BIM技術(shù)在我國(guó)工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中的進(jìn)展

彭慧純，沈嶸楓 （福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350100）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)信息資源進(jìn)行整合，應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造和管理的信息化模型。BIM技術(shù)不僅能大大提高建筑工程的集成化管理和參建各方的工作效益，同時(shí)還能顯著提高整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的質(zhì)量和效益。進(jìn)度管理是建筑工程項(xiàng)目管理的關(guān)鍵一環(huán)，而進(jìn)度作為項(xiàng)目管理三要素之一，與成本和質(zhì)量有著密不可分的聯(lián)系，好的進(jìn)度管理能夠使施工企業(yè)在長(zhǎng)時(shí)間跨度的項(xiàng)目中掌握進(jìn)度，保證項(xiàng)目按時(shí)高效地完成。

在傳統(tǒng)的建筑施工企業(yè)中，項(xiàng)目管理處于一種“粗放式”的狀態(tài)，隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，BIM技術(shù)的出現(xiàn)使建筑業(yè)逐步邁向施工項(xiàng)目全面數(shù)字化和精細(xì)化管理，同時(shí)國(guó)家也對(duì)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提出要求，在2020年4月，住建部提出“推動(dòng)BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過(guò)程的集成應(yīng)用”，并將“建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用體系研究”納入科研開(kāi)發(fā)類(lèi)項(xiàng)目重點(diǎn)支持方向。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目進(jìn)度管理不僅是新時(shí)代新科技的要求，也是建筑業(yè)技術(shù)和管理升級(jí)的絕佳契機(jī)?；诂F(xiàn)有研究的基礎(chǔ)，通過(guò)從BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中的信息管理、進(jìn)度分析與控制入手，探究BIM技術(shù)在進(jìn)度管理應(yīng)用中存在的問(wèn)題，指出解決措施并為今后發(fā)展提出展望。

1 BIM技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

相較于國(guó)外，我國(guó)BIM技術(shù)發(fā)展較晚，但隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，BIM技術(shù)逐漸在建筑行業(yè)中成為熱點(diǎn)。圖1是通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的近十多年來(lái)國(guó)內(nèi)與BIM相關(guān)文章數(shù)，從圖中可以看出BIM技術(shù)逐漸受到研究人員的重視，從2012年開(kāi)始相關(guān)文章數(shù)迅速增加，到2014年更是呈現(xiàn)出飛躍式增長(zhǎng)。這是由于2007年到2012年，國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)發(fā)展處于概念階段，直至2012年，住建部才發(fā)布“關(guān)于印發(fā)2012年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂修訂計(jì)劃的通知”，正式宣告BIM時(shí)代的來(lái)臨。

圖1 國(guó)內(nèi)與BIM相關(guān)文章數(shù)

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中逐漸成為焦點(diǎn)，它在項(xiàng)目進(jìn)度管理中的作用也越加顯著。1991年，清華大學(xué)張建平教授就開(kāi)始致力于建筑施工進(jìn)度與場(chǎng)地布置3D可視化模擬和動(dòng)態(tài)管理方面的研究，并于2000年通過(guò)對(duì)4D模型理論的深入分析和研究，提出了4D施工管理模型——4DSMM。

近年來(lái)，很多研究人員也為BIM的發(fā)展，尤其是進(jìn)度管理方面提供了許多研究成果。表1是通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)整理的近十年BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中主要研究主題，共計(jì)82篇。

BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中研究主題歸類(lèi)結(jié)果 表1

2 BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度管理方法存在許多缺陷，如甘特圖法很難表述工序復(fù)雜的項(xiàng)目；關(guān)鍵路徑法不考慮項(xiàng)目中的瓶頸資源問(wèn)題，對(duì)于項(xiàng)目中常見(jiàn)突發(fā)狀況沒(méi)有應(yīng)對(duì)方式；計(jì)劃評(píng)審技術(shù)只強(qiáng)調(diào)時(shí)間因素而不強(qiáng)調(diào)費(fèi)用因素，所以只適用于與時(shí)間相關(guān)的規(guī)劃。所以針對(duì)這些缺陷，BIM技術(shù)的引入可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化、三維化、自動(dòng)化的進(jìn)度表現(xiàn)形式，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)更新。BIM-4D技術(shù)是將進(jìn)度信息與靜態(tài)3D模型進(jìn)行鏈接，對(duì)施工進(jìn)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的可視化。BIM-4D的可視化建設(shè)項(xiàng)目中潛在的作業(yè)次序錯(cuò)誤和沖突得以識(shí)別，從而更具彈性的處理設(shè)計(jì)變更或工作次序。

2.1 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目進(jìn)度信息管理

圖紙會(huì)審是項(xiàng)目施工前一項(xiàng)必不可少的工作，也是進(jìn)度信息管理中的重要內(nèi)容。圖紙會(huì)審一方面可以使各單位了解工程特點(diǎn)和設(shè)計(jì)意圖，為解決技術(shù)難題制定方案。另一方面可以發(fā)現(xiàn)圖紙中隱藏的問(wèn)題，減少圖紙的錯(cuò)漏。

基于BIM技術(shù)的圖紙會(huì)審使得二維施工圖紙被三維模型所取代，通過(guò)三維模型可以更加清晰地反映設(shè)計(jì)中存在的矛盾，更精準(zhǔn)的定位存在問(wèn)題之處。同時(shí)在圖紙會(huì)審結(jié)束后，由于BIM模型具有關(guān)聯(lián)修改的特性，當(dāng)某部門(mén)做出修改的同時(shí)也會(huì)在其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)模型中相應(yīng)位置處做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整，這樣，各專(zhuān)業(yè)就可以在各自的模型中做出合理的調(diào)整，而不會(huì)對(duì)其他專(zhuān)業(yè)造成干擾，從而解決了各部門(mén)之間由于溝通不協(xié)調(diào)而造成的圖紙不統(tǒng)一問(wèn)題。

2.2 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃分析

進(jìn)度計(jì)劃是進(jìn)度目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要指南，科學(xué)合理的進(jìn)度計(jì)劃尤其對(duì)工序復(fù)雜的工程項(xiàng)目具有重要意義。表2對(duì)傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃編制與基于BIM技術(shù)的進(jìn)度計(jì)劃編制進(jìn)行了對(duì)比，可見(jiàn)相較于傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃編制，基于BIM技術(shù)編制進(jìn)度計(jì)劃能通過(guò)仿真模擬事先對(duì)不確定事件進(jìn)行預(yù)判，以便及時(shí)制定預(yù)防優(yōu)化計(jì)劃。

傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃編制與基于BIM技術(shù)的進(jìn)度計(jì)劃編制對(duì)比 表2

BIM進(jìn)度計(jì)劃編制流程可以分為四個(gè)層次，總進(jìn)度計(jì)劃反映整個(gè)項(xiàng)目的綜合進(jìn)度關(guān)系，是整個(gè)進(jìn)度計(jì)劃編制工作的開(kāi)始；二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃是反映項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的里程碑和主要活動(dòng)的進(jìn)度計(jì)劃；周進(jìn)度計(jì)劃是連接二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃與日常工作計(jì)劃的橋梁；日常工作計(jì)劃目的則是在于保證現(xiàn)場(chǎng)施工的每一道工序都能在進(jìn)度計(jì)劃平臺(tái)上進(jìn)行完整的仿真模擬。

在進(jìn)度計(jì)劃編制方法上不斷有學(xué)者展開(kāi)研究，任桂娜在分析傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃編制問(wèn)題的基礎(chǔ)上，把施工進(jìn)度計(jì)劃的編制與BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，得出了進(jìn)度計(jì)劃自動(dòng)生成的大致流程與框架系統(tǒng)。劉繼龍?jiān)谇叭说幕A(chǔ)上研究了進(jìn)度計(jì)劃自動(dòng)生成的模型結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程、施工過(guò)程推理和BIM技術(shù)支持的WBS工序節(jié)點(diǎn)以及基于BIM技術(shù)的進(jìn)度計(jì)劃模擬具體過(guò)程。

2.3 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目進(jìn)度控制分析

2.3.1 進(jìn)度跟蹤

在工程項(xiàng)目管理的過(guò)程中，進(jìn)度計(jì)劃容易與實(shí)際進(jìn)度，而進(jìn)度跟蹤可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃之間存在的偏差，從而及時(shí)調(diào)整。隨著裝配式建筑的興起，在運(yùn)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)可以獲取從設(shè)計(jì)階段到運(yùn)維階段實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的施工進(jìn)度信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的跟蹤（見(jiàn)圖2）。

圖2 BIM結(jié)合RFID進(jìn)度跟蹤流程

在設(shè)計(jì)階段，直接使用BIM進(jìn)行3D建模，從模型中提取出預(yù)制構(gòu)件清單及其數(shù)量；在制造階段采用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將RFID作為“橋接”技術(shù)，在預(yù)制構(gòu)件中嵌入RFID標(biāo)簽，通過(guò)RFID閱讀器掃描構(gòu)件，將構(gòu)件從“制造”狀態(tài)變?yōu)椤按鎯?chǔ)”狀態(tài)；在交付階段，預(yù)制組件被裝載到卡車(chē)上之前，將讀取嵌入的RFID標(biāo)簽，同時(shí)，這些構(gòu)件在數(shù)據(jù)庫(kù)中的狀態(tài)從“存儲(chǔ)中”變?yōu)椤敖桓吨小?，客?hù)和承建商可以點(diǎn)擊BIM中的虛擬構(gòu)件，查看交付情況。當(dāng)卡車(chē)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，檢查無(wú)誤后，狀態(tài)從“交付”變?yōu)椤笆盏健?；在現(xiàn)場(chǎng)組裝階段，工人使用RFID閱讀器掃描構(gòu)件的標(biāo)簽，確保預(yù)制件不會(huì)安裝在錯(cuò)誤的位置。當(dāng)一個(gè)組件安裝完畢后，工作人員會(huì)掃描嵌入的RFID標(biāo)簽，狀態(tài)從“收到”到“安裝”；在運(yùn)維階段，由于所有構(gòu)件都安裝了RFID標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別和跟蹤，并連接到相應(yīng)的虛擬BIM，設(shè)備管理人員可以快速地從模型中獲得組件的準(zhǔn)確位置，可以在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行定期檢查、分析和維護(hù)。

2.3.2 進(jìn)度偏差分析

掙值法是一種通過(guò)比較項(xiàng)目實(shí)際與計(jì)劃的差異進(jìn)行偏差分析的方法。將BIM技術(shù)與掙值法相結(jié)合，通過(guò)比較項(xiàng)目計(jì)劃與實(shí)際的進(jìn)度、成本，進(jìn)一步應(yīng)用于項(xiàng)目施工管理中，通過(guò)WBS施工任務(wù)分解，分析誤差原因并進(jìn)行及時(shí)修正。BIM技術(shù)與掙值法的結(jié)合對(duì)加強(qiáng)工程管理的信息化控制以及提高工程經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，專(zhuān)業(yè)BIM人員通過(guò)建立三維BIM模型，采用IFC實(shí)體類(lèi)型識(shí)別和名稱(chēng)識(shí)別的方式來(lái)準(zhǔn)確識(shí)別模型中的每一個(gè)構(gòu)件，并將建筑構(gòu)件與表示進(jìn)度計(jì)劃的信息相關(guān)聯(lián)，隨時(shí)提供掙值法分析所需要的時(shí)間、成本等參數(shù)情

況。

掙值法各參數(shù)的計(jì)算公式如下：

BCWS(計(jì)劃工作量的預(yù)算費(fèi)用)=PQ×BP

BCWP(實(shí)際工作量的預(yù)算費(fèi)用)=AQ×BP

ACWP(實(shí)際工作量的實(shí)際費(fèi)用)=AQ×AP

CV(費(fèi)用偏差)=BCWP-ACWP

SV(進(jìn)度偏差)=BCWP-BCWS

式中：PQ——計(jì)劃工作量

BP——預(yù)算價(jià)格

AQ——實(shí)際工作量

AP——實(shí)際價(jià)格

通過(guò)計(jì)算BCWS、BCWP、ACWP三個(gè)指標(biāo)得出CV和SV，將其偏差率與閾值進(jìn)行比較，可得知工程成本是否超支、進(jìn)度是否遲延。若CV和SV偏差率小于閾值，可繼續(xù)進(jìn)行下一道工序，若CV和SV偏差率大于閾值，則需要對(duì)產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行分析，并比選方案采取糾偏措施，直到偏差率小于閾值，則監(jiān)測(cè)結(jié)束。

圖3 掙值法分析進(jìn)度偏差

3 BIM技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 發(fā)揮政府領(lǐng)頭作用，加快相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定

國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)起步相對(duì)較晚，從2018年1月1日開(kāi)始，我國(guó)才正式將《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外，BIM技術(shù)存在許多不同的標(biāo)準(zhǔn)，但都沒(méi)有形成統(tǒng)一，從而導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用較為混亂。而且，BIM技術(shù)存在許多不同的標(biāo)準(zhǔn)，但都沒(méi)有形成統(tǒng)一，從而導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用較為混亂。再加上體制問(wèn)題，BIM進(jìn)度管理實(shí)施計(jì)劃和工作流程在實(shí)際工程中應(yīng)用不夠規(guī)范，現(xiàn)存管理模式無(wú)法滿(mǎn)足BIM技術(shù)的實(shí)施要求。

由于BIM技術(shù)是一項(xiàng)涉及面極廣的綜合性技術(shù)，則需要相關(guān)政府和行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)揮牽頭作用，加強(qiáng)指導(dǎo)并身體力行，加快標(biāo)準(zhǔn)制定。其具體的工作應(yīng)該包括頒布相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)和應(yīng)用具體標(biāo)準(zhǔn)，以幫助建筑施工企業(yè)對(duì)BIM技術(shù)有正確的認(rèn)知；積極推進(jìn)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度的制定，提高BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用水平。

3.2 推動(dòng)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化，加快軟件自主研發(fā)

BIM軟件自身技術(shù)不成熟，運(yùn)行和功能尚未達(dá)到平衡，同時(shí)BIM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中缺少一定的統(tǒng)籌管理。另外，BIM軟件在為建筑施工行業(yè)協(xié)同發(fā)展提供新方法、新平臺(tái)的同時(shí)，也需要一個(gè)專(zhuān)業(yè)的BIM團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行軟件所需資源的共享。由于不同專(zhuān)業(yè)相關(guān)人員使用的軟件不盡相同，使得在最后的模型整合環(huán)節(jié)造成在傳輸上及整合上浪費(fèi)時(shí)間，也會(huì)因此而產(chǎn)生不必要的潛在錯(cuò)誤[12]。

對(duì)此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)BIM相關(guān)軟件的研發(fā)，扶持自主產(chǎn)權(quán)軟件企業(yè)推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，還需研究以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的4D項(xiàng)目管理系統(tǒng)在大型復(fù)雜工程施工過(guò)程中的應(yīng)用，充分實(shí)現(xiàn)可視化管理。

3.3 提高人員認(rèn)知水平，加強(qiáng)BIM人才培訓(xùn)

BIM技術(shù)人才缺乏，未來(lái)幾年，BIM工程師130萬(wàn)缺口。此外，由于我國(guó)對(duì)BIM技術(shù)的推廣在廣度和深度上均較為有限，不能在BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中提供相應(yīng)的具體應(yīng)用情形，致使建筑施工項(xiàng)目的業(yè)主及相關(guān)建筑施工人員均缺乏對(duì)BIM技術(shù)的必要認(rèn)知。

建筑施工企業(yè)要提升企業(yè)內(nèi)部相關(guān)技術(shù)人員對(duì)其的認(rèn)知水平，讓這部分技術(shù)人員在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加有關(guān)BIM技術(shù)的培訓(xùn)。建筑施工企業(yè)也要積極培養(yǎng)BIM技術(shù)人才，并與相關(guān)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)和軟件企業(yè)溝通交流，探尋如何利用現(xiàn)有軟件和現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求和條件，制訂一個(gè)切實(shí)有效的BIM技術(shù)實(shí)施計(jì)劃，以找到最適合自身企業(yè)的BIM技術(shù)融合點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文梳理總結(jié)了BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用，分析了其中存在的問(wèn)題以及對(duì)策。進(jìn)度管理作為工程項(xiàng)目管理中主要管理內(nèi)容之一，在橫向縱向上均發(fā)揮了重要作用?？v向上，貫穿項(xiàng)目整個(gè)生命周期，從設(shè)計(jì)階段到竣工驗(yàn)收及運(yùn)維階段，都離不開(kāi)BIM技術(shù)的動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理；橫向上，涉及設(shè)計(jì)、施工、商務(wù)等各個(gè)部門(mén)，在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各部門(mén)協(xié)同、統(tǒng)籌管理。

雖然BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中應(yīng)用廣泛，但其在進(jìn)度管理中的應(yīng)用還相對(duì)單一。隨著新型建筑工業(yè)化發(fā)展，BIM技術(shù)應(yīng)加快全壽命周期的一體化集成應(yīng)用，并積極與工業(yè)化建筑，傳感器網(wǎng)絡(luò)、5G、射頻識(shí)別以及二維碼識(shí)別等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，再加之國(guó)家政策的積極引導(dǎo)，在BIM技術(shù)帶來(lái)效益的同時(shí)進(jìn)一步推進(jìn)建筑行業(yè)健康、活力的發(fā)展。