BIM技術(shù)的水利工程施工進(jìn)度控制方法研究

支銘偉，盧 林

(1.江蘇為行環(huán)境科技有限公司，江蘇 靖江 214500；2.江蘇神禹建設(shè)有限公司，江蘇 靖江 214500)

水利工程是產(chǎn)生水利經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)，水利工程的建設(shè)在合理利用水資源、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及防洪等方面起著決定性的作用，因此對于水利工程建設(shè)的關(guān)注程度在不斷提高。

傳統(tǒng)的水利工程施工進(jìn)度控制方法，以繪制二維施工圖紙為基礎(chǔ)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)置三維水利施工進(jìn)度模型，但由于該方法的整體性太強(qiáng)，無法調(diào)整局部施工進(jìn)度，因此其控制效果并不理想。針對傳統(tǒng)控制方法的問題，提出基于BIM技術(shù)的水利工程施工進(jìn)度控制方法?，F(xiàn)階段水利工程建設(shè)項(xiàng)目施工十分復(fù)雜，而BIM技術(shù)作為現(xiàn)階段工程領(lǐng)域信息化的產(chǎn)物，可利用該技術(shù)構(gòu)建水利工程的建筑信息模型，通過對該模型的局部調(diào)整實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，得到精準(zhǔn)度更高的控制效果，實(shí)現(xiàn)綜合效益更好的施工進(jìn)度控制。

該方法不僅加快了建設(shè)周期、節(jié)約了建設(shè)成本，同時(shí)也為今后現(xiàn)代化的水利工程施工提供更加完備的控制技術(shù)。

1 基于BIM技術(shù)的水利工程施工進(jìn)度控制方法

1.1 設(shè)置分級化的施工進(jìn)度信息管理模式

高質(zhì)量的基本信息管理，是水利工程施工的重要依據(jù)，因此通過設(shè)置分級化的施工進(jìn)度信息管理模式，將水利工程基本信息和施工進(jìn)度信息按照一定條件進(jìn)行分類，以增強(qiáng)施工進(jìn)度控制的可靠性和針對性。分級化的信息管理模式是結(jié)合水利工程項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)、信息流及特征，來獲取由于原有水利工程信息管理模式的局限性從而設(shè)置的全新分級化管理?xiàng)l件。

已知水利王程施工建設(shè)面臨著各個(gè)方面的復(fù)雜特性，同時(shí)由于水利工程施工對相關(guān)信息需求極大，因此經(jīng)過定量分析，將水利工程項(xiàng)目劃分為不同的施工階段，以此構(gòu)成一個(gè)完整的生命周期，通過各階段逐步推進(jìn)演化，獲取施工進(jìn)度信息管理模式的條件。

根據(jù)水利工程的施工程序，將其生命周期劃分為決策階段、實(shí)施階段以及使用階段，圖1為一個(gè)水利工程施工項(xiàng)目的生命周期劃分示意圖。

圖1 水利工程項(xiàng)目生命周期劃分

根據(jù)圖1可知，水利工程施工項(xiàng)目具有建設(shè)信息量巨大、信息類型多元化、信息多源儲存分散以及動態(tài)性變化等特點(diǎn)。這些工程信息在決策的初始階段產(chǎn)生，并伴隨著階段的推進(jìn)而不斷演化和更新。因此，根據(jù)圖1 的水利工程項(xiàng)目生命周期，將水利工程信息建設(shè)施工信息，設(shè)置為兩個(gè)階段的管理模式，見表1。

表1 水利工程信息分級化設(shè)置

按照表1中的劃分方式，將與水利建設(shè)施工工程相關(guān)信息進(jìn)行分級化管理，保證所有施工數(shù)據(jù)都有一個(gè)穩(wěn)定的獲取來源。根據(jù)設(shè)置分級化的施工進(jìn)度信息管理模式，調(diào)整施工計(jì)劃偏差，優(yōu)化施工進(jìn)度控制效果。

1.2 調(diào)整施工計(jì)劃偏差完善施工項(xiàng)目模型

根據(jù)設(shè)置的分級化信息管理模式，建立施工項(xiàng)目三維模型，通過選擇最優(yōu)控制方案，調(diào)整水利工程施工計(jì)劃偏差，實(shí)現(xiàn)對施工進(jìn)度的優(yōu)化控制。圖2是利用BIM技術(shù)建立的施工項(xiàng)目演化模型。

圖2 BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的施工項(xiàng)目模型

根據(jù)圖2可知，項(xiàng)目演化模型根據(jù)變化的水利工程信息而不斷變化，并根據(jù)模型變化程度了解施工進(jìn)度概況，通過選取最優(yōu)控制方案，調(diào)整施工計(jì)劃中出現(xiàn)偏離的施工位置，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度控制優(yōu)化。

根據(jù)施工進(jìn)度概況，可知需要調(diào)整的施工進(jìn)度包括施工總進(jìn)度、施工二級進(jìn)度、施工子周期進(jìn)度以及施工日常進(jìn)度。以BIM管理平臺為依托，對上述施工進(jìn)度進(jìn)行不同層面的偏差分析。第一環(huán)節(jié)是對關(guān)鍵施工線路進(jìn)度進(jìn)行分析，對比關(guān)鍵施工線路、關(guān)鍵工作，結(jié)合目前施工的實(shí)際情況，將施工總進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對比，通過施工項(xiàng)目模型的演化過程，判定施工總進(jìn)度是否能按時(shí)完成，以此確定項(xiàng)目進(jìn)度偏差。

在水利工程建設(shè)施工過程中，施工實(shí)際進(jìn)度的完成比例無法直接看出，因此根據(jù)進(jìn)度與所耗資源的相關(guān)性，查詢所耗資源是否存在分配不足或者過度分配的情況，以此實(shí)現(xiàn)對施工二級進(jìn)度、施工子周期進(jìn)度以及施工日常進(jìn)度的調(diào)整。圖3為施工進(jìn)度與資源消耗關(guān)系曲線。

圖3 施工進(jìn)度與材料消耗關(guān)系曲線

根據(jù)圖3中的曲線可知，施工進(jìn)度與材料消耗之間呈正向相關(guān)關(guān)系，因此可以通過確認(rèn)材料消耗情況調(diào)整施工計(jì)劃，完善建立的水利工程施工項(xiàng)目模型。

1.3 基于BIM技術(shù)制定可調(diào)整的施工進(jìn)度控制方案

BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水利工程施工進(jìn)度控制的核心技術(shù)，基于BIM技術(shù)制定的多級水利工程施工進(jìn)度控制方案，是根據(jù)一個(gè)完整生命周期內(nèi)的水利工程施工項(xiàng)目而獲取的，為了保證所建立的模型可以精準(zhǔn)反饋施工進(jìn)度，避免出現(xiàn)由于施工信息流失、遺漏導(dǎo)致進(jìn)度不明確的問題，在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，制定的施工進(jìn)度控制方案具有可調(diào)整性。

上一節(jié)中，BIM技術(shù)根據(jù)表1中的基本資料信息，結(jié)合實(shí)際施工場地的地理位置與環(huán)境，建立了一個(gè)由多個(gè)施工環(huán)節(jié)組成的、3D可調(diào)整的多級水利工程施工進(jìn)度模型，而圖4是根據(jù)該模型制定的施工進(jìn)度控制方案。

圖4 基于BIM技術(shù)制定的施工進(jìn)度控制方案

根據(jù)圖4可知，在選擇合適的施工進(jìn)度控制方案時(shí)，充分考慮了不同施工位置、工程用途等基本影響因素，每一階段的施工、每一位置的施工均有其不同的施工方案，且該方案一定為最優(yōu)。

(1)

2 實(shí)驗(yàn)

提出仿真測試實(shí)驗(yàn)來測試此次針對BIM技術(shù)提出的控制方法的可靠性與實(shí)用性。同時(shí)將傳統(tǒng)的水利工程施工進(jìn)度控制方法作為對照組，比較兩種方法的控制差異。

隨機(jī)選取一處水利工程施工場地作為實(shí)驗(yàn)測試背景，分別利用BIM技術(shù)應(yīng)用下的控制方法，以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的控制方法進(jìn)行建模，圖5是水利工程基本施工概況。

圖5 水利工程基本概況

將圖5中的基本施工信息，分別上傳到兩種控制方法的BIM軟件和3D軟件中，進(jìn)行建模前的工程概況基本參數(shù)設(shè)置，圖6為參數(shù)設(shè)置界面。

圖6 參數(shù)設(shè)置界面

點(diǎn)擊確定，生成水利工程施工圖紙，分別利用兩個(gè)軟件識別該圖紙并進(jìn)行CAD轉(zhuǎn)化，得出不同的水利工程施工建設(shè)模型，圖7為轉(zhuǎn)化操作界面。

圖7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化操作界面

界面顯示識別完畢后，單擊確定，分別利用BIM軟件和3D軟件進(jìn)行計(jì)算，得出水利工程施工進(jìn)度模型。采用模糊綜合評價(jià)公式，對兩種方法下的控制效果進(jìn)行評估。假設(shè)A表示綜合評估中評判因素所組成的集合，而影響評估結(jié)果的評判因素用a1，a2，…，an表示，其中n表示評判因素總數(shù)量。假設(shè)B表示評語集，即對實(shí)驗(yàn)測試對象給出的各類評價(jià)結(jié)果的集合，b1，b2，…，bn表示存在的n個(gè)類型不同的評價(jià)結(jié)果。假設(shè)各因素權(quán)重為ω，則模糊關(guān)系矩陣為

(2)

式中，pij—被評估的實(shí)驗(yàn)測試對象，從因素ai來看，是對bj等級模糊子集的隸屬度。利用算子Θ，結(jié)合式(2)完成對控制結(jié)果的評估：

(3)

根據(jù)得到的G的大小，找出與其對應(yīng)的評價(jià)等級。表2為設(shè)置的評價(jià)等級。

表2 評價(jià)等級一覽表

表2中，等級I表示施工項(xiàng)目進(jìn)度控制優(yōu)秀，綜合效益極高；等級II表示施工項(xiàng)目進(jìn)度控制良好，綜合效益良好；等級III表示施工項(xiàng)目進(jìn)度控制一般，綜合效益較差；等級IV表示施工項(xiàng)目進(jìn)度控制剛剛滿足施工最低控制底線，且綜合效益幾近于無；等級V表示施工項(xiàng)目進(jìn)度控制不合格，損失較大，需要格外重視。

按照上述準(zhǔn)備過程建立水利工程施工模型，分別利用兩種施工進(jìn)度控制方法進(jìn)行測試，其中將BIM技術(shù)下的測試結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)A組，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的測試結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)B組，表3為本次實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果。

表3 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

根據(jù)表3中的測試結(jié)果可知，所提出的方法下，水利工程施工進(jìn)度控制等級均為I級，平均評估結(jié)果為0.9373；而傳統(tǒng)方法的控制等級為II級或III級，其評估結(jié)果的平均值為0.8237，比所提出的方法低了11.36%。可見所提出的方法的控制效果更好。

3 結(jié)語

此次提出的施工進(jìn)度控制方法，解決了傳統(tǒng)控制方法中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)難以局部控制施工進(jìn)度的問題，提升了水利工程施工進(jìn)度的控制效果，保證水利施工進(jìn)度與目標(biāo)計(jì)劃之間的匹配性，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的進(jìn)程匹配控制。但此次提出的施工進(jìn)度控制方法，并沒有考慮人員施工問題，今后的研究還要考察施工人員的工作能力，以增強(qiáng)結(jié)果的精準(zhǔn)性。