主要体现在项目实施过程中,在遇到问题的时 候组 织有关人员召开协调会议,研究解决问题的办法,这种协调具有滞后性,即往往在 实际操 作中遇到问题后解决,而不是在问题出现之前就能够预见性地解决; BIM 能够避 免了这些 弊端,因为它是可视化的,项目内部的复杂的空间构造及构件信息都能精确地 表达,绝大 部分问题都能在施工前解决掉。如 BIM 可在建筑物建造之前对各专业的碰撞 问题进行协调, 生成协调模型和图纸等有关技术文件。对于管理方,当某些参建方与项 目利益发生冲突时, BIM 完全可以作为一个最有说服力、最权威的证据来解决问题,弱 化了各方以自己利益为 中心的思维模式,强化了项目利益为重的管理原则。 3 模拟性模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型,还可以模拟不能够在真 实 世界中进行操作的事物。在设计阶段, BIM 可以对设计上需要进行模拟的一些性能进 行模 拟实验,例如,节能模拟、紧急疏散模拟、风环境模拟、日照模拟、室内采光模拟、 热能 传导模拟等。在招投标和施工阶段可以进行 4D 模拟(三维模型加项目的时间安排), 也 就是根据施工的组织设计模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。同 时还 可以进行 5D 模拟(基于 4D 模型的造价控制),从而来实现过程中精确的成本控制; 后期 运营阶段可以进行维护计划及日常紧急情况的处理方式的模拟,例如地震人员逃生 模拟及 消防人员疏散模拟等。 4 优化性事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程,当然 优 化和 BIM 也不存在实质性的必然联系,但在 BIM 的基础上可以做更好的优化、更好 地做优 化。优化受三样东西的制约信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合 理的优化 结果, BIM 模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、物理信息、 规则信息, 还提供了建筑物变化以后的实际存在。项目复杂到一定程度,参与 人员本身 的能力无法掌 握所有的信息,尤其是跨专业之间的信息,必须借助一定的科学技术和设 备的帮助。现代 建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限, BIM 及与其配套 的各种优化工具提 供了对复杂项目进行优化的可能。目前基于 BIM 的优化主要为项目方 案优化、特殊项目的 设计优化(如异形设计)、绿色建筑设计与施工优化等。 5 可出图性 BIM 并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图 纸, 及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化 以后, 可以帮助业主出质量更高、更准确的图纸 1 综合管线图(经过碰撞检查和设计修改,消除了相应错误以后); ; 2 综合结构留洞图(预埋套管图 ; 3 碰撞检查侦错报告和建议改进方案。 2. 1.3 国内外研究现状 1 国外研究现状 建筑信息模型( BIM起源于美国,是由被称作 “father ofBIM” ( BIM 之父)的 Chuck Eastman 教授提出的。 Chuck Eastman 在 1975 年以其所研究的 “Building Description System” 课题为原型发表了论文,论文里阐述现如今 BIM 理论涉及的内容 12。随着早期 对 这项技术的商业化运作, 20 世纪 70 年代末至 80 年代初的欧洲,特别是在英国类似的 研 究与开发工作也在同时进行着。在 20 世纪 80 年代初此项方法或途径在美国通常被称 为 “ 建筑产品模型( Bui

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