基于BIM技術(shù)綜合管廊進(jìn)度成本優(yōu)化研究

曾平鎮(zhèn)

摘要：在建設(shè)工程項(xiàng)目中，傳統(tǒng)的進(jìn)度和成本控制具有計(jì)劃靈活性差、資源配置不合理等問(wèn)題，而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用，可以大大提高工程的生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、縮短工期。本文通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用BIM技術(shù)在進(jìn)度與成本方面的控制，結(jié)合某地下綜合管廊工程，進(jìn)而闡述BIM技術(shù)在地下綜合管廊工程項(xiàng)目中對(duì)于進(jìn)度和成本控制的應(yīng)用研究。

Abstract： In construction engineering project， the traditional schedule and cost control has plans such as poor flexibility， unreasonable resource allocation problems， and the application of BIM technology， can greatly improve the production efficiency， saving of engineering cost， shorten the construction period.This paper compares the progress and cost control of traditional technology and applied BIM technology， cmbined with shuanghe lake underground comprehensive pipe gallery project， the application research of BIM technology in the progress and cost control of the underground comprehensive pipe gallery project is described.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);地下綜合管廊工程;進(jìn)度;成本

Key words： BIM technology;Underground comprehensive pipe corridor project;Progress;Cost

中圖分類號(hào)：TU17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0277-03

0 ?引言

建設(shè)工程項(xiàng)目具有投資金額大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、不可預(yù)見(jiàn)因素多、組織關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)[1]，使得建筑業(yè)雖發(fā)展迅速但仍然存在著技術(shù)水平低、施工效率低下等問(wèn)題。傳統(tǒng)的進(jìn)度和成本控制都是在二維CAD圖紙的基礎(chǔ)上編制進(jìn)度計(jì)劃并計(jì)算工程量，這也給施工管理人員帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)。建筑信息模型（BIM）技術(shù)作為一種多維模型信息集成技術(shù)，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)[2]，將BIM技術(shù)在4D進(jìn)度和5D成本方面的控制與雙鶴湖地下綜合管廊工程進(jìn)行嘗試性運(yùn)用研究，進(jìn)而消除建設(shè)工程項(xiàng)目施工管理過(guò)程中各專業(yè)溝通不足、信息孤島等問(wèn)題。

1 ?傳統(tǒng)建筑進(jìn)度與成本控制概述

1.1 施工進(jìn)度控制

建設(shè)工程項(xiàng)目的實(shí)施不是一成不變的，進(jìn)度管理作為四大控制之一，會(huì)隨項(xiàng)目管理進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的。進(jìn)度計(jì)劃貫穿于工程項(xiàng)目建設(shè)的整個(gè)過(guò)程中，不同于一般工程項(xiàng)目，建筑工程規(guī)模大，需要耗費(fèi)大量物資和人力資源，同時(shí)施工周期比較長(zhǎng)，增加了其施工管理的難度。

進(jìn)度管理作為施工管理的重要組成部分，是決定工程項(xiàng)目能否按照合同上規(guī)定日期按期交付成品的關(guān)鍵，否則可能會(huì)增加項(xiàng)目建設(shè)成本，降低施工單位經(jīng)濟(jì)效益[3]。傳統(tǒng)施工進(jìn)度控制存在的問(wèn)題如下：

①計(jì)劃靈活性差。

建設(shè)工程進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)施受多方面因素的影響，傳統(tǒng)進(jìn)度管理雖然可以利用網(wǎng)絡(luò)圖以及進(jìn)度管理軟件制訂出進(jìn)度計(jì)劃，但是計(jì)劃缺乏靈活性，一旦施工環(huán)境發(fā)生變化，進(jìn)度計(jì)劃無(wú)法做出及時(shí)調(diào)整，就可能導(dǎo)致工期目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

②協(xié)調(diào)管理效率低。

無(wú)論是小型工程項(xiàng)目還是大型重點(diǎn)項(xiàng)目都要涉及多個(gè)參與主體，如承包、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、采購(gòu)等。由于參與主體眾多，各方管理者業(yè)務(wù)水平良莠不齊，這為各單位之間管理工作的搭接又增加了難度。因此，傳統(tǒng)的進(jìn)度管理模式在協(xié)同方面處于劣勢(shì)。

③進(jìn)度、成本不均衡。

進(jìn)度和成本是工程項(xiàng)目管理的兩大目標(biāo)，與質(zhì)量并稱為“黃金三角”。三者之間相互影響、相互制約。傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法只單純的考慮了進(jìn)度對(duì)施工過(guò)程的影響，卻忽略了進(jìn)度與成本之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)度與成本之間是相輔相成的，但傳統(tǒng)方法卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩者之間的均衡。

1.2 傳統(tǒng)成本控制概述

1.2.1 施工成本控制

成本管理，貫穿于建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施的全過(guò)程，項(xiàng)目成本費(fèi)用越高，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)越低。傳統(tǒng)施工成本控制一般都是通過(guò)編制施工圖預(yù)算和施工過(guò)程中成本數(shù)據(jù)的收集，分析實(shí)際與計(jì)劃成本偏差，然后達(dá)到成本控制的目的。

1.2.2 傳統(tǒng)施工成本控制存在問(wèn)題

大型建設(shè)工程項(xiàng)目實(shí)施的工程量一般較大，投資額也會(huì)隨之增加，如果項(xiàng)目成本脫離控制，資源配置無(wú)法到位，很可能會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度拖延或停工，甚至出現(xiàn)豆腐渣工程，工程質(zhì)量無(wú)法得到有效的保證，危害企業(yè)聲譽(yù)與利益。

①資源配置不合理。

對(duì)于建設(shè)工程的成本控制要注意資源的合理配置問(wèn)題，杜絕由于資源的不合理配置而造成成本增加的現(xiàn)象。許多建設(shè)項(xiàng)目因?yàn)閷?duì)于資源的不合理配置而使工程的進(jìn)度也受到影響，甚至?xí)?dǎo)致成本最終無(wú)法控制的結(jié)果。

②成本管理體制不健全。

成本控制，歸根結(jié)底還是要落實(shí)在管理人員頭上，只有提高對(duì)管理人員的要求，做到權(quán)責(zé)統(tǒng)一[4]，才能更好的做到成本控制。但傳統(tǒng)的成本管理模式責(zé)、權(quán)、利并沒(méi)有落實(shí)到項(xiàng)目負(fù)責(zé)人處，各部門(mén)之間責(zé)任劃分不清，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本與項(xiàng)目管理人員的利益沒(méi)有很好的聯(lián)系。因此，在進(jìn)行管理活動(dòng)的時(shí)候，工作遺漏、重復(fù)時(shí)有發(fā)生，效率低下。

2 ?基于BIM技術(shù)的進(jìn)度與成本模型構(gòu)建

2.1 4D-BIM進(jìn)度模型建立

2.1.1 WBS分解

WBS（Work Breakdown Structure）是工作結(jié)構(gòu)分解的有效方法，基于BIM技術(shù)正向建模前，首先需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)分解和任務(wù)分配。通過(guò)結(jié)構(gòu)圖的方式羅列出各個(gè)小項(xiàng)目的具體工作，可直觀反映出其中的內(nèi)在聯(lián)系。在進(jìn)度計(jì)劃編制之前，制作出詳細(xì)的WBS分解圖，可有效減少漏洞錯(cuò)誤的出現(xiàn)概率，從而依照項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖編制進(jìn)度計(jì)劃，更加有效的提高工作效率。

WBS的應(yīng)用十分廣泛，可針對(duì)不同的項(xiàng)目制定出適合此項(xiàng)目的分解結(jié)構(gòu)，可根據(jù)項(xiàng)目的從屬關(guān)系分級(jí)別構(gòu)件，也可根據(jù)業(yè)主的要求構(gòu)建或添加獨(dú)特的層級(jí)。但是，過(guò)于復(fù)雜的分類反而會(huì)導(dǎo)致工程項(xiàng)目變得零散、瑣碎，并不是層級(jí)越多的WBS分解就越有效，簡(jiǎn)潔且富有概括性的結(jié)構(gòu)圖更具備實(shí)用性。

利用WBS的創(chuàng)建原則及流程，以某地下綜合管廊項(xiàng)目為例，進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度分解如圖1所示。

2.1.2 進(jìn)度模型構(gòu)建

在整個(gè)地下綜合管廊三維模型中，將傳統(tǒng)3D模型與時(shí)間軸相結(jié)合生成4D進(jìn)度模型，將項(xiàng)目的進(jìn)度模型化，可視化地展現(xiàn)出來(lái)。如此，可直觀地發(fā)現(xiàn)模型和進(jìn)度中存在的漏洞，進(jìn)而可對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化處理。

進(jìn)度計(jì)劃是后續(xù)進(jìn)度管理的基礎(chǔ)，目前應(yīng)用于進(jìn)度計(jì)劃編制的軟件有很多，例如Project、P6、斑馬等。其中P6主要利用關(guān)鍵路徑法，基于WBS進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃的編制。在P6中不僅涉及到項(xiàng)目進(jìn)度管理，還與資源、成本相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多方位的管理。

在3D模型以及進(jìn)度計(jì)劃的基礎(chǔ)上，4D進(jìn)度模型是基于BIM技術(shù)建立的。4D模型的建立，將傳統(tǒng)的雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖控制模式進(jìn)行優(yōu)化，打破了傳統(tǒng)模式的局限性。將兩個(gè)原本獨(dú)立的模塊合二為一，使信息達(dá)到高度集中，能使工作人員更加直觀地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，將實(shí)時(shí)分析和協(xié)同控制同時(shí)進(jìn)行，大幅度提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。（圖1）

2.1.3 基于BIM技術(shù)的進(jìn)度優(yōu)化

在實(shí)際施工過(guò)程中，某一時(shí)間段所能提供的各種資源（勞動(dòng)力、機(jī)械設(shè)備、材料等）往往具有一定的上限，過(guò)度的資源配置會(huì)引起成本的增加，而資源過(guò)少又會(huì)導(dǎo)致進(jìn)度延遲。因此，資源配置的優(yōu)化是進(jìn)度優(yōu)化調(diào)整中不可缺少的一環(huán)。進(jìn)度優(yōu)化主要涉及工期優(yōu)化、工期-資源優(yōu)化兩個(gè)方面。

基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理在三維模型的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間的維度，創(chuàng)立了4D模型平臺(tái)，利用BIM的可視化功能對(duì)4D模型進(jìn)行虛擬施工模擬和錯(cuò)漏碰撞，收集進(jìn)度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反饋，及時(shí)更新進(jìn)度計(jì)劃和模型。當(dāng)進(jìn)度出現(xiàn)偏差的時(shí)候，還可以在Navisworks中調(diào)整工作邏輯關(guān)系和自由時(shí)差，然后重新進(jìn)行模擬，得到最優(yōu)的施工順序，或者調(diào)整各工作的時(shí)間參數(shù)，重新輸入，在軟件中可以快速算出工期，直至得到符合要求的工期。

2.2 5D-BIM成本模型的構(gòu)建

若要想用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行成本控制，須先把施工進(jìn)度與施工項(xiàng)目的成本信息關(guān)聯(lián)起來(lái)。通過(guò)WBS分解各個(gè)族、構(gòu)件、工作來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)度與成本的關(guān)聯(lián)。將WBS分解得到的工作、進(jìn)度計(jì)劃、各項(xiàng)工作的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，結(jié)合相關(guān)軟件生成的BIM模型工程量與事前編制好的施工進(jìn)度計(jì)劃，二者相結(jié)合便形成進(jìn)度-成本關(guān)聯(lián)模型。

將項(xiàng)目的資金鏈導(dǎo)入到已經(jīng)建好的4D-BIM進(jìn)度模型中，把編制的工程量清單與施工成本計(jì)劃相結(jié)合，利用工程量清單，進(jìn)而得出相應(yīng)成本。5D-BIM模型中的多項(xiàng)數(shù)據(jù)為動(dòng)態(tài)變化（例如施工進(jìn)度數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)以及材料的消耗量），這些數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化能夠?yàn)槌杀究刂铺峁?shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持，根據(jù)工程實(shí)際施工情況、資源的需求量以及成本費(fèi)用，在施工過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整、更改與優(yōu)化，從而保證三維信息模型在時(shí)間與資金和數(shù)據(jù)上具有協(xié)同性，滿足進(jìn)度-成本控制需求。

在工程開(kāi)工之前對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行施工成本預(yù)測(cè)，不僅要滿足施工單位和業(yè)主的需求，而且還要在效益與成本之上同樣最優(yōu)，通過(guò)這樣的成本預(yù)測(cè)選出來(lái)的方案才是最優(yōu)的。在管理者管理過(guò)程中，使用此方案可以快速有效的解決突發(fā)事件，從而提高了決策者的決策效率。從而保證了管理者可以有針對(duì)性的解決實(shí)現(xiàn)成本預(yù)測(cè)出來(lái)的一些弊端，在施工過(guò)程中有針對(duì)性的進(jìn)行解決，進(jìn)行成本控制。

在建安費(fèi)的五項(xiàng)費(fèi)用中，規(guī)費(fèi)和稅金為非競(jìng)爭(zhēng)性費(fèi)用，間接費(fèi)和企業(yè)利潤(rùn)與企業(yè)相關(guān)技術(shù)與管理水平有關(guān)，為短時(shí)間無(wú)法降低的費(fèi)用。由以上分析可得，成本預(yù)測(cè)的關(guān)鍵便是工程量與資源消耗量的預(yù)測(cè)。

3 ?案例分析

將某地下綜合管廊工程利用GIS技術(shù)得到航空港基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和地上道路、建筑設(shè)施等數(shù)據(jù)整合，對(duì)綜合管廊及聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入為項(xiàng)目線路規(guī)劃提供參考，生成準(zhǔn)確的管廊與周圍環(huán)境的航空港三維CIS模型，用Infraworks軟件做出航空港項(xiàng)目沙盤(pán)圖。

3.1 基于BIM的進(jìn)度管理

3.1.1 進(jìn)度計(jì)劃編制

項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃編制前，先根據(jù)項(xiàng)目施工方案與主要技術(shù)流程，確定施工關(guān)鍵路線。工作之間的邏輯關(guān)系由工藝關(guān)系和組織關(guān)系決定。

將地下管廊項(xiàng)目整個(gè)施工過(guò)程分為地下基礎(chǔ)工程施工、地下管道工程施工、竣工驗(yàn)收等三個(gè)階段。其中，暖通、給排水、電氣等專業(yè)設(shè)備安裝在主體結(jié)構(gòu)施工完成之后即可插入土建專業(yè)施工，并隨土建施工的進(jìn)度計(jì)劃交叉作業(yè)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定各階段的階段性目標(biāo)，以此作為編制項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃的重要依據(jù)。根據(jù)施工原則和實(shí)際情況編制施工進(jìn)度計(jì)劃表，綜合施工流程信息，依據(jù)計(jì)劃進(jìn)度表及項(xiàng)目資料應(yīng)用P6編制施工進(jìn)度計(jì)劃。

3.1.2 進(jìn)度協(xié)同平臺(tái)構(gòu)建

以Navisworks軟件為平臺(tái)，利用軟件工具模塊將建立的BIM三維模型及編制的進(jìn)度計(jì)劃鏈接整合，其構(gòu)建步驟如下所示。

①3D模型導(dǎo)入Navisworks軟件。

把Revit建立的三維模型導(dǎo)入Navisworks中，將3D模型利用Revit自帶的軟件工具導(dǎo)出NWC文件，一般情況下，此方法用時(shí)較短，族與構(gòu)件不易丟失，有利于大型模型的導(dǎo)入。

②施工構(gòu)件劃分。

根據(jù)導(dǎo)入的3D模型中不同構(gòu)件類型及管理的需要，將其與進(jìn)度計(jì)劃中的工作劃分為不同的集合，便于后續(xù)構(gòu)建信息與進(jìn)度計(jì)劃的關(guān)聯(lián)。

③構(gòu)件信息與進(jìn)度關(guān)聯(lián)。

通過(guò)將P6建好的進(jìn)度計(jì)劃在Navisworks軟件中與3D模型的結(jié)合，使構(gòu)建信息與進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，4D進(jìn)度模型隨之創(chuàng)建完成，在Timeliner中數(shù)據(jù)源的任何變化都可以實(shí)時(shí)更新。通過(guò)虛擬施工對(duì)目標(biāo)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化，減少施工不可控因素的影響，得到最終的進(jìn)度方案。

3.2 基于BIM的成本控制

3.2.1 編制成本計(jì)劃

①工程量的統(tǒng)計(jì)。

通過(guò)使用Revit中的橄欖山插件，可自動(dòng)生成地下管廊項(xiàng)目的工程量清單。但需要注意：保證做到精細(xì)化建模，盡量避免出現(xiàn)構(gòu)件搭接的情況，使導(dǎo)出的工程量最大程度的適配定額中給出的施工凈量。

②資源配置。

資源限量與需求量都估算好之后，便需要在P6中根據(jù)資源計(jì)劃創(chuàng)建相應(yīng)的資源，賦予名稱、限量等屬性，然后再根據(jù)施工的需要與施工進(jìn)度計(jì)劃將資源調(diào)配給相應(yīng)的工作，此時(shí)資源的配置便完成了。如果某個(gè)資源在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)存在超限的現(xiàn)象，在P6中利用“削高峰法”便可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工期固定、資源均衡的優(yōu)化。

③編制成本計(jì)劃。

根據(jù)工程量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與P6中的資源配置編制項(xiàng)目的成本計(jì)劃。

3.2.2 基于BIM進(jìn)度成本優(yōu)化

①虛擬施工。

在構(gòu)建完成的進(jìn)度協(xié)同平臺(tái)中對(duì)三維模型進(jìn)行虛擬施工模擬，發(fā)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃出現(xiàn)的偏差及其原因，利用Navisworks軟件和P6軟件的聯(lián)動(dòng)功能對(duì)新導(dǎo)入的P6進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行刷新并實(shí)時(shí)修改，避免了多次導(dǎo)入和重新匹配。施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)的可視化管理降低了傳統(tǒng)進(jìn)度的風(fēng)險(xiǎn)，保證了施工進(jìn)度、節(jié)約了工期。

②錯(cuò)漏碰撞檢查。

在Revit軟件中的工具模塊能幫助進(jìn)行碰撞檢查，并能將碰撞部位生成報(bào)告，報(bào)告中清楚的顯示碰撞部位與碰撞狀態(tài)[5]，不僅可以在施工之前就發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中存在的問(wèn)題，減少施工階段由設(shè)計(jì)變更、返工帶來(lái)的損失，還可以在工程施工過(guò)程中將問(wèn)題反應(yīng)給施工人員，進(jìn)行反饋控制。

③可視化交底。

通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)演示，將項(xiàng)目關(guān)建節(jié)點(diǎn)、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)放樣出來(lái)，利用簡(jiǎn)短的動(dòng)畫(huà)完整的體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的施工方案與工序，相比于文字描敘和二維圖紙更加的直觀、簡(jiǎn)單易懂，避免施工人員因?qū)D紙和方案理解不到位產(chǎn)生返工和質(zhì)量問(wèn)題，拖慢工程進(jìn)度，增加工程成本。

4 ?結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，工程項(xiàng)目對(duì)于信息的交流要求越來(lái)越高，導(dǎo)致以往的項(xiàng)目管理方法和軟件無(wú)法滿足項(xiàng)目管理人員的真正需求。本文通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)前文提到的理論進(jìn)行了實(shí)例論證，首先進(jìn)行了項(xiàng)目組織構(gòu)架與三維模型的構(gòu)建，然后建立了基于BIM技術(shù)的進(jìn)度與成本管理平臺(tái)，在項(xiàng)目施工之前便利用BIM技術(shù)對(duì)目標(biāo)計(jì)劃進(jìn)行初期優(yōu)化。最后，通過(guò)進(jìn)行錯(cuò)漏碰撞和可視化模擬，有效對(duì)工程成本進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化項(xiàng)目進(jìn)度成本的目的。本章將信息技術(shù)與傳統(tǒng)控制方法有機(jī)的結(jié)合在一起應(yīng)用于實(shí)際案例之中，為未來(lái)的項(xiàng)目管理開(kāi)辟了新的思路。

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