建设工程项目施工阶段的BIM项目总控研究

叶宇杰 赵嘉辰 马英麟 王好恒

（天津理工大学，天津 300384）

1 概述

随着大型、复杂、群体的建设项目，传统的项目管理理论、方法和模型已无法满足实际管理的需要。与此同时，我国的建筑业存在技术水平较低、施工劳动密集、效率低、产业链碎片化等问题[1]。现阶段，国内企业大部分将重点放在实现利润最大化上，忽视了对建设项目生命周期的整体控制，导致在建设施工阶段常出现问题，建设项目应构建统一的规划和控制体系[2]。

建筑信息建模（BIM）是一种智能化的三维设计和建模过程，可使参与各方更有效地规划、设计、建造和管理建设工程项目，具有较大的实用价值、经济效益。可在项目管理基础上，结合施工企业控制论发展建设工程项目总控[3]。本文通过BIM技术构建建设工程项目总控的BIM集成平台，分析了建设工程项目承发包主体之间的有限理性、信息不对称性和不确定性，探究了对建设工程项目施工的影响，并对建设工程BIM项目总控模式进行理论分析、实践分析，为建设项目提供理论研究参考和实践指引。

2 传统建设项目施工阶段的管理困境

传统建筑缺乏有效的沟通、协调，导致建设工程项目实施难度较大。

（1）在承发包双方共同合作的前提下，易存在相关因素影响项目正常进度；

（2）在信息不对称和不完整的情况下，易演变为线性作业，承发包因缺乏工程数据管理，导致数量计算不精确，影响施工成本、质量、工期及效率；

（3）不确定性对建设工程项目的影响较大，如投资、工期、生产能力等情况。

2.1 承发包之间的有限理性

有限理性的概念最初是Arrow提出，Simon[4]认为有限理性的理论是考虑限制决策者信息处理能力的约束的理论。在建设项目的运作过程中，承发包双方无法预测各种突发情况、不确定性，会对这类情况采取不同的应对和处理措施，进而导致不同的处理成本和结果。例如，建设工程项目的合同由承发包共同订立，双方可能对合同规定理解、实施存在差异。

2.2 信息的不对称性与不完备性

信息不对称理论是微观信息经济学研究的一个核心内容，说明在不完全信息市场上，相关信息在交易双方的不对称分布对市场交易行为的影响，进而产生的市场运行效率问题[5-6]。相关信息占有的不对称情况，导致在交易完成前后会出现“逆向选择”等问题，降低了市场运行效率，在极端情况下，会出现市场交易停顿等现象。这类问题和困境在建设工程项目全生命运作过程中较为普遍，是影响建设工程项目成功的主要因素之一。为了有效应对工程项目建设过程中信息不对称的现象，应消除逆向选择等风险，承发包双方构建BIM模型在建设项目的决策设计阶段、招投标阶段、建设运维和移交阶段进行信息集成，以规制信息不对成和不完全对项目运作的不良后果。

2.3 不确定性

不确定性作为交易特征的一种，已被认为是造成项目复杂性的主要原因。

Koopmans（1957）区分了交易中的两种不确定性，一种是主要不确定性，主要不确定性反映了对自然状态缺乏了解，比如关于自然事件的不确定性；另一种是次要不确定性，主要不确定性反映了对其他项目参与者的行动与策略缺乏了解。不确定性风险包括了项目本身问题、项目外的干扰因素，例如部分错误，不是随机的行为，其与人们的工具、任务和工作场所相关。

违规是故意的行为或不作为，导致不遵守已知的规则、政策、程序或可接受的规范建设项目有其特殊性，会带来新的风险和项目执行的不确定性。但随着技术的进步、对建设项目需求的增加，项目的复杂性和不确定性将越来越高。针对项目其机遇和风险并存，承发包双方需要为建筑组织提供处理应对不确定性风险的能力。

3 建设工程项目总控

成本、质量和工期是建设项目总控的最终目标，是衡量建设项目成功的标准。本阶段构建建设项目施工阶段的项目总控模型，引入BIM后，可明显降低风险发生概率，将影响项目成功风险的因素重新按成本、质量和工期三个方面进行分类，统一于项目绩效函数中，以此分析承发包双方在成本、质量和工期约束的条件下，达至建设项目各方满意的效果。引入BIM工程项目，在风险因素的影响作用下，可将工程成本可控最小化、工期最小化、质量可靠最大化。

式中：x1，x2，…，xn——影响成本C、质量M、工期T的风险因素。

建设工程项目中成本、工期和质量三方面存在相互影响的内在关系。运用BIM技术可将建设工程项目成本、质量、工期统一于绩效函数中，以实现建设工程项目资源利用的最大化。最终实现建设工程项目成本最小化、工期最短化和质量最大化的和谐统一，有助于承发包双方对项目实时进展予以动态调整和指导。

4 BIM总集成平台

建筑信息模型是一种集成于多方面的数字建筑模型，实际中BIM大部分应用于施工图深化工作，无法充分发挥建筑信息模型的实际价值，可假设一个BIM总集成平台，以分析施工阶段信息化建筑所带来潜在价值。

将BIM总集成平台分解为三个分控平台，分别为施工图深化平台、轻量化辅助平台、施工专项平台，不同的分控平台分别针对不同领域。施工图深化平台主要针对建筑的数字化建模，轻量化辅助平台主要针对可视化，施工专项平台主要针对工程管理和计价。

建设工程项目BIM总控平台流程如图1所示。

图1 建设工程项目BIM总控平台流程

（1）运用BIM总控平台，施工前通过专业人员构建BIM模型，对施工图纸进行可视化处理，以进行碰撞检查、净高检查等，施工实施前解决相应问题。可减少建设工程项目施工阶段的返工率，缩短建设项目工期，并进一步保证施工质量。

（2）施工过程中产生的实时数据反馈至BIM总控平台，形成质量报表、进度报表和成本报表，并与建设工程项目设计决策阶段确定的合同文件、计划文件、项目计划书和施工图纸规范中的数据进行比对。一方面，若不出现偏差或可接受范围内的偏差，可继续施工；另一方面，若出现重大偏差，需要进行方案的调整，可根据BIM集成平台反馈的数据，提出多种对应解决方案与更新方案，经承发包双方选定更新方案后，导入BIM总控平台进行模拟，承发包双方可根据模拟结果选择最优解决方案。

综上所述，BIM总控平台可保证建设工程项目施工过程中数据及时的反馈、收集、整理、传导、集成、分析和指导，并与建设工程项目的合同文本计划进行比对，对实际工程中出现的成本、质量和工期偏差进行实时调整与控制。在建设工程项目的决策阶段进行BIM数字化模拟，以节约建设成本，降低返工率，并辅助后期的设计方案、施工组织计划与进度计划的制定与实施，确保施工过程中对成本、工期和质量的可控化管理。

5 结语

目前，国内部分企业为了降低建设成本、实现利益最大化，均偏重建设施工阶段的管理，忽视了对建设项目的全生命周期控制，造成了项目管理的周期性、局部性和碎片化。本文以建设项目施工阶段为切入点，从质量、成本和进度管理三个角度阐述了基于BIM技术的施工阶段项目总控应用研究。

（1）分析了施工阶段项目管理存在不足的经济学前置条件，涉及了建设工程项目承发包之间的有限理性、项目自身及所处环境之间项目信息的不完全性和不对称性、不确定性风险。通过BIM技术的施工项目管理的项目总控平台，可提高我国施工阶段的项目管理与控制效率。

（2）研究BIM技术构建的建设项目总控平台，在施工阶段中质量管理、成本管理和进度管理的整合框架与流程。分别阐述了在施工阶段中传统质量管理、成本管理和进度管理三个方面存在的问题、产生问题的原因。通过对BIM技术在施工阶段的应用研究，构建相关BIM项目总控优化模型，可有效对建设工程项目施加BIM技术的项目总控，应用于施工阶段的质量管理、成本管理和进度管理。针对BIM技术与传统方法在施工质量、成本、进度管理中的流程框架进行设计优化，可充分利用BIM技术可视化等特点，提高施工项目管理效率，优化资源配置，提高施工质量，降低施工成本，并有效缩短施工工期。