PKPM 施工管理平臺(tái)4D 虛擬建造應(yīng)用淺析

劉 昭 曲 徑

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

1 引言

對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行有效地控制，使其順利達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，是業(yè)主、監(jiān)理工程師和承包單位進(jìn)行項(xiàng)目管理的中心任務(wù)，同時(shí)也是項(xiàng)目實(shí)施過程中一項(xiàng)必不可少的重要環(huán)節(jié)。［1］

但是，由于項(xiàng)目進(jìn)行中客觀影響因素很多，工程項(xiàng)目進(jìn)度管理過程也人為影響因素也很多，并在不同項(xiàng)目中重復(fù)出現(xiàn)。究其原因，是由于傳統(tǒng)管理方法局限性造成的，為此，探索進(jìn)度管理方法的先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。

2 傳統(tǒng)進(jìn)度管理的局限性

2.1 二維圖紙

三視圖作為一種基本表現(xiàn)手法，將真實(shí)建筑的三維空間用二維的平、立、剖三視圖表達(dá)。CAD 技術(shù)的應(yīng)用，將繁重的手工工作用計(jì)算機(jī)代替，大大提高了出圖效率。

盡管如此，由于二維圖紙的表達(dá)形式與三維空間在人為理解上存在偏差，所以要看懂二維圖紙需要通過專業(yè)的學(xué)習(xí)和長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練才能讀懂。同時(shí)，隨著人們對(duì)建筑外觀審美要求逐步提高以及建筑設(shè)計(jì)行業(yè)自身的發(fā)展，異形曲面的應(yīng)用更加頻繁，SOHO、國(guó)家大劇院、鳥巢等外觀流線型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物越來越多。不但設(shè)計(jì)師很難準(zhǔn)確把握?qǐng)D紙表達(dá)方式，而且其他各方對(duì)圖紙的理解也很難準(zhǔn)確。另外，二維CAD 設(shè)計(jì)可視性不強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)師與現(xiàn)場(chǎng)管理者之間的溝通形成障礙。

2.2 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃抽象，往往難以理解和執(zhí)行

網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖是工程項(xiàng)目進(jìn)度管理的主要工具，但也有其缺陷和局限性。首先，網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖計(jì)算復(fù)雜，理解困難，只適合于專業(yè)的管理人員使用，不利于與施工企業(yè)各部門和施工現(xiàn)場(chǎng)各方之間溝通和交流;其次，網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖表達(dá)抽象，不能直觀地展示項(xiàng)目的計(jì)劃進(jìn)度過程，也不方便進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度的跟蹤;最后，網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖要求項(xiàng)目工作分解細(xì)致，邏輯關(guān)系準(zhǔn)確，這些都與人為的管理經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，實(shí)際操作中往往會(huì)出現(xiàn)各種問題，很難與實(shí)際情況結(jié)合。

2.3 二維圖紙不方便各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通

二維圖紙由于受專業(yè)知識(shí)程度的限制，使得各專業(yè)之間的工作相對(duì)獨(dú)立。無論是在設(shè)計(jì)階段還是在施工階段，都很難對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行完整性表達(dá)。各專業(yè)內(nèi)部各自為政，問題相對(duì)較少，但是各專業(yè)之間很難做到協(xié)調(diào)一致，相對(duì)問題較多，給整個(gè)項(xiàng)目的順利完成帶來困難。

2.4 傳統(tǒng)方法不利于規(guī)范化和精細(xì)化管理

隨著項(xiàng)目管理技術(shù)的不斷發(fā)展，規(guī)范化和精細(xì)化管理是形勢(shì)所趨。但是傳統(tǒng)的進(jìn)度管理方法很大程度上依賴于項(xiàng)目管理者的經(jīng)驗(yàn)，很難形成一種易于執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的管理模式。這種經(jīng)驗(yàn)化的管理方法受人為因素的影響大，而且對(duì)于大型的工程，不能做到全面細(xì)致，因此精細(xì)化也無從談起。

綜上所述，現(xiàn)有的進(jìn)度管理主要存在或部分存在信息化程度低、不支持可視化、循環(huán)周期長(zhǎng)、不利于目標(biāo)優(yōu)化和協(xié)同等特點(diǎn)，引進(jìn)新的管理技術(shù)，更新傳統(tǒng)的進(jìn)度管理方法已勢(shì)在必行。［2］

3 PKPM 施工管理平臺(tái)的虛擬建造方法及應(yīng)用

3.1 4D 虛擬建造概述

PKPM 施工管理平臺(tái)是BIM 技術(shù)和施工技術(shù)相融合的成果。該平臺(tái)基于BIM 理念，將BIM 模型與施工進(jìn)度計(jì)劃、工程造價(jià)、質(zhì)量安全以及施工資料等信息相融合，實(shí)現(xiàn)施工管理的信息化、智能化、集成化和可視化。其4D 虛擬建造功能是基于BIM 將設(shè)計(jì)階段所完成的3D 建筑信息模型附加時(shí)間的維度，構(gòu)成4D 模擬動(dòng)畫，通過在計(jì)算機(jī)上建立模型并借助于各種可視化設(shè)備對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬建造的演示和管理。其主要目的是按照工程項(xiàng)目的施工計(jì)劃模擬現(xiàn)實(shí)的建造過程，在虛擬的環(huán)境下發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)，并采取有效的措施對(duì)問題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控，進(jìn)而優(yōu)化施工計(jì)劃。即使發(fā)生了設(shè)計(jì)變更、施工圖更改等情況，也可以快速地對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行更新。此外，在項(xiàng)目評(píng)標(biāo)階段，三維模型和虛擬動(dòng)畫可以使評(píng)標(biāo)專家形象地了解投標(biāo)單位對(duì)工程施工資源的安排及主要的施工方法、總體計(jì)劃等，從而對(duì)投標(biāo)單位的施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力做出初步評(píng)估。

3.2 4D 虛擬建造的方法

3.2.1 工程精細(xì)化管理

WBS 是Work Breakdown Structures 的縮寫，譯為工作分解結(jié)構(gòu)。在一般的項(xiàng)目中，由于目標(biāo)和范圍可以確定，項(xiàng)目實(shí)施工作和管理工作也可以確定。WBS 就是通過樹型結(jié)構(gòu)分解工作，以便確定項(xiàng)目所有工作。WBS 是項(xiàng)目信息溝通的共同基礎(chǔ)，是系統(tǒng)綜合與控制的對(duì)象，是項(xiàng)目管理的最重要的工具。

PKPM 施工管理平臺(tái)初始化的時(shí)候，引入WBS分解概念，對(duì)大型項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化管理。根據(jù)不同項(xiàng)目的規(guī)模、不同企業(yè)的管理方法、不同專業(yè)的管理模式，可以自由、規(guī)范、清晰地管理，將不同的模型和進(jìn)度計(jì)劃有序地整合到統(tǒng)一的平臺(tái)下，根據(jù)不同權(quán)限控制查看和修改的操作，充分體現(xiàn)了BIM 平臺(tái)的協(xié)同工作機(jī)制。

圖1 項(xiàng)目WBS 分解圖

3.2.2 工程項(xiàng)目的直觀展示

與傳統(tǒng)二維圖紙相比，BIM 平臺(tái)下的施工管理中的三維模型展示功能，更有利于項(xiàng)目管理者直觀的感受建筑物本身，降低了管理者對(duì)圖紙理解偏差的可能性。通過對(duì)項(xiàng)目的清晰認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步減少溝通成本和人為誤差，在施工方案定制、進(jìn)度安排、施工場(chǎng)地布置等方面，盡最大可能實(shí)現(xiàn)“零碰撞、零沖突、零返工”，從而大大降低施工成本，減少資源浪費(fèi)與安全問題，指導(dǎo)真實(shí)的施工。

在BIM 平臺(tái)中，可以方便地瀏覽模型，進(jìn)行多種方式的三維漫游，快速地顯示和隱藏構(gòu)件，快速定位某一構(gòu)件位置。這樣可以使項(xiàng)目管理人員根據(jù)不同權(quán)限，定制符合自身需要的模型顯示內(nèi)容;可以進(jìn)入到建筑物內(nèi)部，對(duì)建筑進(jìn)行細(xì)部檢查;可以細(xì)化到對(duì)某個(gè)建筑構(gòu)件的空間位置、三維尺寸和材質(zhì)顏色等特征進(jìn)行精細(xì)化地修改，降低因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤對(duì)施工進(jìn)度造成的影響;可以將三維模型放置在虛擬的周圍環(huán)境之中，環(huán)視整個(gè)建筑所在區(qū)域，評(píng)估環(huán)境可能對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度產(chǎn)生的影響，從而制定應(yīng)對(duì)措施，優(yōu)化施工方案。

3.2.3 進(jìn)度模擬

傳統(tǒng)的進(jìn)度計(jì)劃編制方法雖然可以對(duì)工程項(xiàng)目前期階段所制定的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，但是由于自身存在著缺陷，所以項(xiàng)目管理者對(duì)進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化只能停留在一定程度上，即優(yōu)化不充分，這就使得進(jìn)度計(jì)劃中可能存在某些沒有被發(fā)現(xiàn)的問題，當(dāng)這些問題在項(xiàng)目的施工階段表現(xiàn)出來時(shí)，項(xiàng)目施工就會(huì)相當(dāng)被動(dòng)，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

基于PKPM 施工管理平臺(tái)的4D 虛擬建造技術(shù)的進(jìn)度管理，可以在工程建設(shè)的初期、中期、后期對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行全面地控制。

在工程建設(shè)初期，管理者可以通過反復(fù)的施工過程模擬，讓那些在施工階段可能出現(xiàn)的問題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，逐一修改，并提前制定應(yīng)對(duì)措施，使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案最優(yōu)，再用來指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，從而保證項(xiàng)目施工的順利完成。

在工程建設(shè)中期，管理者可以隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況填寫現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度，并與計(jì)劃進(jìn)度作對(duì)比，評(píng)價(jià)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的影響，快速定位關(guān)鍵工序，有針對(duì)性的調(diào)整后續(xù)計(jì)劃進(jìn)度，最大可能保證整體項(xiàng)目的工期。

在模型中滯后工序相關(guān)構(gòu)件和提前工序相關(guān)構(gòu)件用不同顏色加以區(qū)分，是管理者可以更直觀地查看工程建設(shè)中，影響工期的具體工序和位置，對(duì)這些工序和相關(guān)構(gòu)件采取相應(yīng)的施工措施，以保證整體項(xiàng)目的總工期順利完成。

在工程建設(shè)后期，管理者可以收集所有進(jìn)度的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分類匯總，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為今后同類項(xiàng)目提供相應(yīng)的管理經(jīng)驗(yàn)，提升企業(yè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，形成自主知識(shí)庫(kù)，規(guī)范企業(yè)管理和人才培養(yǎng)機(jī)制。

3.2.4 工程量分析

傳統(tǒng)的工程量分析是通過人工匯總、統(tǒng)計(jì)和分析，不僅工作量巨大，信息不能實(shí)時(shí)更新，而且受人為因素影響較大，造成分析數(shù)據(jù)的誤差。這就使得工程量分析數(shù)據(jù)不能被及時(shí)地運(yùn)用到工程建設(shè)中，無法對(duì)項(xiàng)目本身起到指導(dǎo)作用，而且分析數(shù)據(jù)的維護(hù)成本相對(duì)較高，投入和產(chǎn)出不成比例。

基于PKPM 施工管理平臺(tái)的4D 虛擬建造技術(shù)的工程量管理，可以對(duì)工程建設(shè)中人材機(jī)的計(jì)劃用量和實(shí)際用量進(jìn)行記錄、比對(duì)、分析，使管理者實(shí)時(shí)地接收現(xiàn)場(chǎng)材料用量變化，調(diào)整相應(yīng)物資計(jì)劃，保證資金、場(chǎng)地、機(jī)械和人員的合理周轉(zhuǎn)。

實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的人材機(jī)用量進(jìn)行錄入，是保證工程量分析的根本，在平臺(tái)中可以方便快捷地依據(jù)進(jìn)度計(jì)劃，輸入相應(yīng)的人材機(jī)信息，保證信息的及時(shí)性。管理者也可通過記錄查詢到相應(yīng)的歷史記錄，真正做到施工數(shù)據(jù)的可追溯性，減少數(shù)據(jù)查詢成本，給工程結(jié)算提供數(shù)據(jù)支持。

圖4 項(xiàng)目進(jìn)度糾偏

基于PKPM 施工管理平臺(tái)的4D 虛擬建造技術(shù)的工程量管理，可以進(jìn)行計(jì)劃模型量、實(shí)際模型量和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)量的三量對(duì)比，形成相應(yīng)的對(duì)比曲線，使管理者直觀地看到材料用量的變化趨勢(shì)，有效控制現(xiàn)場(chǎng)材料的使用周期、利用率、周轉(zhuǎn)率、損耗率等，對(duì)于偏離標(biāo)準(zhǔn)值過多的材料，可及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，維持整體項(xiàng)目的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量指標(biāo)的平衡。同時(shí)，可以對(duì)模型量、現(xiàn)場(chǎng)量(人材機(jī))在任意時(shí)間段內(nèi)，以不同時(shí)間維度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，省去了大量的重復(fù)計(jì)算工作，可以便捷地形成多形式的報(bào)表，方便管理者隨時(shí)把握現(xiàn)場(chǎng)人材機(jī)進(jìn)場(chǎng)使用情況，及時(shí)調(diào)整物資計(jì)劃。

3 小結(jié)

從上述分析與工程實(shí)踐的檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，基于PKPM 施工管理平臺(tái)的4D 虛擬建造技術(shù)可以從根本上解決傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方法的缺陷，在工程進(jìn)度管理中展示了優(yōu)越性。盡管BIM 技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用還處在初期階段，仍然需要積極探索與實(shí)踐，但是可以認(rèn)為，基于BIM 的虛擬建造技術(shù)不僅是可行的，而且會(huì)對(duì)我國(guó)工程項(xiàng)目管理的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

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