1.1 研究背景
工程项目建设的三大目标为质量、进度、成本，三者共同形成工程建设的评价控制体系，也是评价项目成败的关键指标。由于工程项目建设周期长、参与方众多等原因的影响，工程项目建设的质量、进度、成本等很难得到保证，且项目建设的不可重复性以及为满足社会需要，工程项目的结构造型和功能需求越来越复杂，各种费用也在不断上升。这使得建筑企业以及项目的各参与方不得不重视项目的全局发展，重新审视项目全生命周期中各阶段的信息以及项目各参与方信息的共享和经验的积累，以便于更好解决项目建设时遇到的各种实际问题，如进度缓慢、成本超支、资源消耗过快等。建筑业是我国重要的支柱产业，对社会经济的增长有着至关重要的作用。虽然我国建筑业每年完成的产值很高，但是其生产效率、资源利用率以及管理效率等都是很低的。建筑业的低效率和浪费现象迫使人们去思考如何对建设工程的生产和组织方式进行变革[1]。据中国统计年鉴数据显示，每年建筑业产值占国内总产值很大的比重，房地产开发投资占社会固定资产总投资额几乎达到了 20%[2]。由此可见，房地产业对我国社会经济发展作用重大。但是从建筑业增加值变化曲线来看，从 2010 年开始，建筑业的增加值增速逐年下滑，到 2016 年，增加值增速创下了近 6 年以来的新低。从建筑业的利润增速来看，2014 年为 11.3%，2015年为 20.7%，而到了 2016 年，利润较 2016 年竟下滑了 35.6%。从而可以看出，虽然我国建筑业取得了长足的发展，但是墨守成规的设计和施工导致了高成本和低利润。由于建筑信息化水平低和管理水平落后，质量和安全事故时有发生，很多建设工程项目还存在工期延误、成本超支，损失、浪费等现象。2011 年，住建部颁发了《2011-2015 年建筑业信息化发展纲要》。纲要中特别强调：要加快建筑信息模型新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设[3]。纲要还指出 BIM 技术的研究和应用不仅局限在施工阶段，还要推进 BIM 技术从设计阶段向施工阶段的延伸，完成不同阶段之间信息的传递与共享。此《纲要》的颁布，在很大程度上鼓励了施工企业变革生产方式，利用 BIM 技术提高项目管理效率。进入“十二五”计划之后，施工技术与建筑设计水平得到显著提高，大型化、复杂化是建设工程项目的发展趋势[4]。但是工程项目不确定因素多、持续时间长，在进度、质量、成本三大目标的项目管理中，不仅需要投入大量人工和机械，还有大量的建材、半成品的生产，运输、储存和供应工作[5]。要使人、材、机等各种生产要素有条不紊的发挥其效用，其难度与复杂程度不断增加。
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1.2 研究目的与意义
在当前环境下，建筑行业工程项目管理的效率，是项目进度有无滞后、成本能否降低、工程质量有无保障的重要决定因素。所以，采取什么样的技术方法来进行项目管理显的及其重要。目前，我国建筑业的管理模式还只停留在建筑生命周期的某一阶段上，无法完成全生命周期的信息传递与共享，例如传统成本管理模式，也就是信息孤岛式的成本管理，无法完成建筑全生命周期内的信息的传递与共享，闭门造车式的成本控制，更谈不上协同工作了[7]。随着信息化技术的不断发展，中国建筑产业的信息化进入了高速发展期。许多建筑企业将信息化作为发展战略的一项重要任务大力推进，不断在生产、管理、科技三个领域打造企业一体化的信息集成平台，进而不断提升企业生产力、管理水平和创造能力。这对管理水平、施工技术也提出了新的要求，如何提升管理效率、减少返工率、提高管理质量以及各部门信息共享等问题，对于整个建筑工程行业已是迫在眉睫了。新型技术 BIM 的发展突破了这一局限，BIM 可以完成项目全生命周期的信息共享，为建筑企业的精细化管理提供了可能，其迅速推广和应用为整个建筑行业的科学发展带来了深刻变化，被认为是一次建筑业的“革命”。众所周知，BIM 技术可以实现建筑全生命周期的信息共享，可以支持设计、施工管理的一体化[8]，对项目建造及后期运营管理均具有重大意义，有利于租金建筑业生产方式的变革，从而推动建筑业信息化建设。本文旨在通过 BIM-5D 对项目工程进行施工进度、成本的模拟，资源的科学管理，来缩短建设周期和提高项目的管理效率[9]。
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第 2 章 BIM-5D 相关理论概述
BIM 既是模型，也是一种技术，能够体现建设项目全寿命周期的所有集合物理信息、结构性能、功能特点等等，实现了统一储存管理。BIM 包含了所有施工过程、进度、运营维护等信息，在国内外建筑行业已经得到广泛的应用[42]。以BIM 三维模型为基础，加上时间（Time）维度成为 BIM-4D，在施工进度管理方面已成功运用。在 BIM-4D 的基础上加入成本（Cost）维度形成 BIM-5D，不仅包含了建筑实体数据，而且涵盖了进度、资源和成本等信息，提升了 BIM 模型的功能价值，拓宽了 BIM 的应用范围。
2.1 BIM-5D 的基本概念及功能价值
在三维建筑信息模型的基础上，将时间数据以及成本数据与模型图元 3D 几何数据及关联数据进行系统地整合，即可构建 BIM-5D 模型。BIM-5D 模型能真正实现让项目管理人员清晰明了的观察项目实施流程，实现项目实施过程中成本信息的透明度，达到项目的精细化管理。BIM-5D 模型集成 3D 模型、时间信息和成本信息，形成一个具有 5D 概念的建筑信息模型，可用等式表达为 5D=3D 实体+时间(Time) +成本(Cost)。从本质上看，3D 模型与 5D 模型的模型框架体系是相同的，根本区别在于模型图元数据结构的不同[43]。因此构建 5D 模型时仍然可以沿用 3D 模型的框架体系，不需要对 3D 模型的结构体系做出本质改变。可用图的形成直观地表示 BIM-5D 的概念，如图 2-1 所示。目前，国内具有代表性的软件厂商鲁班、广联达等，也研发了各自的 5D 产品，如鲁班 BIM-5D，广联达 BIM-5D，但是在国际上最具有影响力的是 RIB i TWO5D 平台。BIM-5D 相较于 3D 来说，有两个很重要的信息，即成本和时间。成本信息和进度信息是两个纬度，三维模型加上进度就是 4D，三维模型加上进度和成本就是 5D。BIM-5D 是施工阶段最丰富、完整的模型，可以把所有的信息关联起来，协同各相关方一起把施工的工作做好。BIM-5D 真正实现了一个模型、一组信息的多次利用，彻底改变了现有的设计模型在施工阶段无法应用的现状。基于模型的属性信息都被统一导入到一个平台中，设计的模型信息可以无缝、无损导入系统平台，进行算量、组价、挂接进度等[44]。
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2.2 RIB i TWO 5D优势
RIB i TWO 5D 平台是真正的平台级系统，其他的类似 5D 产品要么单机版，要么是工具型个人使用的软件，不是项目参与各方一起协同工作的软件。RIBi TWO 5D 平台是通过全部使用人员连接中央服务器的中央数据库实现项目参与各方在 i TWO 平台协同管理，相互协作，使得项目参与各方共同在一个数据库工作，各部门各个人员相互协调，数据实时分享协同的平台级系统。RIB i TWO 5D 平台作为平台级别产品，保有很好的兼容集成性，可以和市面主流的其他软件集成，比如 BIM 建模的 REVIT、BENTLEY BIM、ARCHICAD、TEKLA 等，项目进度管理软件MS PROJECT、 P3、P6 等，ERP 用友、SAP、ORACLE 等。这是一个 5D 平台级别系统必须有的特质。但是其他软件尚未实现或者全部实现。其中对于常用的 REVIT建模软件导入 i TWO，是经过实践验证的无损导入，呈现最佳数据集成性。RIB i TWO 是企业级别软件，整个架构支撑整个企业级别多项目的管理，其他软件公司尚未实现，或者不是很成熟。RIB i TWO 是一个软件带来包含全流程全部功能，真正实现全流程全部功能积聚于同一个平台，数据内部自动流转，保证企业管理数据精准性和全面性。其他软件公司宣称的实现全流程各个功能是指，每个功能模块都要打开一个软件，多个软件组合一起实现全部功能，这样容易造成因为人为因素、数据转换因素，而影响数据的准确性和工作效率。
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第 3 章 建模规则与模型检查方案......15
3.1 Revit 建模...........15
3.2 模型检查....17
3.3 本章小结....25
第 4 章 基于 BIM 的 5D 协同管理平台的介绍与应用......27
4.1 i TWO 5D 平台介绍.........27
4.2 冲突检测....27
4.3 三维模型算量......28
4.4 工程计价....33
4.5 进度计划管理......36
4.5.1 进度计划....37
4.5.2 5D 模拟分析.........38
4.6 成本控制....40
4.7 本章小结....41
第 5 章 工程案例....42
5.1 工程概况....42
5.2 工程特点....43
5.3 案例演示....44
5.4 BIM-5D 在该项目中的应用价值.......53
5.5 本章小结....54
第 5 章 工程案例
5.1 工程概况
该项目为天津市滨海新区轨道交通 Z4 线工业园站，线路规划图见图 5-1。Z4 线将按照“分段实施、分期开通”的计划安排，逐步启动 Z4 线各个区段建设，最终在 2020 年实现通车试运营。Z4 线将连通中心商务区、天津开发区、中新天津生态城等新区重要功能区，在一定程度上带动这些区域交通环境的发展并且，便捷百姓出行，促进商贸往来。Z4 线一期工程规划南起新城一站，途经中央大道、东盐路、堡
