BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

包勝 盧富華 趙政燁 沈銳

(浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310000)

0 引言

在建筑工程項(xiàng)目的管理過程中，除了受到施工工藝、施工技術(shù)、人工、材料、機(jī)械等內(nèi)在因素的影響外，外在的如天氣、施工環(huán)境等因素也會(huì)干擾施工進(jìn)度，導(dǎo)致工程項(xiàng)目經(jīng)常出現(xiàn)延期的情況。傳統(tǒng)的進(jìn)度管理辦法往往存在信息傳遞不及時(shí)、準(zhǔn)確性不高、內(nèi)容變更層層傳達(dá)延誤時(shí)間等問題。在現(xiàn)代化建設(shè)中，信息化管理已成為降低成本、提高效率的有效措施，因此在施工進(jìn)度管理中引入BIM技術(shù)，將從根本上解決問題，是十分必要的。

1 施工進(jìn)度管理及BIM技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

過去我國(guó)建筑業(yè)“重技術(shù)，輕管理”，這種傳統(tǒng)思想造成了管理體制的落后。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年進(jìn)度管理不善造成的損失，包括人工機(jī)械閑置損失、工期延誤索賠等，高達(dá)上千億元。而就施工進(jìn)度管理而言，仍存在許多問題，如組織協(xié)調(diào)難度大，參與方數(shù)量太多，利益關(guān)系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜；管理計(jì)劃缺乏靈活性，工程進(jìn)度計(jì)劃較死板，難以調(diào)控；承包商未能妥善處理好進(jìn)度、成本與質(zhì)量三者間的協(xié)調(diào)關(guān)系，只重點(diǎn)抓其中某一項(xiàng)，始終沒有將三者聯(lián)系起來看待，使得工程項(xiàng)目總會(huì)出現(xiàn)不如人意的地方。進(jìn)一步探究原因，發(fā)現(xiàn)這些主要是由信息傳遞不流暢造成信息丟失、信息不流通而引起的。隨著工程項(xiàng)目規(guī)模的增大，項(xiàng)目中產(chǎn)生和附加的信息量越來越大，如果管理不善，將帶來更大隱患。

國(guó)內(nèi)對(duì)BIM與進(jìn)度管理的研究并不多，尤其是BIM技術(shù)與純粹的項(xiàng)目管理理論結(jié)合的點(diǎn)較少且不深入，目前基于BIM的進(jìn)度管理實(shí)現(xiàn)都是比較淺層的進(jìn)度展示。然而，復(fù)雜的進(jìn)度規(guī)劃和進(jìn)度調(diào)整控制，都必須依靠強(qiáng)大的項(xiàng)目管理水平來實(shí)現(xiàn)。

2 BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的引入

2.1 施工進(jìn)度管理理論分析

2.1.1 關(guān)鍵鏈理論

作為一種進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，關(guān)鍵鏈可將項(xiàng)目各項(xiàng)活動(dòng)連接起來，充分利用有限資源對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。關(guān)鍵鏈理論認(rèn)為，項(xiàng)目工期取決于完成該項(xiàng)目的關(guān)鍵路徑的長(zhǎng)度，以及關(guān)鍵鏈的管理情況。因此，應(yīng)用關(guān)鍵鏈進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度管理的目標(biāo)主要是為了保證項(xiàng)目在資源受限的情況下，能以最短的工期完成。這意味著，項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)程中的瓶頸就出現(xiàn)在該項(xiàng)目工期最長(zhǎng)的那條路徑之中，此即為關(guān)鍵鏈。

2.1.2 緩沖區(qū)管理

基于關(guān)鍵鏈法的項(xiàng)目進(jìn)度管理，重點(diǎn)在于對(duì)緩沖區(qū)的統(tǒng)一控制和協(xié)調(diào)。緩沖區(qū)大小的設(shè)置不在本文討論范圍之內(nèi)。本文通過設(shè)置緩沖區(qū)預(yù)警線來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度的控制。

(1)當(dāng)每一道工序的工期延誤時(shí)間都未超過安全時(shí)間的1/3時(shí)，屬于較為安全的區(qū)間。此時(shí)相關(guān)的執(zhí)行人員應(yīng)該對(duì)此時(shí)刻關(guān)注，并且適當(dāng)加快進(jìn)度，防止觸碰第一道警戒線。

(2)當(dāng)每一道工序的工期延誤時(shí)間都超過了安全時(shí)間的1/3時(shí)，即視作沖破了第一道警戒線。此時(shí)相關(guān)的項(xiàng)目管理人員對(duì)此應(yīng)該給予密切關(guān)注，并識(shí)別問題的根源所在，采取一定措施，將風(fēng)險(xiǎn)盡量控制在第二個(gè)區(qū)間內(nèi)。

(3)當(dāng)每一道工序的工期延誤時(shí)間超過了安全時(shí)間的2/3，即到了危險(xiǎn)區(qū)間，此時(shí)已沖破了第二道警戒線，成為高風(fēng)險(xiǎn)事件，這些工序在實(shí)際進(jìn)行過程中將非常不順利。項(xiàng)目管理人員對(duì)此應(yīng)該立即采取應(yīng)急措施，通過增加資源或者趕工等方法保證工序在規(guī)定的安全時(shí)間內(nèi)完成。

2.2 BIM相關(guān)技術(shù)的分析

2.2.1 4D-BIM模型的建立

模型圖元是整個(gè)3D-BIM的物質(zhì)基礎(chǔ)，所有構(gòu)件與配件對(duì)象及其屬性和操作的定義都在這個(gè)基礎(chǔ)上完成。也就是說，模型的核心數(shù)據(jù)都集中于模型圖元，模型圖元是3D-BIM數(shù)據(jù)的最終載體。4D-BIM模型的建立，是在3D-BIM的基礎(chǔ)上，將施工計(jì)劃數(shù)據(jù)與模型圖元的三維幾何數(shù)據(jù)以及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)4D模擬、進(jìn)度調(diào)控等功能。

2.2.2 4D-BIM管理系統(tǒng)體系實(shí)現(xiàn)流程

基于BIM的4D管理系統(tǒng)需要建立在項(xiàng)目計(jì)劃編制技術(shù)和3D-BIM的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。圖1是4D-BIM管理系統(tǒng)體系實(shí)現(xiàn)的流程。

圖1 4D-BIM管理系統(tǒng)體系的實(shí)現(xiàn)流程圖

3 實(shí)際案例項(xiàng)目進(jìn)度管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 案例項(xiàng)目簡(jiǎn)介

城市地下綜合管廊，是國(guó)家“十三五”推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要工程。將電力、通信、給水、排水、熱力、燃?xì)獾仁姓芫€集中鋪設(shè)于城市地下的管廊內(nèi)，可以較好地解決反復(fù)開挖地面的“馬路拉鏈”問題，同時(shí)提升管線的安全水平和防災(zāi)抗災(zāi)的能力。施工中的難點(diǎn)包括既有管線的割接、節(jié)點(diǎn)預(yù)留及交通導(dǎo)改。部分節(jié)點(diǎn)處三污干管割接困難，且應(yīng)預(yù)留該節(jié)點(diǎn)規(guī)劃管廊的交叉，需要進(jìn)行多次交通導(dǎo)改，施工組織難度大，工期長(zhǎng)。這也是BIM技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)所在。

3.2 基于BIM的進(jìn)度管理體系分析

3.2.1 BIM進(jìn)度管理框架

(1)應(yīng)用框架體系。如果將進(jìn)度計(jì)劃的管理放到計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，所有信息將能夠及時(shí)更新，同時(shí)結(jié)合最新的BIM技術(shù)，將提高進(jìn)度管理的效率。圖2是設(shè)計(jì)的基于BIM的進(jìn)度計(jì)劃管理應(yīng)用框架體系。

圖2 BIM進(jìn)度計(jì)劃管理框架

與此同時(shí)，由于現(xiàn)階段BIM的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，所有的理論不可能一下子完全套用到實(shí)際項(xiàng)目中。理論上BIM的進(jìn)度管理應(yīng)該滲透在整個(gè)工程項(xiàng)目管理人員的日常工作中，即每個(gè)人都基于同樣一個(gè)平臺(tái)，發(fā)布的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)匯總和共享。但是由于實(shí)際情況，案例項(xiàng)目中單獨(dú)成立一個(gè)基于BIM的工程項(xiàng)目進(jìn)度管理小組，從事BIM進(jìn)度管理的相關(guān)工作。

(2)BIM信息平臺(tái)的構(gòu)成。信息采集系統(tǒng)、信息組織系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成BIM的信息平臺(tái)。三個(gè)系統(tǒng)之間存在遞進(jìn)關(guān)系，只有前面一個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)完成，后面系統(tǒng)才有開始的前提條件。該平臺(tái)是一個(gè)信息的集散地，所以需要幾乎所有的項(xiàng)目利益相關(guān)者參與到系統(tǒng)信息采集、組織和處理流程中來。

3.2.2 BIM進(jìn)度管理流程

借鑒三級(jí)管理的思想，項(xiàng)目進(jìn)度管理計(jì)劃按照總體進(jìn)度、二級(jí)進(jìn)度、周進(jìn)度和日常工作這四個(gè)層次劃分。案例項(xiàng)目開始前，項(xiàng)目經(jīng)理或其他相關(guān)負(fù)責(zé)人主導(dǎo)編制項(xiàng)目的總體進(jìn)度計(jì)劃?？傮w進(jìn)度計(jì)劃從項(xiàng)目一開始直到項(xiàng)目結(jié)束。二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃又稱階段進(jìn)度計(jì)劃，可按月或按季度或按階段進(jìn)行編制，由項(xiàng)目經(jīng)理和相關(guān)分包單位一同編制。周進(jìn)度計(jì)劃表由各個(gè)班組在二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃表的基礎(chǔ)上進(jìn)行編制。所有進(jìn)度計(jì)劃編制完成后，最終的日常工作計(jì)劃就在BIM信息平臺(tái)上進(jìn)行即時(shí)的協(xié)作與溝通，按照進(jìn)度計(jì)劃協(xié)調(diào)與變更。在最終的日常工作計(jì)劃制訂完成后，利用BIM模型可視化的特性，可實(shí)現(xiàn)4D施工模擬等功能，分析進(jìn)度計(jì)劃中的問題并調(diào)整，從而確保計(jì)劃的可實(shí)施性。在計(jì)劃的執(zhí)行過程中，利用4D功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的項(xiàng)目施工過程跟蹤，并與原計(jì)劃對(duì)比，促進(jìn)各個(gè)部門間的相互交流。BIM進(jìn)度管理體系應(yīng)用的總體流程，見圖3。

圖3 BIM進(jìn)度管理流程

3.3 基于BIM的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃制訂

3.3.1 確定工作分解結(jié)構(gòu)

工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)是項(xiàng)目經(jīng)理將項(xiàng)目分解成各項(xiàng)任務(wù)的工具，而對(duì)于其他人來說，WBS是一張簡(jiǎn)單明了的圖表，從中可以看出項(xiàng)目范圍和工作架構(gòu)。工作分解結(jié)構(gòu)既可以用樹狀圖表示，也可以用大綱的形式表示。創(chuàng)建WBS結(jié)構(gòu)的工作很具有挑戰(zhàn)性，可以從上到下創(chuàng)建，也可以自下而上創(chuàng)建。本文不再贅述。

對(duì)工期的合理估算是一門藝術(shù)，也是一門科學(xué)，需要給出實(shí)際的數(shù)字，并用真實(shí)的數(shù)據(jù)與分析來支撐。對(duì)于工期的估算應(yīng)該注意：

(1)選擇合適的人做估算。有經(jīng)驗(yàn)的人，才能給出合理的估算。未來負(fù)責(zé)這個(gè)工作的人員最適合做此項(xiàng)工作，因?yàn)樗麄儠?huì)在估算時(shí)考慮自身能力或其他限制因素，做出準(zhǔn)確的估算。

(2)選擇合適的估算方法。如現(xiàn)有資料法、參數(shù)模型法、PERT分析法、德爾菲法等?？筛鶕?jù)項(xiàng)目類型以及公司經(jīng)驗(yàn)來選擇估算方法。

3.3.3 確定工作順序

任務(wù)之間的邏輯關(guān)系是否正確也是影響該計(jì)劃是否合理的因素。要確定任務(wù)的工作順序，就應(yīng)該確定任務(wù)之間的相關(guān)性類型。任務(wù)相關(guān)性類型有四種：完成-開始型，開始-開始型，完成-完成型，開始-完成型。通過幾個(gè)問題可以幫助管理人員做出正確的判斷，設(shè)置正確的相關(guān)性類型，這些問題有:這項(xiàng)任務(wù)開始的必要條件是什么？控制后續(xù)任務(wù)是前置任務(wù)的開始還是結(jié)束？前置任務(wù)的控制是后續(xù)任務(wù)的開始還是結(jié)束？判斷完各個(gè)工作間的相關(guān)性類型后，就可以利用Project軟件創(chuàng)建各個(gè)任務(wù)間的相關(guān)性。

3.3.4 4D-BIM模型準(zhǔn)備

3D-BIM是4D-BIM模型基于BIM進(jìn)度管理的基礎(chǔ)。模型的建立一開始就要準(zhǔn)備，要提前于模型的應(yīng)用，因此應(yīng)該做好模型建立的計(jì)劃。利用Revit建立進(jìn)度管理模型，案例項(xiàng)目目前的需求是首開段的進(jìn)度模擬，所以先建立首開段的BIM模型，見圖4。

圖4 首開段BIM模型(截圖)

BIM模型在Revit中建立完成后，由于Revit只是一個(gè)建模軟件，不擅長(zhǎng)與4D整合和模型應(yīng)用，所以需將Revit模型導(dǎo)出到Navisworks軟件中開展接下來的工作。導(dǎo)出模型見圖5。

監(jiān)測(cè)線路選擇在該變電站10 kV母線Ⅰ段和10 kV母線Ⅱ段。電壓暫降儀安裝于兩段母線電壓的端子排上。該變電站一次接線如圖2所示。

圖5 導(dǎo)出模型到Navisworks(截圖)

在Navisworks中打開模型文件，見圖6。

圖6 Navisworks中BIM模型(截圖)

模型導(dǎo)入到Navisworks后，如果要讓構(gòu)件與相應(yīng)的WBS工作包對(duì)應(yīng)，就需要對(duì)模型進(jìn)行工作包劃分。之所以需要對(duì)應(yīng)，是因?yàn)橹挥幸灰粚?duì)應(yīng)，才能在3D-BIM中真實(shí)反映工程進(jìn)度，形成4D-BIM模型。應(yīng)按照工程需要，將模型分成幾個(gè)WBS工作包的選擇集。

確定模型已經(jīng)按照工作包(進(jìn)度計(jì)劃的最小單位)劃分完成后，就可以將BIM模型和創(chuàng)建的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成4D-BIM模型。在Navisworks中，已經(jīng)開發(fā)出提供使用者選擇的相應(yīng)功能。由于案例項(xiàng)目中創(chuàng)建的進(jìn)度計(jì)劃是基于Project軟件的，所以可以在Navisworks的Timeliner模塊的數(shù)據(jù)源中導(dǎo)入創(chuàng)建的Project進(jìn)度計(jì)劃(圖7)。進(jìn)度計(jì)劃被導(dǎo)入到Navisworks中后，如果Project中的計(jì)劃發(fā)生變動(dòng)只需要更新數(shù)據(jù)源，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)時(shí)更新(圖8)。

圖7 導(dǎo)入Project數(shù)據(jù)(截圖)

數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功后，Navisworks的Timeliner界面就會(huì)出現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃中的工作分解結(jié)構(gòu)，再將之前整理好的集合與此處的工作分解結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，創(chuàng)建出4D-BIM模型。圖9是創(chuàng)建好的Timeliner進(jìn)度計(jì)劃表和模擬過程。

圖8 建立進(jìn)度與模型相關(guān)數(shù)據(jù)的更新(截圖)

圖9 模擬過程(截圖)

3.3.5 調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃

進(jìn)度計(jì)劃的調(diào)整分為以下幾個(gè)方面:

(1)根據(jù)進(jìn)度模擬，考慮工程項(xiàng)目進(jìn)度是否存在空間沖突。

(2)根據(jù)進(jìn)度模擬，考慮是否存在能夠進(jìn)行優(yōu)化的地方，是否能夠通過優(yōu)化施工安排來實(shí)現(xiàn)工期減少。

(3)根據(jù)資源的生產(chǎn)效率，考慮此種安排方式是否造成資源的過載。

在考慮完全后，進(jìn)度計(jì)劃階段就算完成了。

3.4 基于BIM的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃執(zhí)行

進(jìn)行項(xiàng)目管理后，管理人員會(huì)被更多的文案工作淹沒：狀態(tài)報(bào)告、變更需求、團(tuán)隊(duì)成員提出問題的電子郵件等。如果沒有專門存放項(xiàng)目檔案的資料庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)，這些資料的整理將成為一件阻礙項(xiàng)目進(jìn)展的難題，甚至?xí)斐晒て谕涎?。基于BIM項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的執(zhí)行階段，就需要有一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來幫助項(xiàng)目管理人員整理相關(guān)的文件。如何選擇歸檔系統(tǒng)，取決于項(xiàng)目類型與規(guī)模、管理人員對(duì)信息分類的重視程度以及項(xiàng)目可以用的技術(shù)。針對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行過程中常見的文件類型，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)，其框架見圖10。

圖10 數(shù)據(jù)庫(kù)框架

(1)項(xiàng)目計(jì)劃模塊。用來存放組成項(xiàng)目計(jì)劃的所有文件，包括文字計(jì)劃書、項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃、預(yù)算、子計(jì)劃的文字計(jì)劃書等。

(2)溝通記錄模塊。存放的內(nèi)容非常多，二期隨著項(xiàng)目的進(jìn)行，這個(gè)模塊信息會(huì)越來越多。管理人員可以用子文件夾將狀態(tài)報(bào)告、差異報(bào)告、各種信函、會(huì)議紀(jì)要等文件分類保存。

(3)變更管理模塊。存放記錄變更需求和需求狀態(tài)的文件。根據(jù)管理變更需求的方式，這個(gè)模塊可以存放的文件包括：原始變更需求、估算結(jié)果、批準(zhǔn)文件、否決文件以及否決原因、定期更新所有變更需求狀態(tài)報(bào)告。

(4)風(fēng)險(xiǎn)管理模塊。用來存放風(fēng)險(xiǎn)計(jì)劃、報(bào)告、已發(fā)生的或潛在的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)報(bào)告。

(5)項(xiàng)目資料模塊。用來存放項(xiàng)目資料，各版本施工圖等資料。該數(shù)據(jù)庫(kù)為了能夠在實(shí)際工程中使用，需要對(duì)文件進(jìn)行分級(jí)處理，不同級(jí)別的賬戶可以查看的項(xiàng)目資料不一樣，而且對(duì)項(xiàng)目資料的權(quán)限也是不一樣的。等級(jí)較低的賬戶只允許查看，不允許修改。如果是作為記錄的文件，保存之后都只能進(jìn)行查看，不能進(jìn)行修改。

3.5 基于BIM的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃控制

在項(xiàng)目進(jìn)行的過程中，需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展情況進(jìn)行持續(xù)的跟蹤，才能準(zhǔn)確地判斷項(xiàng)目進(jìn)展情況。在案例項(xiàng)目中，設(shè)置專人對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行跟蹤。這個(gè)人由BIM小組成員擔(dān)任，由他向各個(gè)班組收集項(xiàng)目進(jìn)度信息并匯總到BIM小組組長(zhǎng)處，然后由小組成員對(duì)進(jìn)度信息進(jìn)行整合，添加到BIM模型中。在進(jìn)行項(xiàng)目跟蹤過程中需要收集的數(shù)據(jù)有：

(1)工作包進(jìn)展情況。每個(gè)工作包都應(yīng)該設(shè)置完成標(biāo)準(zhǔn)，只要達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)，就說明工作包完成了。這包括能夠說明任務(wù)完成情況的幾項(xiàng)數(shù)據(jù)：實(shí)際開始時(shí)間、實(shí)際工期或工時(shí)、剩余工期或工時(shí)。

(2)對(duì)質(zhì)量的評(píng)估會(huì)改變已經(jīng)得出來的進(jìn)展情況。比如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)軟件缺陷的發(fā)展速度過快、來不及修補(bǔ)時(shí)，軟件開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)展不會(huì)像團(tuán)隊(duì)成員預(yù)測(cè)的那樣樂觀。

(3)未來可能存在的問題。要想確定項(xiàng)目的真正進(jìn)展，還有一個(gè)問題需要注意，那就是哪些方面可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的時(shí)候，必須立刻啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。不同的風(fēng)險(xiǎn)有不同的應(yīng)對(duì)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

在施工進(jìn)度管理中運(yùn)用BIM技術(shù)，可充分解決人工機(jī)械閑置損失、工期延誤索賠、信息不流暢等問題，提高建筑工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)科技與項(xiàng)目的融合。本文在現(xiàn)有施工進(jìn)度管理理論及BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于BIM的4D系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系和實(shí)現(xiàn)流程。搭建了基于BIM的項(xiàng)目進(jìn)度管理體系，有利于BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目中充分發(fā)揮其效益和價(jià)值。

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