一：引言

随着各行各业逐渐数字化，传统建造技术已经逐渐被淘汰，机电工程行业将 BIM 技术与建造技术结合起来，其在设计、绘图、安装、维护等方面具有传统建造技术不可比拟的优势。因此，机电工程行业在对于 BIM 技术进行了比较深入的研究，而且在各方面的应用都比较成熟，但是由于这个行业的复杂性,加上技术更新迭代速度较快，所以在实际应用过程中，仍旧出现了较多的问题。在机电机房预制施工中，各构件的分段及编码仍采用传统手段，由深化人员手动操作，此工作方式高度依赖于深化人员的软件应用水平和施工经验。不仅效率低下，无法快速在模型上自动分解出预制管道的长度和位置以及科学有序的编码，精度不高且会在无形中造成大量的材料浪费。在如今电子厂房建设工期愈发紧张的背景下，这种传统的手动分段编码方式明显不能满足实际需求，急需寻找替代技术。

大型机房的安装施工作业，传统的物资管控手段较单一，需要一线管理人员花费大量的时间精力进行数据统计，而在大型机房的预制施工过程中，有大量的构件需要预制加工、存储、运输和安装，如何保证这些环节科学有序进行，就急需一种高度集成的、智能化的物资管控系统。

同时，施工进度量化管控是项目管理的一项重点内容，如何对施工进度进行科学有效的管理，一直是一个难题。传统的施工进度管控手段同样需要一线管理人员花费大量的时间精力进行数据统计，然后在二维图纸中用颜色进行标识，以便了解现场施工进度，这个过程往往只能对施工进度进行定性分析，难以进行定量分析。不仅效率低，且及时性不够，统计的数据很难及时有效地指导管理人员对施工计划做出调整。那么如何减轻一线管理人员的统计工作量，量化分析施工进度，科学指导优化施工计划调整，就是目前急需解决的技术难题。

本文旨在通过一段管、一个阀门、一个施工区域、一个施工标段等，用以小见大的方式，研究复杂工程信息的管理及传递流程。

二：4D信息载体功能

近年来，4D技术发展迅速，基于BIM的4D集成技术也在充分展现优势。随着用户增多，软件开发也更加激烈。世面上目前较为认可的4D软件，其功能侧重点不同，对于4D的定义各软件也不同，一类是3D模型+时间（进度），另一类则是SYNCHRO提倡的3D模型+工程信息。事实上，经过实际项目的应用，SYNCHRO在信息集成上确实有突出表现，本文下述功能均通过SYNCHRO实现。

三: 4D信息管理及传递的前置条件

借助SYNCHRO，我们可以将信息在整个工程中进行传递和管理。具体到一根管、一个阀门则更像是一场漂流，这是由于实际的工程构件本身并不能包含任何信息，信息由管理者赋予，集成于SYNCHRO，有了信息的构件也就确定了最终的归属。

1 模型精度控制

3D模型精度有LOD标准，能实际用于4D管理的模型理论上模型的深化设计的深度和质量应达到LOD400及以上，这是因为达到LOD400的模型才能更好的指导施工。相同的，对应3DLOD标准，4D模型依据进度单位、应用目的和应用价值，分为五种精度，如下表：

为做出可靠的项目决策，不同精度的3D模型应选择不同应用价值的4D精度，我们不能要求LOD100的3D模型的4D信息集成精确到每个构件，其只能进行方案展示，而LOD400以上的3D模型精度集成的4D信息则应至少明确进度和控制措施。

2 模型构件化

LOD400及以上精度的模型，基本可以反映施工现场的实际情况，梁、板、柱、管道、管件、阀门等模型理论上应与实际构件在尺寸上保持一致。达到此精度的模型，我们可对其进行模型构件化的操作，这是很重要的过程。

拿机电项目举例最为合适，我们常用的BIM建模软件，所搭建的机电模型均为一个整体，并未按实际管道、管件安装尺寸进行考虑，例如120m的管道在模型中数量为1，实际安装管道数量可能为10（以实际12m每根钢管进行计算）。为使4D模型更为精确，构建化是必不可少的一步。模型的拆分参考《BIM智能分段编码技术在大型机电机房的应用》一文中提到的相关操作，拆分后对其进行编码重组既是构建化的过程，编码体系需依据各单位实际情况进行标准化定制。

机电模型BIM智能分段编码技术是通过工具建模形成三维模型，对各系统部件进行分段编码，要求BIM模型的综合排布后具备可实施性精准度；同时需工长与BIM工程师对智能分段后的构件模块进行复核确保无误；其中有的工具的自动分段功能算法开发基于工程师对于图纸、计量规则、施工工序工艺、预制化和技术规范的深度理解，需综合考虑支架、三通及弯头的定位，仪表、阀门、法兰、短管及设备的驳接等因素，在深化设计后的BIM模型中按照系统类型、直径、长度需求选择对应的管道，获取管道三维的位置，按一定的规则如管道长度（管道原材料为6～13米）、距离管箍中心线的间距、距离挖眼三通口半径+200mm，插件通过定位对应管箍的法向平面，按照使用人员编辑的Python Script规则算法执行管道分段操作。

图2 模型的拆分及构件化1

图3 模型的拆分及构件化2

四：4D信息管理及传递的过程

工程行业的信息常见的包括:物资、进度、设计、资源、运维信息等，信息管理应达到的目的或者深度如下表

1物资信息

将构件化模型导入SYNCHRO中，SYNCHRO中有对物资状态的区分功能。以管道为例，通常实际项目中，管道的信息流程如下:

图4 普遍物资信息流程

物资状态的区分总的来说如图所示，用不同的颜色区分构件目前所处的状态，这也是需要基于构件化模型才能实现的功能。可以利用SYNCHRO中编辑计算公式的功能，选定关键词条进行工程量统计，计算项目中各物资总的使用量。

图5 不同状态下的管道信息

当对象是有限的管道及其他构件时，我们可以手动去编辑更改状态信息，但工程项目仅管道可能就有成百上千个构件，这时候更可行的办法是与项目日常表单结合起来进行信息管理。材料计划单是个很好的切入点，基于构件化模型，我们可以实现构件化下单（未下单的也就自动区分出来了）。

图6 构件化订单

由于SYNCHRO中，所有构件的信息均可以导出为Excel表单，我们需要做的就是将导出的表单与材料计划单一一对应，这类表格处理的方法很多。具体到各阶段的参与方要处理的信息如下表所示

安装信息反馈到模型中是目前较为复杂的信息管理步骤，我们探索过二维码扫码反馈安装信息的过程，但在实际执行过程中，往往由于现场复杂的施工环境和人员素质而得不到准确及时的信息反馈。目前可行性较高的方法是施工单位管理人员将模型带到现场，依据现场实际情况进行模型的描图工作，也可进一步提高项目对现场的管控。

2进度信息

进度信息管理目前行业最为关注，在于其可视化程度明显，尤其投标阶段越精细的进度信息价值越高。各大商业软件公司，在进度可视化这块竞争激烈，侧重点也各不相同，有的侧重模型轻量化，有的则更看重可视化效果。

但重点在于，如何让进度信息更符合实际。前面已经研究过的物资状态中已安装和计划安装也能集成于进度信息中，可实际项目管理的进度涉及到方案、材料、现场、调试、运维等，这些相互高度依赖的工作重叠在一起，总能使项目产生意料之外的协调、返工和等待工作，在项目前期准备阶段无法完全预测。SYNCHRO中提供的解决方案可总结为基于BIM的关键链进度管理，关键链中包括人材机。

项目的关键链的形成，首先根据项目工序的技术约束做出的项目网络图，然后考虑项目活动所受到的资源（如劳动力、施工机械、外部原因等）约束，对网络图进行必要的调整，得到项目的初始进度计划，初始进度计划中持续时间最长的线路即为项目的关键链。

将编辑好的进度计划导入，在SYNCHRO中调整相应约束关系后，可在进度计划表格中查看到各项计划的下游总浮动时间，通过计算关键路径的功能，可自动为我们识别出本项目中的关键路径

图7 关键路径计算

如果已经将3D模型与相应进度计划进行绑定，我们可以很直观的看到关键路径上的模型显示，以可视化的方式展示项目的关键节点。图中，非关键路径上的模型已经透明显示。

图8 关键路径模型显示

确定关键链不仅服务于施工方的资源调整，也可为业主方总控计划提供更细致的依据。动态化信息处理周期可以定为一个月、一周，不宜过长也不能过短，我们可以将每周的进度会议的资料素材通过SYNCHRO来展示，只是改变一下汇报形式，并不增加人员工作量。

在SYNCHRO中通过时间基准线的设置，我们可以聚焦在某一个特定时间段的进度计划与实际状态的对比，在结合关键路径进行整体进度计划的调整。

图9 左 计划进度；右 实际进度

3资源信息

工程项目的资源信息当然关心资源总的用量及使用情况，SYNCHRO中提供了相应的计算公式，通过进度信息的更新，我们也可以动态的获得当前进度下资源的使用情况及余量。

图10  SYNCHRO工程量计算

更广义的资源信息包括供应商信息、成本信息、人力资源、材料资源、机械资源以及如何在整个项目周期中让各种资源更平衡过度，即不出现异常波峰、波谷，另外我们可以将资源平衡的过程从以往的表格形式进化为更加可视化的形式，便于资源信息的理解。

图11 供应商信息

图12 成本信息

人材机等资源的平衡与进度计划相关，平衡的支撑依据仍是关键链任务。在进行进度计划的编辑时，我们需要考虑当前任务的资源使用情况。这样当把视野提高到整个项目时，我们会发现项目资源使用或多或少存在不均衡过度的情况。那固定关键链项目，我们去调整其他项目的开始结束时间就可以让资源使用更加合理，而且调整的过程与4D模型深度绑定，每一步的调整即可反应在可视化表格中，也可直观的展示在模型变化中。

图13 人力资源平衡

可视化的资源信息施工方和业主方的更能接受，信息的接受和传递更直观，各方都能知道在工程施工进行到哪个阶段项目现场需要多少人材机。SYNCHRO也可以将调整过后的资源情况转化成表格，进行项目不同角色间的流转。

图14 资源表格

4设计信息

决定BIM模型包含哪些信息的，是最后项目交付使用的运维单位。工程行业BIM模型都是基于设计院出具的CAD二维图纸，但是现阶段几乎所有的BIM模型中最缺少的反而是设计信息。当然BIM模型反应的是设计理念，但这里的信息是指每个功能房间、每根管道、每个阀门从初步设计迭代到最终成品的设计论证过程，SYNCHRO 4D完全可能实现。我们可以在构件化模型中为每个支架添加净高控制信息，也可通过文档的导入及时分享设计更新，SYNCHRO云端也可同步设计信息。

图15 构件设计信息

图16 设计文档导入

5运维信息

回到最初我们对BIM的定义：BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。因为有便利提取建筑内材料信息的优势，我们要探讨原来用于施工过程的BIM模型，于竣工后如何赋予更多运维信息，以利导入营运维护管理阶段应用。

建筑物在竣工落成后的维护管理，是建筑物全生命周期中，时间最长、经费支出最多的阶段。那么如何提高BIM的运维价值？需要具有充分且正确的构件信息，运维信息与4.1中的物资信息及4.2中的资源信息紧密联系，业主可在SYNCHRO模型中内置更详细的物资信息及资源信息，以达到运维目的。

图17 供应商联系信息

6信息标准化

工程行业，尤其是对BIM价值有深入研究的公司，近年一直在探索利用标准化获得超越模型的价值。行业共识，未来的施工管理趋势可总结为以下几点【3】：

企业信息标准化程度将直接决定市场竞争力，影响正常的生产经营活动，生产效益又反过来影响企业信息标准化进程，因此信息标准化是一条必须要走的路。SYNCHRO依托强大的信息处理及数据集成能力，可为项目标准化提供辅助支持。通常包括：对象属性标准化、编码体系标准化、工作流程标准化。

图18 标准化对象属性

SYNCHRO可将4D模型几乎所有的信息导出为Excel表格，通过编辑表格中的信息再次导入到模型中，即可编辑构件信息，为我们的标准化提供了依据，只需做好外部表格间的信息互传，即可得到标准化4D模型。

图19 外部Excel信息编辑

5：信息载体的形成

工程项目全生命周期是个线型流程，而通过上述分析我们可以看出，项目信息化却是一个闭环过程：进度优化离不开资源整合，运维过程需得到物资及资源信息，企业的高质量生产活动也需要高度标准化的数据信息支撑。通过集成计划管理平台我们将各个阶段的角色环形联系在一起，需强调的是，我们一直以来讨论的都是信息管理及数据处理的流程，选择SYNCHRO做信息载体，是因为它的设计理念更契合。

图20 信息管理框架图

6：社会效益分析

21世纪是复杂性科学的世纪，工程领域正是如此。如今项目体量越发庞大，各参与方之间的利益相关性越来越复杂，项目执行过程中需用到的新技术扮演的角色也越来越重要。工程领域也经历了数字化洗礼，这个庞然大物也开始求变求新，对企业的管理理念提出了更高更新的要求，利用BIM 4D技术手段辅助工程管理是必须要走的一步。在实践领域，尽管每一步都受制于工程项目的复杂性、时效性，进步异常困难。上文的例子中将论述对象具象化为单个或及少数构件，也是因为实际项目的构件信息化体量极其庞大，单个项目或很短的时间内无法对整个项目进行完整的信息化研究，但我们要先通过一个系统或者一个标段，研究符合自身企业的信息化之路，这是竞争日益激烈的市场决定的。

参考文献：

1.李永奎 韩一龙 基于4D的复杂工程计划管理 2021年3月第1版

2.唐川 项冲综合动力站机电安装管理和关键施工技术运用与研究 建筑电气 2020年3月

3.bentley官方中国优先社区

作者，黄宗华（1970.03-），男，教授级高级工程师；中建三局第一建设安装有限公司副总经理；研究方向：主要从事BIM,暖通空调领域新技术,新产品的研究和开发工作；E-mail: 276824457@qq.com；电话：18613164165；邮编：518109；通讯地址：深圳市龙华区壹成环智中心B座21层