5D BIM技术在工程施工进度与成本管理中的应用

年 景 王晓妮

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210000）

0 引言

随着计算机和其他科学技术的迅猛发展，“互联网+”时代的来临，给传统的建筑工程施工管理带来了前所未有的机遇和挑战，促使了数字化施工管理技术的诞生。在建筑行业，项目效益是生产和经营的核心，而施工进度与成本管理则是实现这一核心目标的关键，它不仅要求投资者要进行有效地管理与控制，还要求“估、概、预、结、审”有效地执行，以确保项目顺利实施。BIM（Building Information Modeling）是“建筑信息模型”的简称，是一种以数字化方式对建筑物进行设计、建造和运营的工具和流程。而5D BIM 则是在BIM的基础上，加入了第五维度时间的概念，将建筑物的施工时间和成本等因素考虑进去，对项目进行整体的优化。BIM 5D 提供了提取和分析成本、评估方案和变化影响的方法，可以进一步完善建筑项目的管理和控制，并提供更准确、高效的决策支持。本文从传统施工管理在进度与成本管理方面的问题出发，针对性地引入5D BIM 技术，以求提升项目管理的水平，在施工进度与成本管理中取得成效。

1 传统施工管理在进度与成本管理方面的问题

“决策、设计、交易、施工、竣工”是工程建设的五大阶段，在传统管理模式下，由于缺乏信息化手段的支撑，信息差异较大、数据不连续、协同共享难度大等问题较多，工程施工的造价控制存在明显的分割，应用范围受到限制，事后控制占据主导地位，实现对建设项目全过程的综合管理变得更加困难。随着技术的进步，建筑的复杂性不断提升，建筑的结构、材料、设计等都变得越来越多样，这使得企业在施工过程中面临更大的挑战，需要考虑更多复杂的因素，并且需要对所有的施工子项目进行严格的监督和管理[1]。当前，建筑行业的施工企业仍然主要依赖人为管理，但由于管理人员的综合素质存在差异，所接收到的信息有差距，从而导致工程进度和成本控制存在诸多不足。

1.1 进度管理方面的问题

（1）参与主体多，与总包计划存在冲突。随着各种异型建筑、大型结构工程和高层建筑的出现，参与施工过程的施工人员逐渐增多。在项目建设过程中，分包商、材料供应商和总承包商编制的总体进度表存在不一致的情况。因为土建、给排水、暖通、强弱电、装饰装修等多个领域的技术交叉，使得在执行进度计划的过程中，可能会遇到各个环节的矛盾以及物资的短缺和缺乏。由于施工项目部管理缺乏及时的监控，他们很难及时发现可能导致工期延误的现场情况，从而无法采取有效的预防措施，以确保工程的顺利完成。

（2）实际施工进度的动态分析存在信息缺口。在施工过程中，项目前期规划的施工进度经常因各种因素而变动，管理者必须对其进行实时动态监控。在审查计划进度与实际进度是否有任何变化以及项目的估计完工工作量与实际完工工作量是否相同时，往往通过甘特图、网络图或者文字等，然而进度管理中的人员素质差异可能使项目的实际情况与计划存在较大偏差，导致管理人员无法及时地识别和评估施工中的进度问题。

1.2 成本管理方面的问题

（1）成本管理难以进行全过程把控。传统的项目成本管理仅起到了周期性成本核算的目的，并且对成本的把控工作常集中在施工以后，项目施工前的把控较少，而对于过程中的动态监控就更难以实施。

（2）随着工程项目不断进展，施工过程中会产生大量的数据，这些数据的处理和分析极其繁琐，从而给成本管理带来极大的挑战。因此，各级管理者必须花费大量的精力和时间来完成这些繁琐的任务，包括但不限于成本预算、成本核算和变更计算。由于数据的多样性和复杂性，从多个部门获取的合同、图纸等信息数量巨大，使得状态查询和统计的任务变得极其艰巨，而且由于统计的复杂性，很多风险因素也会被忽略，从而造成巨额的经济损失。

2 施工进度与成本管理引入5D BIM技术的价值分析

2.1 施工进度管理方面

基于5D BIM，施工人员可以在电脑上对项目进度进行模拟，预测出各个工序的时间和费用，并进行优化，从而可以在项目早期就对施工进度进行合理的规划和控制，大大提高工程项目的进度管理效率，实现规划、设计、施工和运维各阶段信息的互通，有效缩小信息鸿沟，提高项目管理效率，避免项目施工进度的延误。通过5D BIM，项目参与方可以在同一个平台上进行信息共享和协作，实现设计师、施工人员和业主之间的实时沟通和协作，减少信息传递的误差和延迟，同时保证了所有项目参与者都可以使用相同的数据进行协同工作、进度准备和进度审查，并使用相同的界面来创建进度和管理进度。5D BIM 技术的出现，拓展了工作时间管理的方式，使得管理更完善、更全面。每条线路都采用开放的数据共享方式，减少了双方的沟通，降低了数据丢失的风险。同时，应用5D BIM 技术“先试后建”的特点，可以在模拟施工过程中提前发现设计规划中的空间和时间方面的缺陷，降低项目施工风险[2]。

2.2 施工成本管理方面

5D BIM 技术将进度、预算、资源、施工组织等关键信息集成起来，对施工过程进行模拟，及时为施工过程中的技术、生产、商务等环节提供准确直观的进度、物质消耗、过程计算、成本核算等核心数据，提升沟通和决策效率，帮助客户对施工过程进行数字化管理，从而大大节约时间和成本，提升项目管理效率的目的。通过应用5D BIM技术，可以有效地将技术和管理结合起来，准确地复核和及时地响应相关方反馈的问题，在建模和施工模拟阶段发现图纸和现场施工中的问题，合理申请设计变更，优化施工工艺和工法，减少不必要的材料浪费，从而实现开源节流，提高成本管理水平的目的[3]。对于某些费用超支的情况，多维度分析存在的问题就是需要拆分大量数据信息，单靠人力无法快速完成。应用5D BIM 技术可以提高成本分析的效率和精确性[4]，提高投标前或工程进行中的现金流量预测精准度，对多项目进行的施工单位，能协助其更准确地预估财务状况，使营运的风险降到最低。

3 5D BIM技术在施工管理中的应用实例

3.1 天津永利大厦项目的应用实践

永利大厦是一座高达107m 的综合性建筑，由A、B、C 三座塔楼组成，总建筑面积达到83564.3m2。其中A 塔楼地上有18 层，3 层地下室，地上建筑的高度有89.5m。B塔楼地面上方有21层，地下有3层，地面之上的高度99.6m 左右。C 塔楼由9 层高楼和3 层低楼组成，地面之上的建筑高度有43.8m。塔楼的结构由三部分组成：A、B塔采用框架结构，C塔采用框架结构，地下车库则采用框架-剪力墙结构。5D BIM 技术的应用始终贯穿该建筑建设始终。

与传统的民建项目不同，这个项目的工期紧迫、任务繁重。为了加快建设进度，减少重复劳动，选择了广联达软件和TEKLA 来完成土建和钢筋建模。为了提高施工效率，优化资源配置，项目在施工过程中必须对流水段和现场工作面进行划分，根据差异编制和管理进度计划、分包合同、甲方清单、图纸等文件，使项目人员清楚了解各组工的数量、工程量和材料需求或其他信息。使用5D BIM 技术可以有效地帮助施工管理人员更加合理地安排施工计划，从而有效避免工作面施工中可能出现的交叉作业冲突。在该项目中通过应用5D BIM 技术，实现了信息的快速传输，有效控制了施工进度、成本、安全和质量，形成了一个闭环管理系统，进一步提升了项目的履行能力和精细化管理水平[5]。

3.2 珠海歌剧院项目的应用实践

总建筑面积高达5.9 万m2的珠海歌剧院项目已落地建成，其建筑面积达到4.85万m2，其他配套建筑1.05万m2。建筑物大部分建筑结构采用框架-剪力墙和钢结构，其中钢-混凝土组合楼盖覆盖了整个建筑物。珠海歌剧院作为一个大型公建项目，贝壳高度55.6m，面临着极大的挑战，包括建设难度大、技术要求高等，但同时也要求项目团队在满足工作进度的前提下，与全球顶尖的专项设计团队进行有效的协调与配合。

珠海歌剧院项目在最初实施中运用了4D BIM 技术，在施工中结合了进度与质量控制，但采用的仍是常规项目动态成本控制，未引入造价信息。在成本管理方面出现了成本计划的滞后性，商务策划落地率低，在项目管理中数据量太大或变化较多，无法进行有效成本分析和成本控制，成本考核举步维艰。引进5D BIM技术，为该项目在工时反演、工时修正、质量控制、图纸审查等方面提供了更多条件。

施工和设计团队通过使用5D BIM技术，将建筑物的钢结构、幕墙、内部支撑结构、管道和观众区域的信息进行三维可视化，以便更好地了解建筑物的整体布局。此外，还利用三维演示来及时发现建筑物的碰撞和空间不匹配，以减轻图纸审核的负担。通过5D BIM的三维立体展示，可以对钢结构的设计和施工过程有更精细的了解，从而更快地确定加工和安装的步骤，从而有效地提高施工效率，并有助于提前完成任务。通过软件的施工模拟功能，可以清晰地展示施工工艺和进度，从而有效地实施流程管理，优化施工方案和进度安排。在成本管理上，由软件直接生成准确工作量，减少预算部门工作时间和产生的误差，加快工程结算和决算的进度。

4 5D BIM技术管理应用的制约因素

4.1 BIM方面技术人才不足

2021 年发布的《上海市建筑信息模型技术应用与发展报告》显示，我国建筑业的数字化转型已经不可避免[6]。BIM、CIM 等技术的应用也越来越受到重视，全国对BIM 技术的人才需求量高达130 万人。5D BIM 技术在国内的发展虽然强劲，但是在支持BIM 技术应用的同时，还需要一个经过培训的专业BIM 团队。由于施工人员的流动性较高，BIM 团队的组建困难，业主无法在施工中很好地使用BIM 技术，经常存在施工工人经BIM 技术培训后就离开等问题，使得业主不愿投入资金培养。

4.2 可提供咨询平台较少

5D BIM 技术在设计院和建设单位的工程建设实施中发挥着重要作用，但是在国内5D BIM咨询管理平台仍然相当稀缺[7]。随着技术的发展，5D BIM 技术管理平台的R＆D 和应用已经取得了长足的进步，它不仅可以帮助建设单位更好地管理项目，而且可以为工程咨询单位提供更加全面、专业的服务，使其在决策阶段具有先发优势，从而提高工程建设的效率和质量。

4.3 技术标准及行业规范不健全

目前，我国相关技术标准及行业规范滞后于5D BIM 技术的发展，各种数据资料、信息管理的职责及技术规范没有健全的标准及行业规范可供参考或依据。而施工参与者需要有效利用BIM 技术进行施工，将BIM 技术融入施工管理的现有业务流程，急需政府机构和行业主管部门制定相关技术标准及行业规范。

4.4 国内应用费用高

对比CAD 制图，5D BIM 模型的好处显而易见，但是业主、设计师和施工方往往不愿增加投资。5D BIM技术平台的维护和技术人员的引入，会造成初期成本的一定增加，项目各方不愿承担这一部分的高昂费用，导致行业中5D BIM技术推广缓慢。

5 结束语

综上所述，传统施工管理在进度与成本管理方面存在一定的问题，通过引入5D BIM 技术，可以在电脑上对项目进行时间和成本的模拟，预测出各个工序的时间和费用，并进行优化。通过5D BIM,可以在项目早期就对施工进度和成本进行合理的规划和控制，从而减少项目的延误和超支；项目参与各方可以在同一个平台上进行信息共享和协作，实现设计师、施工人员和业主之间的实时沟通和协作，减少信息传递的误差和延迟；而且5D BIM技术还可以提高成本分析的效率和精确性，提高投标前或工程进行中的现金流量预测精准度，对多项目进行的施工单位，能协助其更准确地预估财务状况，使营运的风险降到最低。虽然5D BIM技术已在天津永利大厦、珠海歌剧院等项目上成功应用，但还尚存技术人才不足、技术标准及行业规范不健全等制约因素有待进一步解决。