BIM 5D 技术在绿色施工项目中的应用研究

1 引言

近年来，在信息科技革命的时代浪潮下，BIM 技术的快速迭代更新催动着建筑行业不断地转型升级，关于建设项目在全生命周期内如何实现BIM 应用效益的最大化已成为业界研究的焦点之一。我国政府自2012年开始逐步推广BIM 技术，住建部于2016 年发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》和《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，自此之后关于BIM 的推进政策、规范标准也陆续推出，BIM 技术的应用逐渐从试点示范向全国各地的基础建设工程中推广[1]。2016年4 月5 日，上海市住建委发布了《关于本市保障性住房项目实施建筑信息模型技术应用的通知》（沪建建管[2016]250 号），其中明确规定了2017 年起应在上海地区实施装配式建设的保障性住房项目中明确应用BIM技术。

此外，在低碳环保、绿色发展的时代背景下，我国的绿色建筑正在加速推进，而绿色施工是绿色建筑全生命周期实施过程中的重要环节，但由于当前的建筑信息化管理水平有限、项目信息不对称、项目协调不及时等问题，导致在项目施工过程中存在资源浪费、环境污染、进度拖延、质量缺陷等众多施工风险，这些风险的存在严重制约了绿色建筑的可持续发展[2]。关于如何降低这些施工风险的发生概率，落实绿色施工的基本要求，合理使用信息化的技术手段是解决该问题的有效途径。已有众多研究表明[2-6]，BIM 技术的应用可极大提升工程项目的实施效率，例如可实现项目的多方协同设计、绿色性能优化、项目协调管理、施工过程管控、项目成本结算、调适运行维护等多个方面。然而，由于我国当前关于工程项目的审查机制依然是传统的二维图纸审查，目前BIM 技术应用在项目设计阶段的深度及广度较为有限，相对而言施工项目对BIM 技术的应用需求则更为迫切。

BIM 5D 技术作为传统BIM 技术的延伸，在BIM3D 模型的基础上增加了施工进度信息（即时间维度）和工程成本信息（即成本维度），进一步拓宽了BIM技术的应用视角。BIM 5D 技术的出现之于施工项目而言意义深远，其不仅可以实现施工组织优化、施工进度管控、施工物料管理、施工成本监控，还可以有效降低施工安全风险，提升施工项目质量。本文对绿色施工项目面临的各类风险进行了分类解析，之后针对BIM 5D技术进行了阐述介绍，最后结合实际工程案例，介绍了BIM 5D 技术的实际应用情况及应用效果。

2 绿色施工项目风险

绿色施工的内涵旨在通过提升施工的管理及技术水平，最大程度地减少施工活动对环境造成的不利影响，并减少施工过程中资源和能源的消耗，从而实现节能、环保以及可持续发展。绿色施工的风险则是指给施工的可持续发展所带来的损失，识别并分析绿色施工的风险因素是进行绿色施工风险管理的基础[2]。绿色施工的主要风险包括：工程进度风险、质量安全风险、成本控制风险、资源节约风险。

2.1 工程进度风险

随着近年我国城镇化进程的不断深化，项目投资成本不断上涨，为了尽快实现投资效益，业主方通常要求工程施工采取必要措施，合理安排施工进度，期望能够在最短时间内交付使用。工程的如期建成会直接影响业主方的投资效益及社会效益，但工程进度的影响因素众多，例如包括人员、技术、材料、设备、资金、地理、气候以及其他难以预料的因素。为了确保工程能够按期完工，需综合考虑以上各类风险因素，根据具体情况进行及时判断，并采取应对措施。

2.2 质量安全风险

现代工程项目大多具有投资额大、周期长、技术复杂、工程参与方众多、环境制约因素多、不可预见性大等特点。在工程建设过程中，参与各方不可避免地面临着各种质量安全风险。在工程完工之后的使用期内，业主或建筑的使用者也面临着完工时未能及时发现潜在质

量缺陷的风险，如不对这些风险加以管理，就会影响工程建设的顺利进行以及后续的正常使用。

2.3 成本控制风险

施工企业承包建设项目，其最初的经济目标一般需要通过成本控制来实现。然而，现代工程项目大多体量巨大，施工图纸复杂，通常会涉及多个专业交叉作业，人员、材料、设备等供应量大，分析起来数据较多，容易出现疏漏。此外，通常一个工程的分包单位众多，在核算工程量时可能采用不同方法，且工地日常的工作任务繁重，物资领用单、进度款的报批、签证、设计变更等众多工序容易导致工程量计算不准、造价偏差、施工成本增加等风险因素。

2.4 资源节约风险

我国的建筑业发展迅速，但是从粗放施工到精细施工的转型进程一直较为缓慢。在工程项目施工期间，由于施工技术及管理水平有限，容易造成材料、资源、能源以及人力资源的浪费，特别是水电等能源的消耗量巨大。另外，据统计，我国城市建筑垃圾的数量占城市垃圾总量比重很大，且绝大部分建筑垃圾未经任何处理便被运往郊区或乡村，之后采用露天堆放或填埋的方式进行处理，此举不仅浪费了大量的土地，同时也会产生垃圾清运等费用。施工阶段的资源浪费势必会引起工程造价的上升，因此探索如何精益施工，减少施工阶段的资源浪费是有效控制施工项目造价成本的关键一环。

3 BIM 5D 技术简介

3.1 BIM 5D 技术概述

BIM 5D 技术是在传统的BIM 3D 模型中将进度计划表和预算文件集成在一起，让传统的三维模型拥有了时间和费用等多重属性。BIM 5D 能够集成进度、造价、资源、管理等信息，对施工过程进行动态模拟，并及时提供施工中的进度、资源消耗、造价变化等信息，适时监控项目的进度和成本变化，从而提高管理效率。BIM5D 可以模拟整个项目的建造过程，其不同于传统的仅以3D 动画来展示过程的形式，而是更加注重前期的预测，可以使管理人员在正式开工前预测到某些节点的组织方案，如大型机械的布置、施工机具的布置等内容，以及每个施工周期所需的资源情况，从而安排布置并适时优化。通过采用BIM 5D 技术手段，可以有效应对绿

色施工项目面临的各类风险[2]。

3.2 BIM 5D 技术的应用优势

施工阶段是项目从无到有的过程，在满足工程质量的前提下，施工单位希望通过运用高效的施工管理手段，对工程项目的各项目标进行精确控制，而BIM 5D 技术在施工进度管控、施工质量管控、施工成本监控等方面均能发挥巨大的优势[7]。

3.2.1 施工进度管控

施工进度管理中的一项关键内容就是进度计划的编制，但施工前期编制的进度计划并非一成不变，由于施工现场各类因素复杂多变，进度计划的编制也是一个循序渐进、动态调整的过程。BIM 5D 平台集成了BIM3D 模型和施工进度文件，通过在BIM 5D 平台中输入实际进度可以对工程实际进度和计划进度进行对比分析，可提前显示后续即将出现的进度延误情况，从而实现了真正意义上的施工进度动态管理。在进行资源管理时，可以以工期为基准，快速查看施工期间所需的劳动力、材料的供应情况以及机械运转的负荷情况，提早预判资源的用量高峰和滞留情况的发生时间，做到及时把控、及时调整、及时预案，从而避免出现进度延误。

3.2.2 施工质量管控

随着工程结构越来越复杂多样化，对施工质量的要求也愈发严格。BIM 5D 平台不仅可以针对项目施工进度进行模拟优化，还可以对复杂技术方案的施工过程、关键工艺以及作业工序进行模拟，实现施工方案的可视化交底，避免发生由于语言文字和二维图纸交底引起的理解分歧和信息错漏等问题，从而提高施工信息的交流效率，并且使各参与方之间沟通方便，为施工过程各环节的质量控制提供技术支持。

3.2.3 施工成本监控

施工单位在施工过程中，具体的工程数量、材料用量不仅是进行工程预算、材料采购、下料控制、计量支付和工程结算的依据，同时在进行成本控制时也是重要的数据参考。对于工程数量而言，BIM 5D 模型中定义的构件信息都是可运算的，而且每个构件都有自己的编码，通过BIM 5D 平台可以自动识别、统计构件数量，再结合相关的扣减规则，可以实现工程数量的精确计算。对于材料用量而言，BIM 5D 平台可以对施工流水段进行定义，在工程项目的施工过程中，针对不同时间段、不同楼层以及不同分部分项工程，可分别进行相应的计算和统计。根据这些数据可以从材料采购、下料控制、计量支付和工程计算等不同角度对项目施工成本进行跟踪把控，使得施工成本得到有效控制。

3.2.4 施工协同管理

在工程项目的施工过程中，不同的参与主体、不同部门岗位人员、不同专业之间都需要互相配合协同工作，保持沟通顺畅、信息有效传达，才能避免事后的扯皮和返工。BIM 5D 平台是一个综合性的管理平台，能够将各专业的模型进行集成，施工各参与主体通过在BIM 5D 平台上搭建协同工作平台，就可以基于同一基准进行沟通协调，实现项目信息共享。通过BIM 5D 平台可以在施工前进行图纸会审，解决后期图纸出现的问题，并且基于平台不仅能够及时跟踪现场情况，提高施工管理水平，还可以合理组织工作，提高各专业之间的配合效率。

4 BIM 5D 应用案例

4.1 工程概况

本文选用的案例项目位于上海市杨浦区，项目名称为杨浦区154 街坊三期风塔与保障性住房合建公租房（以下简称“154 项目”），项目性质为住宅建筑，总用地面积为1287.1 m²，总建筑面积22829.34 m²（其中地上部分20972.35 m²， 地下部分1856.99 m²），地上30 层，地下2 层，建筑总高度89 米，建筑基底面积739.89 m²，公租房套数为353 个，场地绿地率35.14%，人均绿地面积2.13 m²。根据上海市的政策要求，该项目定位为二星级绿色建筑，并采用装配式构件，预制率40%。项目效果图如图1 所示。

图1 项目效果图

4.2 BIM 5D 应用实践

154 项目在设计及施工阶段均采用广联达 BIM 5D软件平台进行项目管理，涉及应用点包括施工图纸优化、施工进度管控、质量安全管控等。

4.2.1 施工图纸优化

图2 BIM 5D 模型图

154 项目的BIM 团队采用Revit 软件进行全专业建模，并对各专业的模型进行碰撞检查，通过管线综合优化，生成碰撞检查报告、净空分析报告等。通过BIM模型分析，发现了建筑与结构专业图纸信息的相关问题，例如梁与门冲突、梁与台阶冲突、梁与楼梯冲突、阳台板设计存在问题等，从而为施工图纸的优化提供了决策依据，有效降低了未来施工过程中的返工率。

在项目开工前，BIM 团队根据标准化族库建立三维场布，并在场布模型中漫游，检查场布设计的合理性。之后，通过广联达BIM 5D 安装在Revit 中的插件，将建立好的土建、门窗、钢结构等Revit 模型匹配好属性后导出对应的E5D 格式的文件，再导入到BIM 5D 平台中进行整合，从而生成了模型视图（如图2 所示）。

4.2.2 施工进度管控

154 项目的BIM 5D 平台的应用综合考虑项目管理水平、施工技术水平、设计变更和天气情况等因素，优化施工组织设计，根据项目实际情况及时调整项目总进度计划，并落实周进度计划生产任务。通过对项目重要时间节点的进度情况进行对比分析，例如结构封顶时间控制、月进度计划生产任务控制等，动态把握项目实施情况，实现进度风控管理，从而保障项目能够按期完成。

通过对各项目流水段跟踪管理，以大数据的形式及时发现工程建设每个环节的重点、难点，从而有针对性地进行相关施工工艺研讨、施工组织优化，制定并完善合理可行的进度计划，进行现有进度、计划工期、提前滞后工期动态对比等分析。154 项目的BIM 5D 施工进度看板如图3 所示。据统计，自开始使用BIM 5D 技术把控项目施工进度以来，截至目前项目大部分施工工序都能按期完成，少部分能够提前完成，总计延误工期不超过15 天。

图3 BIM 5D 生产进度看板

4.2.3 质量安全管控

154 项目根据建筑的结构形式、进度计划、施工场布等因素，依据标准及规范，在施工作业模型的基础上，根据施工质量、安全方案，生成施工安全防护、安全设施等配置模型。内容包含布置场地内的安全、消防设施，对各施工阶段和过程中的临边防护、高支模、塔吊等安全问题在平台中进行过程动态管理，并根据现场施工质量、安全管理情况的变化，实时更新施工安全设施配置模型。同时，创建安全体验区规划BIM 模型，并对所有工程人员进行BIM 可视化交底与安全教育。

图4 项目质量问题台账看板

图5 项目安全问题台账看板

154 项目利用BIM 5D 技术进行质量安全管理，质检员和安全员现场使用智能手机BIM 5D 客户端对相关质量安全问题进行记录，并上传至云端服务器，组织专题会议，并通过云端数据进行跟踪整改，形成项目质量的大数据留存，相关人员在项目节点进行总结整理，制定相应方案，并协同监理和业主落实整改验收，减少因质量问题而影响工程进度和成本增加。迄今为止项目的质量及安全问题台账汇总看板如图4、图5 所示。据统计，BIM 5D 平台已收集到监理单位发起的质量问题记录41个，安全问题记录4 个，所有问题均已完成整改并闭合完毕。

5 结语

施工项目风险的管控是一个长期、动态的过程，采用传统的施工技术手段难以满足绿色施工的基本要求，将BIM 5D 技术作为辅助工具，可以有效解决施工组织优化、工程进度管理、质量安全管控、施工成本监控等问题。本文结合实际工程案例，阐述了实际工程的BIM5D 应用情况。

由于BIM 5D 技术在我国依然处于初期阶段，相关应用的广度和深度还较为局限，目前关注的焦点主要集中在施工图纸优化、施工进度监控以及质量安全监控，关于工程量及施工成本的精细化管理还有待进一步加强。BIM 5D 技术之于我国建筑行业的信息化转型发展具有关键意义，可以有效解决各类瓶颈问题，有必要对其进行大力推广以及深化应用。

作者

上海延华智能科技（集团）股份有限公司、上海东方延华节能技术服务股份有限公司  苟少清  刘卓  王喜春  于兵

参考文献

[1]《2019 年上海市建筑信息模型技术应用与发展报告》.

[2] 周妍. BIM 5D 技术在绿色施工风险管理中的应用[J]. 内蒙古大学学报( 自然科学版), 2016, 47(4): 440-447.

[3] 曹旭, 张珍等. BIM 5D 助力工程建设精细化管理[J]. 中国勘查设计, 2017, 8: 48-51.

[4] 刘晓逸, 苗凤敏. BIM 5D 技术在施工项目管理中应用研究 [J]. 价值工程, 2019, 3: 142-144.

[5] 吴蓉蓉. 基于BIM 5D 的建筑工程施工成本控制研究 [J]. 建筑经济, 2017, 38(6): 32-35.

[6] 王帅, 李明柱. 基于BIM 5D 技术的施工成本精细化管理研究 [J]. 施工技术, 2019, 1: 169-172.

[7] 周天义. BIM 5D 技术在工程项目施工过程中的应用研究 [D]. 成都: 西华大学, 2018.