基于BIM 技術(shù)的建筑工程施工進(jìn)度預(yù)測

李靜靜

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，河北 石家莊 050000）

0 引言

工程建設(shè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要促進(jìn)作用，工程目標(biāo)按規(guī)劃預(yù)期實(shí)現(xiàn)，是發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和社會效益的關(guān)鍵[1]。建筑工程建設(shè)是極度動態(tài)變化的過程，建筑工程呈現(xiàn)出工作量大、周期長的特點(diǎn)，由于施工過程復(fù)雜并且參與施工的單位人員眾多，因此建筑施工管理與控制相對比較困難?，F(xiàn)代建筑工程的目標(biāo)越來越嚴(yán)格與復(fù)雜，項(xiàng)目設(shè)計(jì)多表現(xiàn)為大規(guī)模和大跨度的建筑，附加信息也種類繁多，施工工作中的不確定性和風(fēng)險也隨之增大[2]。但是建筑工程常表現(xiàn)出材料消耗量與工程效率不匹配，施工效率不高等問題，如何有效利用建筑材料和信息，實(shí)現(xiàn)高效管理與控制，是建筑工程施工面臨的主要問題。在施工進(jìn)度管理中，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以對施工進(jìn)度進(jìn)行管理與預(yù)測，模擬與展示工程進(jìn)度和成本，為建筑施工提供了強(qiáng)大的信息技術(shù)支持[3]。本文基于BIM技術(shù)對建筑工程施工進(jìn)度預(yù)測進(jìn)行研究，準(zhǔn)確有效預(yù)測整體施工進(jìn)度，對后續(xù)工作進(jìn)行動態(tài)指導(dǎo)，有效控制施工進(jìn)度。通過本文的研究，進(jìn)一步完善工程管理體系，提高理論水平，同時拓展了工程管理的應(yīng)用范圍，有助于提升我國建筑工程信息化管理水平。

1 構(gòu)建施工準(zhǔn)備階段進(jìn)度預(yù)測模型

為量化分析影響施工進(jìn)度的不確定性因素，真實(shí)反映實(shí)際工程中的條件變化[4]，構(gòu)建建筑工程施工進(jìn)度預(yù)測模型。

1.1 確定施工工期

首先確定施工工期，可使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算[5]。首先將工程分解為若干分部工程，用網(wǎng)絡(luò)圖來表示工作間的連接關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖

分別計(jì)算出工作時間參數(shù)，主要包括最早開始、最早完成、最晚開始、最晚完成和總時差、自由時差，進(jìn)而得出整個工程實(shí)施的關(guān)鍵路徑和施工工期。為實(shí)現(xiàn)自動顯示每一項(xiàng)工作的6 個時間參數(shù)，并自動識別網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵工作，使用最短路算法，計(jì)算1 個節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的最短路徑，以起始點(diǎn)為中心向外擴(kuò)展，直到終點(diǎn)為止，按路徑長度選出最優(yōu)解。

使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃計(jì)算，可以確定6 個時間參數(shù)，量化、細(xì)化工程量，有利于控制施工進(jìn)度，科學(xué)掌握每一工作時間準(zhǔn)確度[6]。

1.2 設(shè)計(jì)整體進(jìn)度可靠性預(yù)測模型

考慮整體施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃存在多種影響因素，建立進(jìn)度可靠性預(yù)測模型[7]。首先建立影響因素隨機(jī)變量，考慮相互獨(dú)立和具有關(guān)聯(lián)性的2 種不同情況，構(gòu)建目標(biāo)工期和工期偏移矩陣，進(jìn)而得到整個施工預(yù)測進(jìn)度矩陣。

為預(yù)測整體施工進(jìn)度，需要對局部進(jìn)度實(shí)施控制[8]，設(shè)定 T1，T2，…，Tm分別表示各施工節(jié)點(diǎn)的局部進(jìn)度，則施工瞬時進(jìn)度向量可表示為：

兩個獨(dú)立的影響因素xi和xj對應(yīng)的獨(dú)立進(jìn)度預(yù)測變量 TY（i）和 TY（j）表示為：

式（2）中，TM（i）和 TM（j）表示目標(biāo)進(jìn)度，%。一般情況下，不同影響因素的目標(biāo)進(jìn)度不同；ε 表示隨機(jī)影響度。

本文構(gòu)建的施工進(jìn)度預(yù)測模型，通過定量分析，簡化了工程進(jìn)度預(yù)測的計(jì)算，可應(yīng)用于大型復(fù)雜施工項(xiàng)目，有利于提高預(yù)測效率和準(zhǔn)確度，提升建筑工程施工管理水平。

2 基于BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度動態(tài)預(yù)測

在建筑工程施工階段，針對實(shí)際建筑工程需求，運(yùn)用BIM 技術(shù)對施工進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)控制與預(yù)測，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的便捷性，對進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時跟蹤與檢查，直觀顯示預(yù)測的可靠性，及時調(diào)整施工方案。因此本文為實(shí)現(xiàn)施工動態(tài)控制與進(jìn)度預(yù)測，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建模型，設(shè)計(jì)施工進(jìn)度動態(tài)預(yù)測模塊，來提升施工可靠性。

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)度監(jiān)控模塊

根據(jù)編制好的施工進(jìn)度計(jì)劃，對每個時段的工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出計(jì)劃完成和實(shí)際完成工程量，對這2 項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出評價指標(biāo)：進(jìn)度偏差值。在施工進(jìn)度控制過程中，一旦進(jìn)度偏差超過可靠性區(qū)間，就會發(fā)出預(yù)警信號，以便針對性地采取措施。

除了通過計(jì)算施工工程量偏差值進(jìn)行預(yù)警外，還需要針對不同單元工作，基于BIM 技術(shù)基礎(chǔ)上，對施工持續(xù)時間進(jìn)行定量分析，以實(shí)現(xiàn)精確的進(jìn)度動態(tài)控制，以保持施工工程的持續(xù)進(jìn)行。為計(jì)算施工持續(xù)時間，先根據(jù)各單元工作的自身因素進(jìn)行分析，確定單元工作的質(zhì)量、進(jìn)度與成本三者不同權(quán)重的效用函數(shù)。將當(dāng)前進(jìn)度下的計(jì)劃施工持續(xù)時間記為td，d，該條件下的效用記為ud，正常情況下根據(jù)計(jì)劃時間tj的效用表示為uj，則存在以下3 種情況：ud＞uj，施工進(jìn)度按有利方向進(jìn)行；ud=uj，施工進(jìn)度與計(jì)劃工期相等；ud＜uj，施工進(jìn)度朝不利方向進(jìn)行。前2 種情況均不需要采取措施，第3 種情況則需要采取一定措施來保證施工按進(jìn)度完成。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)度動態(tài)預(yù)測模塊

在建筑工程施工進(jìn)度可靠性控制中，當(dāng)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃發(fā)生偏離時，需要及時對進(jìn)度計(jì)劃作出調(diào)整，由于后續(xù)施工過程中依然存在不確定因素的影響，因此還應(yīng)判斷動態(tài)計(jì)劃時間td的可靠性。設(shè)當(dāng)前施工進(jìn)度的預(yù)測施工持續(xù)時間為te，計(jì)算公式可表示為：

式（3）中，n 表示單元工作已持續(xù)進(jìn)行的天數(shù)，d；t 表示施工準(zhǔn)備階段通過網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃算出的預(yù)測施工時間，d；tj表示單元工作計(jì)劃施工持續(xù)時間，d。同理，考慮不確定因素的影響，可以得到動態(tài)預(yù)測持續(xù)時間的效用ue。將ud與ue進(jìn)行比較，得到ud的偏離程度S，用公式可以表示為：

偏離程度越大，ud越不可靠，說明受到不確定因素的影響較大。調(diào)整后一天的施工計(jì)劃，以此來達(dá)到動態(tài)預(yù)測與控制，滿足施工工程對進(jìn)度的要求。

本文從施工準(zhǔn)備階段和施工過程2 個方面，對施工進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)預(yù)測與控制，將進(jìn)度預(yù)測模型與BIM 技術(shù)相結(jié)合，提高施工進(jìn)度預(yù)測與管理水平。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)方法的有效性，以某建筑工程為實(shí)驗(yàn)背景，對BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度預(yù)測效果進(jìn)行驗(yàn)證。施工進(jìn)度計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)路線由5 項(xiàng)工作組成。

3.1 影響度隨機(jī)性分析

在施工進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)上，結(jié)合歷史資料與本建筑工程實(shí)際情況，假定每項(xiàng)單元工作的隨機(jī)影響度ε 服從正態(tài)分布，計(jì)算得出ε 的分布及概率，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 隨機(jī)影響度分布與概率計(jì)算

3.2 整體進(jìn)度預(yù)測分析

由于εi具有隨機(jī)性和服從正態(tài)分布，因此每個單元工作的預(yù)測進(jìn)度TYi也具有隨機(jī)性和服從正態(tài)分布。根據(jù)表1 的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算TYi的期望和方差，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.3 施工進(jìn)度控制

該工作預(yù)測持續(xù)時間為14 d，計(jì)劃施工時間為12 d，在第6 天時，通過BIM 進(jìn)度控制軟件統(tǒng)計(jì)的情況見表3。

表3 施工第6 天軟件統(tǒng)計(jì)及控制進(jìn)度

通過對以前工程的統(tǒng)計(jì)分析，該單元最長工期為15 d，設(shè)計(jì)動態(tài)計(jì)劃時間為13 d，得到動態(tài)效用值ud=1.018 9，表示按當(dāng)前施工狀態(tài)完成時的效用。持續(xù)時間對應(yīng)的效用指數(shù)Rd=0.542 3。由于控制效用值uk=1，說明此時施工進(jìn)度可以被接受。動態(tài)預(yù)測施工時間的效用ue=1.021 3，ue＞uk，偏離值S=0.002 3，說明施工預(yù)測與控制情況較好，因此不需要另外采取措施保證進(jìn)度。

綜上，本文設(shè)計(jì)的預(yù)測方式有效可靠，適合于實(shí)際建筑工程應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文通過對建筑工程施工進(jìn)度的預(yù)測進(jìn)行研究，引入定量分析法，采用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)預(yù)測與控制模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有一定準(zhǔn)確性，可有效預(yù)測并控制施工進(jìn)度，提高建筑工程施工效率，有助于提升我國建筑工程信息化管理水平。但本文研究還存在一定不足。由于影響施工進(jìn)度的因素十分復(fù)雜，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行深入分析與研究，更好地完善進(jìn)度預(yù)測和控制體系，進(jìn)一步促進(jìn)建筑工程施工的發(fā)展。