張 楠，何 敏，孫有恒，郭雪卿，胡振中

(1.中鐵建華南建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400； 2.廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000；3.清華大學深圳國際研究生院，廣東 深圳 518055)

0 引言

大型工程項目建設(shè)過程中，設(shè)備物資種類繁多，成本占比較大，實現(xiàn)高效、數(shù)字化的設(shè)備物資管理往往是工程管理重中之重，也是精細化管理的關(guān)鍵。近年來，面對城市人口不斷增長的壓力，為解決城市公共交通運輸問題，地下軌道交通進入蓬勃發(fā)展階段[1]。由于地鐵項目建設(shè)規(guī)模較大、涉及專業(yè)眾多、施工工況復(fù)雜且施工順序頻繁變更[2]，導(dǎo)致地鐵工程設(shè)備物資管理更加困難。通常情況下，物料在大型工程項目中的成本占比≥50%，因此設(shè)備物資管理是地鐵項目成本管理的重要環(huán)節(jié)[3]。

地鐵項目建設(shè)過程涉及土建、機電等多領(lǐng)域協(xié)同施工，導(dǎo)致物料種類繁多[4]，傳統(tǒng)人工填表錄入方式不僅效率極低且易出錯，造成工期延誤或物料數(shù)量不符合生產(chǎn)要求等問題。因此，本文通過引入BIM (building information modeling) 技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備物資計劃管控，提高物料管理準確率和效率，以保證工程項目正常運轉(zhuǎn)。

1 設(shè)備物資精細化管理方法研究現(xiàn)狀

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)即建筑信息模型，該技術(shù)的載體是建筑模型，可收集和處理建設(shè)項目各種信息與真實數(shù)據(jù)，并通過可視化的應(yīng)用指導(dǎo)相關(guān)建設(shè)項目施工和設(shè)計管理。該技術(shù)主要應(yīng)用于工程設(shè)計和管理，在參數(shù)模型中整合各項目的相關(guān)信息，共享和傳遞項目運行、維護和規(guī)劃過程，使技術(shù)人員能正確了解建筑全生命周期的各類信息，并對相關(guān)問題制定有效應(yīng)對措施，對節(jié)約成本、縮短工期、提高生產(chǎn)效率具有極其重要的作用[5]。

國外建筑行業(yè)競爭比較激烈，在部分發(fā)達國家，BIM技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，熟練應(yīng)用BIM技術(shù)已成為提升企業(yè)競爭力的重要因素[4]。我國針對BIM技術(shù)的研究處在蓬勃發(fā)展階段，許多大型建筑項目，如國家體育館、青島海灣大橋等施工建設(shè)及運維管理均應(yīng)用BIM技術(shù)，以提升整個項目的整合度[6]。

1.2 基于BIM的設(shè)備物資精細化管理方法

目前我國施工企業(yè)的物料管理信息化水平比較低，缺乏整體系統(tǒng)分析，對物料數(shù)量的把控也不到位，易造成資源浪費，占用企業(yè)資金成本[7]。然而，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，近年來建筑行業(yè)對BIM在物料管理領(lǐng)域應(yīng)用的研究逐漸增多。2015年，Cheng等[8]提出基于BIM的自動物料物流規(guī)劃管理框架，用于實現(xiàn)項目高效交付，以減少資源、空間浪費。2016年，Yu等[9]開發(fā)基于BIM的現(xiàn)場物料供應(yīng)動態(tài)模型，實現(xiàn)多種信息整合，施工效率提高近20%。相關(guān)研究還有很多，馬來西亞建筑行業(yè)近些年的研究方向逐步聚焦于BIM與材料管理集成領(lǐng)域，以解決項目全生命期問題，并提升信息化管理水平[10]。

目前建筑領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的研究多側(cè)重于BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用，或施工階段的進度模擬等問題[11]，對物料管理尤其是大型工程項目物料管理的研究不是很多。其中，多數(shù)研究只提出基于BIM技術(shù)的物料管理流程、優(yōu)化方法與應(yīng)用領(lǐng)域，并未真正形成可實現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)[4,7,11-12]。在實際應(yīng)用方面，何田豐等[13]提出基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)的鋼構(gòu)橋梁跨平臺物料管理方法，實現(xiàn)PC端、Web端和移動端的物料狀態(tài)可視化查詢。重慶軌道6號線的二期站后工程采用BIMCC智慧工地系統(tǒng)對機電設(shè)備物資進行精確管理[14]。通過以上研究可以發(fā)現(xiàn)，基于BIM的精細化管理可有效縮短工期、節(jié)約人力、優(yōu)化管理流程、規(guī)范施工過程。施工階段基于BIM技術(shù)的物資管理理論流程已相對完善，可應(yīng)用的專業(yè)軟件系統(tǒng)卻很少，尤其是地面軌道交通大型工程項目施工領(lǐng)域。因此，研究人員在課題組原有研究[15-16]基礎(chǔ)上研發(fā)基于BIM平臺的設(shè)備物資精細化管理系統(tǒng)，可進一步提升地鐵等大型施工項目的物料管理效率，節(jié)約成本。

2 地鐵施工設(shè)備物資精細化管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組織流程

2.1.1系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，由存儲端、服務(wù)器端、客戶端組成。存儲端數(shù)據(jù)源由設(shè)備物資進/退場活動文件及驗收報告組成，涉及施工過程設(shè)備物資管理的全流程數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收后，服務(wù)器端可通過相應(yīng)引擎及算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)上報、搜索、審批、預(yù)警及指令下達等功能。經(jīng)處理的數(shù)據(jù)可通過云服務(wù)實現(xiàn)客戶端可視化展示與相應(yīng)功能呈現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)

2.1.2系統(tǒng)功能架構(gòu)(見圖2)

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

1)物資進場管理界面功能模塊分為導(dǎo)航標題、項目組織結(jié)構(gòu)樹和進料計劃表單，在項目組織樹中可以選擇目錄樹大綱級別或搜索內(nèi)容；進料計劃功能菜單包含數(shù)據(jù)透視分析工具、創(chuàng)建材料計劃、刪除信息和導(dǎo)出列表信息。創(chuàng)建材料二級窗口可添加材料及附件信息，完成后可發(fā)送審批。

2)施工設(shè)備進場管理包含施工設(shè)備進場和分類管理，用戶可添加設(shè)備并進行進場審批、刪除設(shè)備信息、導(dǎo)入施工設(shè)備清單列表、查看審批記錄詳情等操作，可快速實現(xiàn)設(shè)備進場信息化協(xié)同管理。同時設(shè)備類型和管理分類可根據(jù)錄入的設(shè)備名稱自動填充，支持設(shè)備表中沒有的設(shè)備類型手動填寫。

3)設(shè)備物資到場后，由施工方/集成商創(chuàng)建到場報審驗收表，并選擇進場的設(shè)備材料，由監(jiān)理方審核后，確定最終進場的設(shè)備材料清單。進場的材料會抽樣送檢，檢驗合格后得到相關(guān)材料文件并且需要監(jiān)理方審核，確保到場材料記錄詳細，為設(shè)備材料的全程跟蹤提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2 系統(tǒng)項目應(yīng)用

本系統(tǒng)是依據(jù)廣州市軌道交通18，22號線工程需求，自主研發(fā)的地鐵施工精細化管理系統(tǒng)子系統(tǒng)之一，用于解決地鐵施工過程中大量土建、機電設(shè)備物資管理問題。

廣州地鐵18，22號線為市域快線，兩條線路全長93.1km，是國內(nèi)首條時速160km的高規(guī)格地鐵線路，對工期、技術(shù)、環(huán)保及管理等要求十分苛刻，具有施工標準高、規(guī)模大、專業(yè)多、工期緊、風險高等特點，需要采用大量新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備。本項目根據(jù)廣州市軌道交通施工工程需求，研發(fā)可通過PC端、Web瀏覽器和移動設(shè)備使用的設(shè)備物資管理系統(tǒng)，實現(xiàn)高效、精細化管理。

2.2.1系統(tǒng)功能實現(xiàn)

1)設(shè)備物資計劃報送 系統(tǒng)可實現(xiàn)由施工項目的三維BIM模型自動計算工程量清單或集成第三方算量工具，根據(jù)施工計劃，基于創(chuàng)建的BIM模型可導(dǎo)出相應(yīng)時間節(jié)點內(nèi)所需的構(gòu)件種類及數(shù)目，結(jié)合相應(yīng)物資單價即可推算所需土建、機電物資的數(shù)量及總價。系統(tǒng)支持材料計劃單根據(jù)BIM模型直接導(dǎo)出，如需手動添加，可點擊該窗口中的添加材料按鈕添加材料信息，必填字段輸入并確認后可完成材料信息添加。系統(tǒng)實現(xiàn)物資計劃的線上報送及審批流程，根據(jù)工程進度信息超前提醒材料計劃報送及進行報送流程審核超時提醒。

2)設(shè)備物資進/退場報審驗 設(shè)備進場報審只選擇需進場的設(shè)備，即可執(zhí)行施工設(shè)備進場操作，同時可刪除和編輯設(shè)備。點擊保存可保存進場設(shè)備信息，點擊發(fā)送進入進場審批流程，設(shè)備退場后可通過退場庫申請再次進場。

物資進場報審需填報進場審批表，當進場報審?fù)ㄟ^監(jiān)理審批后，系統(tǒng)同時發(fā)起材料使用審批，等待監(jiān)理同意。創(chuàng)建材料進場審批窗口可下載材料清單模板，將需要進場報審的材料填入表單后上傳，系統(tǒng)可自動讀取材料清單數(shù)據(jù)，同時上傳該批次材料的出廠合格證明或第三方檢測證明附件，然后發(fā)起材料進場審批流程(見圖3)。用戶也可利用手機客戶端查詢審批狀態(tài)，進行設(shè)備物資進/退場申請，更加方便快捷。

圖3 物資進場報審流程

本系統(tǒng)可實現(xiàn)進場設(shè)備物資線上報檢驗收流程，確保進/退場設(shè)備物資清單及驗收記錄線上歸檔，幫助監(jiān)理方及施工方減少物料進場相關(guān)資料整理工作，提高工作效率。施工設(shè)備報審流程在進場審批基礎(chǔ)上增添退場審批模塊，同時，系統(tǒng)可完整保存物資相關(guān)進場活動文件，為設(shè)備材料全程跟蹤提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)對監(jiān)理及施工方的績效考核，并為供應(yīng)商綜合評價提供數(shù)據(jù)依據(jù)，保存的進場活動文件及數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 保存的進場活動文件組成

3)設(shè)備物資出入庫管理 系統(tǒng)支持對設(shè)備物資的出入庫管理，根據(jù)施工組織設(shè)計及現(xiàn)場設(shè)備材料需求情況，系統(tǒng)能分析設(shè)備材料到貨數(shù)量及計劃時間，并結(jié)合實際進度及物資消耗情況進行庫存預(yù)警，當累計入庫量-累計出庫量≤10時，顯示預(yù)警圖標，提示庫存不足。系統(tǒng)能動態(tài)跟蹤不同批次物資進場及使用部位的位置信息，并將物資使用部位信息反饋至BIM模型。

4)生成設(shè)備物資管理清單 系統(tǒng)支持清單掃碼錄入、表格批量導(dǎo)入等錄入方式，包括但不限于物料到貨清單、設(shè)備合同清單、資產(chǎn)移交清單等，并且支持關(guān)鍵詞檢索，實現(xiàn)用戶在系統(tǒng)查看自動統(tǒng)計的清單實時數(shù)據(jù)，以減少人工核算工作，提高報表統(tǒng)計效率。

2.2.2系統(tǒng)應(yīng)用效果

本系統(tǒng)布局合理，操作簡單易懂、響應(yīng)時間短、功能豐富，可滿足施工全過程的設(shè)備物資管理需求，大幅提升地鐵施工管理水平。系統(tǒng)可完整保存所有設(shè)備物資相關(guān)文件，為日后查閱、信息追蹤提供數(shù)據(jù)支持。同時，通過地鐵信息模型直接導(dǎo)出材料計劃清單也可大幅減少人工核算時間，避免因計算錯誤造成的資源浪費，節(jié)約施工成本。也可以將物資使用部位信息反饋至BIM模型，方便系統(tǒng)根據(jù)實際物資使用情況動態(tài)調(diào)整進度計劃。系統(tǒng)界面還可顯示每日預(yù)計完成施工量與實際完成量的對比，使施工進度管理更便捷。

3 結(jié)語

目前，我國建筑領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的研究仍側(cè)重于設(shè)計階段應(yīng)用或施工進度模擬等方面，對物料管理方面的研究多停留在理論階段，少有實際落地的系統(tǒng)應(yīng)用。本項目通過自主研發(fā)的基于BIM的管理平臺及對設(shè)備物資管理流程的優(yōu)化分析，提出設(shè)備物資精細化管理系統(tǒng)，是目前國內(nèi)少有的自主研發(fā)大型工程項目施工精細化管理系統(tǒng)。經(jīng)過工程驗證，本系統(tǒng)設(shè)備物資管理流程可大幅降低人為因素導(dǎo)致的資源浪費，很大程度避免傳統(tǒng)管理流程中重復(fù)冗余步驟，縮短項目周期。同時，系統(tǒng)將所有物料管理過程中的文件進行云端存儲，方便全程追蹤設(shè)備材料，比紙質(zhì)文件更清晰、易保存。此外，系統(tǒng)通過簡單調(diào)整即可用于其他大型施工項目的物料管理，有很強的可拓展性。

后續(xù)系統(tǒng)研發(fā)會考慮完善以下方面，以提升用戶體驗。

1)根據(jù)材料進料計劃自動觸發(fā)物資進場報驗流程，確保及時性，根據(jù)后續(xù)到貨數(shù)量直接形成庫存量。

2)將施工計劃關(guān)聯(lián)BIM模型構(gòu)件，平臺通過預(yù)設(shè)不同材料加工時間和施工計劃，提前自動生成材料訂單并生成訂單二維碼發(fā)送至工廠。工廠在材料加工過程中將原料、加工工藝、加工時間、檢驗報告等相關(guān)信息補充至訂單二維碼。材料到達現(xiàn)場后，材料員檢查材料質(zhì)量后通過平臺手機端材料報驗功能掃描材料訂單二維碼，生成材料進場報驗申請，審核相關(guān)材料信息完整性并發(fā)送至監(jiān)理員。