BIM 技術(shù)在航道整治項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制中的應(yīng)用

薛 佳，楊 杰，何 翔

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002)

航道整治工程作為交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施工程，具有投資大、參與單位多、受季節(jié)影響大等特點(diǎn)，容易造成工程建設(shè)過程中自然環(huán)境多變、建設(shè)外協(xié)環(huán)境復(fù)雜、組織機(jī)構(gòu)之間信息共享和傳遞困難等問題。為此，筆者研究提出在航道整治工程運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制，以便在施工組織與安排中根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行必要的動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保工程建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[1]。利用BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術(shù)在信息化方面的優(yōu)勢，通過將真實(shí)的進(jìn)度、質(zhì)量和投資信息與構(gòu)件級(jí)模型關(guān)聯(lián)，既可以確保工程建設(shè)過程中信息傳遞的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及完整性，打破航道整治工程建設(shè)環(huán)節(jié)之間的信息壁壘，又能以科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析，對(duì)照項(xiàng)目目標(biāo)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工狀態(tài)評(píng)價(jià)，將施工狀態(tài)進(jìn)行BIM 可視化展示，為動(dòng)態(tài)控制決策提供科學(xué)、必要的技術(shù)保障。

1 應(yīng)用背景

1.1 項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制在航道整治工程管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，人們逐漸意識(shí)到航道整治工程的特殊性，其工程治理必須堅(jiān)持因勢利導(dǎo)，結(jié)合環(huán)境變化情況，對(duì)建設(shè)方案及管理措施進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以確保工程效果。目前，項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制已經(jīng)成為航道整治工程的重要管理模式。同時(shí)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)資料的匯總和查詢工作效率低，難以對(duì)大量的工程資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，在航道整治工程中需要一個(gè)可實(shí)現(xiàn)資料直觀展示、高效查詢和共享的信息系統(tǒng)以輔助開展項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制。

1.2 BIM 在航道整治工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)水運(yùn)行業(yè)已經(jīng)開始嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用到港口碼頭的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)管理中[2]，BIM 技術(shù)在航道整治工程的研究應(yīng)用也越來越多。何洋等[3]在黑沙洲航道整治二期工程應(yīng)用BIM 技術(shù)解決了施工實(shí)施及管理的問題；李國杰等[4]針對(duì)航道整治工程BIM 技術(shù)應(yīng)用問題，研究航道整治工程全生命期的BIM 技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)；董思遠(yuǎn)等[5]依托山東某內(nèi)河航道工程探索BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，取得了較好的工程效果?？傮w來說，與建筑行業(yè)相比，BIM 在航道整治工程的應(yīng)用相對(duì)滯后，但可以借鑒建筑領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)而具備了后發(fā)優(yōu)勢及超越的潛力[6]。

2 項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制介紹

2.1 項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制方法

在工程建設(shè)過程中，進(jìn)度、質(zhì)量和投資作為建筑工程項(xiàng)目管理的3 大核心目標(biāo)，貫穿工程建設(shè)全過程，三者之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互作用，共同形成一個(gè)辨證的統(tǒng)一體[7]。在傳統(tǒng)項(xiàng)目管理中，當(dāng)進(jìn)度控制目標(biāo)要求過高時(shí)，在工程投資投入不變的情況下，往往造成施工質(zhì)量的下降。要保證質(zhì)量管理目標(biāo)不變，就難以避免工程投資的增加。在項(xiàng)目管理實(shí)踐中，以最短的工期和最低的投資實(shí)現(xiàn)最高的工程質(zhì)量成為項(xiàng)目目標(biāo)控制的理想狀態(tài)[8]。項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制是定期將現(xiàn)場實(shí)際參數(shù)與項(xiàng)目目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)反饋信息制定出科學(xué)、合理、可行的項(xiàng)目目標(biāo)控制決策，保證優(yōu)化后的進(jìn)度、質(zhì)量和投資實(shí)際參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)的差值在允許偏差范圍內(nèi)[9]。流程如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制流程

2.2 項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制在航道整治工程的意義

航道整治工程同時(shí)具備復(fù)雜多變性、時(shí)效性和時(shí)限性等特征，致使項(xiàng)目管理需要實(shí)施全過程的目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制。由于河床演變屬于自然規(guī)律，無法定量計(jì)算，航道整治工程設(shè)計(jì)只能對(duì)河道變化進(jìn)行定性預(yù)測，因此需要按照河道情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的優(yōu)化；長江水文條件復(fù)雜，實(shí)際工程施工前還須結(jié)合水位情況對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化；航道整治工程施工受季節(jié)性限制較為嚴(yán)重，如某項(xiàng)工程只能在枯水期施工，施工內(nèi)容就需要在一個(gè)枯水期內(nèi)全部完成，而尚未完成的部位就面臨汛期水流的沖刷。這些變化因素都會(huì)導(dǎo)致實(shí)際與項(xiàng)目管理目標(biāo)產(chǎn)生較大的偏差。項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)施動(dòng)態(tài)控制可以通過對(duì)航道整治工程進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)和對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差問題，針對(duì)性地調(diào)整方案，確保工程建設(shè)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

2.3 BIM 在項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制中的作用

BIM 可應(yīng)用于項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制各個(gè)環(huán)節(jié)，從目標(biāo)制定、實(shí)際參數(shù)采集、對(duì)比分析、信息反饋、調(diào)整決策直至實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)目標(biāo)。項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制通常是以周期性控制，控制周期一般按照工程項(xiàng)目管理實(shí)際情況而定。利用BIM 技術(shù)，可以跟蹤工程建設(shè)的整個(gè)過程，將每個(gè)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行高度的共享和應(yīng)用，三維可視化地展示實(shí)際與計(jì)劃值的對(duì)比結(jié)果，對(duì)當(dāng)前目標(biāo)執(zhí)行情況進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)全過程的精細(xì)化動(dòng)態(tài)控制。

1)在目標(biāo)制定階段，可將構(gòu)件級(jí)模型與費(fèi)用、進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，通過BIM 5D 對(duì)工程項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)進(jìn)行充分的分析和模擬，確保工程項(xiàng)目目標(biāo)制定的科學(xué)性和可行性。

2)在實(shí)際參數(shù)采集階段，利用BIM＋GIS、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)構(gòu)建移動(dòng)互聯(lián)的云平臺(tái)，現(xiàn)場施工和項(xiàng)目管理者可以隨時(shí)通過移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際參數(shù)采集和審核，簡化了工作流程，提高了溝通效率。同時(shí)，利用BIM 技術(shù)的可視化實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的校核，消除現(xiàn)場數(shù)據(jù)弄虛作假的可能性，保證工程建設(shè)信息的完整性和真實(shí)性。

3)在對(duì)比分析階段，通過云平臺(tái)將構(gòu)件級(jí)模型與現(xiàn)場采集的工程信息相關(guān)聯(lián)，通過云服務(wù)進(jìn)行高效、快速的計(jì)算分析，按照項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)管理公式進(jìn)行貫通分析和數(shù)據(jù)校核，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)異常的分析與識(shí)別。

4)在信息反饋階段，依托BIM 構(gòu)建的信息化平臺(tái)將項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)分析結(jié)果直接推送至相關(guān)負(fù)責(zé)人，縮短參建單位之間的溝通協(xié)調(diào)時(shí)間，避免人為干擾，確保信息傳遞的真實(shí)性和及時(shí)性。

5)在調(diào)整決策階段，將優(yōu)化后的項(xiàng)目目標(biāo)和方案與構(gòu)件級(jí)模型結(jié)合，通過三維模型預(yù)覽調(diào)整后的項(xiàng)目目標(biāo)偏差狀態(tài)，可以幫助項(xiàng)目管理者快速確定優(yōu)化方案的可行性，提高項(xiàng)目管理決策效率。

2.4 基于BIM 的項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制工作流程

為達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制和BIM 技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制過程的實(shí)時(shí)性和可視化，為項(xiàng)目目標(biāo)管理提供科學(xué)可靠的決策依據(jù)，針對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量、投資三大管理目標(biāo)構(gòu)建了基于BIM 的項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制工作流程，如圖2 所示。

圖2 基于BIM 的項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制工作流程

3 工程案例

3.1 工程概況

長江干線武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程上起天興洲長江大橋、下迄安慶皖河口，全長約386.5 km(圖3)。航道建設(shè)等級(jí)為一級(jí)，主要對(duì)湖廣至羅湖洲、沙洲、戴家洲、鯉魚山、張家洲、馬當(dāng)、東流等7 個(gè)礙航灘段進(jìn)行系統(tǒng)整治。項(xiàng)目總投資37 億元，建設(shè)工期42 個(gè)月?；诠こ虒?shí)際情況和項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)需求，通過BIM 技術(shù)將現(xiàn)場真實(shí)的進(jìn)度、質(zhì)量和投資信息與構(gòu)件級(jí)模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本項(xiàng)目目標(biāo)全過程的精細(xì)化動(dòng)態(tài)控制。

圖3 武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程總平面布置

3.2 基于BIM 的航道整治工程項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

3.2.1 進(jìn)度目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

基于BIM 的進(jìn)度目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制，是將構(gòu)件級(jí)模型與進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，利用移動(dòng)端在施工現(xiàn)場采集每日進(jìn)度信息，利用BIM 模型進(jìn)行計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比，形成三維可視化的進(jìn)度狀態(tài)分析圖，使管理人員清晰地了解進(jìn)度執(zhí)行情況和偏差部位，以作出及時(shí)的調(diào)整。同時(shí)，可將進(jìn)度狀態(tài)分析圖與實(shí)際現(xiàn)場情況對(duì)比，對(duì)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，保證工程建設(shè)過程信息的真實(shí)性和有效性(圖4)。

圖4 基于BIM 的項(xiàng)目進(jìn)度目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

3.2.2 質(zhì)量目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

通過整理航道整治工程質(zhì)量問題類型，將發(fā)生頻率低的質(zhì)量問題類型設(shè)定為隨機(jī)抽查，將發(fā)生頻率高的質(zhì)量問題列為必查項(xiàng)目，并設(shè)定了目標(biāo)控制值，將每種質(zhì)量問題類型與構(gòu)件級(jí)模型關(guān)聯(lián)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與對(duì)比，根據(jù)質(zhì)量問題位置和類型，動(dòng)態(tài)調(diào)整質(zhì)量目標(biāo)計(jì)劃和方案，實(shí)現(xiàn)有重點(diǎn)的質(zhì)量監(jiān)督管理，保證了工程施工質(zhì)量(圖5)。

圖5 基于BIM 的質(zhì)量目標(biāo)動(dòng)態(tài)管理

3.2.3 投資目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

結(jié)合工程投資計(jì)劃和工程量清單，將投資目標(biāo)進(jìn)行分解，并與已分解至最小施工單元的構(gòu)件級(jí)模型關(guān)聯(lián)，在每一期工程計(jì)量活動(dòng)中，可以依托BIM 模型進(jìn)行當(dāng)期計(jì)量數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實(shí)際完成情況的校驗(yàn)，確保工程控制投資基本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，項(xiàng)目管理者可以通過三維可視化的BIM 模型，隨時(shí)了解工程投資實(shí)際情況以及計(jì)劃與實(shí)際投資完成情況的實(shí)時(shí)對(duì)比分析(圖6)。根據(jù)偏差情況，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量和投資計(jì)劃進(jìn)行綜合優(yōu)化，確保工程建設(shè)目標(biāo)任務(wù)圓滿完成。

圖6 基于BIM 的項(xiàng)目投資目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制

4 結(jié)論

1)利用BIM 信息化優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全過程信息的連續(xù)性存儲(chǔ)以及工程建設(shè)信息的直觀展示、高效查詢和共享?；贐IM 的航道整治工程項(xiàng)目目標(biāo)控制可以確保工程建設(shè)信息的實(shí)時(shí)性、真實(shí)性及完整性，為項(xiàng)目動(dòng)態(tài)決策提供科學(xué)、必要的技術(shù)保障。

2)航道整治工程項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制需要多方參與，綜合利用BIM＋GIS、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)，隨時(shí)采集現(xiàn)場信息，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)信息及時(shí)共享，使決策者直面現(xiàn)場，簡化項(xiàng)目動(dòng)態(tài)控制程序，提高決策效率。

3)依托長江干線武漢—安慶段6 m 水深航道整治工程，將構(gòu)件級(jí)模型與工程進(jìn)度、質(zhì)量和投資信息關(guān)聯(lián)，通過三維可視化的效果，既能展示當(dāng)前進(jìn)度、質(zhì)量、投資執(zhí)行情況，也可以清晰反映項(xiàng)目目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制的全過程。