BIM技術驅動的建筑施工進度編制及優(yōu)化研究

摘要：目前，常規(guī)的建筑施工進度編制方法主要通過對施工任務進行分解，按照不同的施工任務進行施工資源的分配，由于缺乏對施工持續(xù)時間的有效預估，導致編制效果不佳。對此，提出基于BIM技術的建筑施工進度編制及優(yōu)化方法。首先，對施工進度單元的信息結構進行構建，并利用IFC標準中的實體來表達和識別BIM構件。結合定額計算法對施工活動的持續(xù)時間進行估算，在此基礎上，對不同施工進度單元所消耗的施工資源進行計算。最后以施工資源投入方差最小值作為優(yōu)化目標，構建出施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數，從而生成施工進度編制及優(yōu)化方案，并對該方法進行編制效果檢驗。經測試結果表明，采用該方法對施工進度進行編制優(yōu)化后，擬定的施工計劃與實際施工進度高度契合，具備良好的施工進度編制效果。

關鍵詞：施工進度；編制優(yōu)化；BIM技術；施工資源優(yōu)化

中圖分類號：TU723"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0093-05

Research on the Preparation and Optimization of Building

Construction Progress Driven by BIM Technology

LI Mei

（Quanzhou Medical College，Quanzhou Fujian 362000，China）

Abstract：At present，the conventional construction progress preparation method is mainly through the decomposition of construction tasks，according to different construction tasks for construction resources allocation，due to the lack of effective estimation of the construction duration，the preparation effect is not good.In this regard，the construction progress preparation and optimization method based on BIM technology are proposed.First，the information structure of the construction progress unit is constructed，and the entities in the IFC standards are used to express and identify the BIM components.The duration of construction activities is estimated with the method of quota calculation，and on this basis，the construction resources consumed by different construction progress units are calculated.Finally，the minimum of variance of construction resources input is taken as the optimization goal，and the equilibrium optimization function of construction cycle and construction resources is constructed，so as to generate the construction progress preparation and optimization scheme，and the effect of this method is tdsted.The test results show that the proposed construction plan is highly consistent with the actual construction progress，and has a good effect of construction progress.

Keywords：construction progress；compilation and optimization；BIM technology；optimization of construction resources

0 引言

建筑施工進度計劃是施工過程的時間軸，用以控制施工的期限、成本和質量。它是施工過程的重要環(huán)節(jié)，其編制的合理性和有效性直接影響到施工的工期和資源的利用效率。然而，當前建筑施工中常存在僅重視工期而忽視如何高效資源利用的問題，導致材料堆積、租賃設備閑置、工期延誤等一系列問題，不僅增加了施工成本，也降低了施工效率。BIM（建筑信息模型）技術的引入，為建筑施工進度的編制和優(yōu)化提供了新的解決方案。BIM技術能夠通過參數化的建模方式，實現(xiàn)建筑、結構、機電等各個專業(yè)的信息集成與共享，為項目的決策和實施提供全面的技術支持。在施工階段，BIM技術可以通過模擬施工過程、預測可能出現(xiàn)的施工問題、提前制定解決方案等方式，優(yōu)化施工進度計劃。對于施工進度計劃的優(yōu)化，應首要考慮施工作業(yè)的時間安排的合理性。傳統(tǒng)的編制方法往往只注重工期的安排，而忽視了資源的利用效率。BIM技術可以通過對施工過程的全面模擬，精確預測各階段所需的資源，包括人力、物力、財力等，從而實現(xiàn)資源的高效利用[1]。

在現(xiàn)有的研究中，許多學者都試圖通過數學優(yōu)化模型來解決施工進度計劃的問題。這些研究多以工期和費用最小化為目標函數，通過建立數學模型來尋求最優(yōu)解。然而，由于實際施工過程中的復雜性和不確定性，這些模型往往難以完全解決實際問題。而BIM技術的引入，為解決這一問題提供了新的可能。它可以實現(xiàn)對施工過程的精細模擬，考慮到各種可能的施工情況和干擾因素，從而制定出更加切實可行的施工進度計劃[2]。

總的來說，BIM技術對于建筑施工進度的編制和優(yōu)化具有重要的意義。它通過模擬施工過程、優(yōu)化資源利用和提高項目管理效率等多種方式，為解決當前建筑施工中存在的問題提供了新的解決方案[3]。然而，盡管BIM技術在某些方面已經顯示出了它的優(yōu)勢，但如何更好地將BIM技術應用到實際的建筑施工過程中，仍需要進一步的研究和實踐。對此，本文提出一種BIM技術驅動的建筑施工進度編制及優(yōu)化研究，旨在對施工周期進行精準控制，從而幫助決策人員制定出更為可行的施工計劃。

1 BIM技術驅動的建筑施工進度編制及優(yōu)化研究

1.1 基于BIM技術的建筑施工進度單元識別

進度單元指的是建筑施工進度計劃的基本單元，具體包括構件信息、進度計劃時間信息、施工資源配置信息以及構件關系信息等。因此為對建筑工程的施工進度進行編制和優(yōu)化管理，本文首先構建出完整的施工進度單元數據結構，在此基礎上結合BIM技術對不同構件單元進行識別。首先結合施工進度編制需求，本文對建筑施工進度單元的數據結構分析，由此得到進度單元信息結構（見表1）[4]。

針對上述構建出的施工進度單元信息結構，本文采用BIM技術中的IFC實體類型識別和名稱識別結合的方式，識別建筑施工進度單元中的構件。IFC標準定義了一套完整的建筑產品數據類型，通過對IFC Product實體類型、IFC Building Element的派生實體類型進行調取，可以在BIM模型中對不同類型的構件進行區(qū)分和標識，進而實現(xiàn)對構件的有效管理和精確控制。除了利用IFC實體類型進行識別外，為了更方便地支持人工調整進度計劃和費用估算等操作，還需要利用構件的名稱來輔助識別構件。因此本文通過名稱識別，為每個構件賦予一個唯一的名稱標識，從而在BIM模型中快速地找到所需的構件信息[5]。

本文根據IFC標準，采用IFC Product實體對建筑實體進行定義。IFC Product實體類型一般被看作是具有幾何形體描述和空間屬性描述的物體。利用派生實體IFC Building Element，本文描述出了BIM模型中的各種不同類型的構件。通過對IFC Building Element派生實體下屬子類型進行調取，例如IFC Wall，IFC Floor等，從而實現(xiàn)對不同類型構件的精細化描述與控制。對此，建立了BIM構件與IFC標準中的實體的對應關系（見表2）。

以上述對應關系作為映射準則，可以利用IFC標準中的實體來表達和識別BIM構件，從而完成對于施工進度單元的有效識別。

1.2 施工進度單元資源消耗計算

針對上述的施工精度單元的識別結果，本文首先對施工持續(xù)時間進行估算，在此基礎上對平均進度單元的施工資源消耗量進行計算，從而為后續(xù)的施工精度編制提供幫助[6]。

在本文規(guī)劃出的施工進度單元的信息結構中，施工時間信息包括施工活動的開始時間和結束時間，在兩個時間節(jié)點內的時間即為施工持續(xù)時間。對此，本文采用定額計算法，結合建筑施工的工程量和人物排班情況，對施工活動的持續(xù)時間進行計算，具體計算公式如下：

T=（1）

式（1）中：T為建筑施工活動的期望持續(xù)時間，d；Q為子項目下的施工工程量，m3；W1為施工人員，人；W2為施工機械配備的數量，臺；S為在標準施工條件下，施工資源的消耗標準，即施工定額；C為在工程周期內，工人的工作排班周期，d。通過式（1），可以得到施工活動的預計持續(xù)時間，在該持續(xù)時間內，可以對施工進度單元所消耗的資源量進行計算[7]。

在施工項目中，每個進度單元的完成都需要依賴一定的人工消耗。由于資源的限制，往往會有多個同類型的進度單元同時進行施工[8]。例如，在某個時間段內，可能會有多根柱子同時進行鋼筋綁扎工作。然而，如何確定同時施工的相同類型進度單元的數量，是需要解決的關鍵問題。為了解決這個問題，本文引入了平均進度單元人工消耗量和人工總量兩個指標，并以扎綁鋼筋工作作為說明對象。假設在建筑工程的施工過程中，在某個單元結構下共安裝了n個鋼筋混凝土柱，那么其對應的綁扎施工單元個數也為n，由此可以得到該施工單元下的平均進度資源消耗量H，具體計算公式如下：

=（2）

式（2）中：Hi為進行綁扎鋼筋工作所需要的工人數量，人。假設某一時段內施工區(qū)域下的施工人員總量為M，那么在該時段下，可以同時進行鋼筋綁扎工作的施工進度單元總數m的計算公式如下：

m=

（3）

根據上述得到的施工進度單元總數，本文可以計算出單位施工周期下，施工工程完成建筑項目所需要的施工資源消耗總量Hsum，具體計算公式如下：

H=n×（4）

式（4）中：r為不同施工模式下的材料費率，%。通過上述步驟即可計算出不同施工進度單元下，施工資源的消耗量，該消耗量可以用于施工資源的分配，從而幫助編制施工計劃。

1.3 施工進度計劃動態(tài)編制及優(yōu)化方案生成

施工進度計劃的編制與優(yōu)化實際上是對既定施工周期內的施工資源進行“盤活”，從而使現(xiàn)有的施工資源能夠發(fā)揮出最大的施工作用。因此，針對上文中計算出的施工進度單元下的施工資源消耗情況，本文通過構建施工工期與施工資源之間的優(yōu)化函數，從而生成施工進度計劃的編制和優(yōu)化方案。首先，從宏觀上來分析，施工資源的投入與施工周期的長短呈現(xiàn)負相關，因此可以得到施工周期與資源投入之間的關系公式：

R=R=TR（5）

式（5）中：R為施工工程的資源需求總量，m3；I為施工進度單元下全部工序的總數；Ri為第i道施工工序下的施工資源期望值，m3；Ti為第i道施工工序下的施工周期，d；R0為統(tǒng)計周期內施工資源的需求量；m3。然后本文以單位時間內施工資源投入方差的最小值作為優(yōu)化目標，由此構建出的關于施工周期與施工資源的優(yōu)化目標函數公式：

F=（6）

式（6）中：T為施工總工期，d；R（t）為t時段內施工資源的需求函數，m3；Rm為施工資源的平均需求量，m3。通過上述目標函數，即可調節(jié)施工資源與施工周期之間的關系，由此本文所構建出施工進度動態(tài)編制和優(yōu)化方案的生成流程（見圖1）。

根據上述動態(tài)編制及優(yōu)化流程可以看出，本文首先結合BIM技術對施工進度單元進行識別，然后將基礎的BIM模型導入進IFC格式中，實現(xiàn)施工進度單元的有效劃分。分別對施工資源和施工持續(xù)時間進行計算，在此基礎上，對施工進度單元的邏輯順序進行確定，從而生成施工計劃。最后，通過制定出的施工進度計劃合理性進行判定，并進行人工調整，從而優(yōu)化預先制定好的邏輯順序，實現(xiàn)施工進度優(yōu)化[9]。

通過上述步驟即可完成對于施工進度計劃的動態(tài)編制及優(yōu)化，通過以施工資源投入方差最小值作為優(yōu)化目標，構建出施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數，在此基礎上通過對進度單元的邏輯順序進行分配，從而生成施工進度計劃。將本節(jié)內容與上述提到的施工進度單元識別、施工資源消耗量計算等相關內容進行結合，至此，BIM技術驅動的建筑施工進度編制及優(yōu)化方法設計完成。

2 實驗論證

為了證明本文提出的BIM技術驅動的建筑施工進度編制及優(yōu)化方法在實際編制效果方面優(yōu)于常規(guī)的建筑施工進度編制方法，在理論部分的設計完成后，構建實驗環(huán)節(jié)，對本文方法的實際編制效果進行檢驗。

2.1 實驗說明

為驗證本文提出的方法在實際編制效果方面的優(yōu)越性，本次實驗選取了兩組常規(guī)的施工進度編制方法作為對比對象，分別為基于資源共享的施工進度編制方法和基于三維模型的施工進度編制方法。通過構建實驗平臺，采用三種編制方法對同一個施工工程對象進行計劃編制，對比不同方法的實際編制效果。

2.2 實驗對象

本次實驗選取的實驗對象為福建省泉州市某學校建筑工程項目，該項目總面積達到15 000 m2，包括一棟新的教學樓和一處改建的體育館。施工工程項目的建筑結構形式包括鋼筋混凝土框架結構和鋼結構。其中，教學樓采用了鋼筋混凝土框架結構，以提高建筑的抗震性能和承載能力。同時，為了滿足教學樓的高效使用要求，設計團隊還采用了無梁樓蓋結構，以增加樓層空間利用率。該項目的施工速率及資源量見表3。

以上述施工計劃作為基礎的實驗對象，分別采用三種編制方法對施工計劃進行編制分析，待施工計劃制定完成后，對項目進行模擬運行，從而比較實際施工進度與計劃施工進度的擬合程度。

2.3 施工進度編制對比結果

本次實驗以不同施工進度編制方案下的擬定計劃與實際施工進度之間的擬合程度作為對比指標，用于衡量不同方法的編制效果，具體實驗結果見圖2。

通過上述實驗結果可以看出，相較于常規(guī)方法，本文方法下的施工計劃更貼近真實施工進度，由此可以證明本文方法的施工進度編制及優(yōu)化效果更好。

3 結語

本文針對常規(guī)的施工進度優(yōu)化編制方法在編制效果方面不夠理想的問題，通過結合BIM技術，提出一種新型的施工進度編制方法。通過構建施工進度單元的信息結構，并利用國際IFC標準中的實體精準表達和識別BIM構件，實現(xiàn)了施工信息的全面集成與高效管理。結合定額計算法，有效提升了施工活動持續(xù)時間的估算精度，進而精確計算了各施工進度單元的施工資源需求。此外，本文以施工資源投入方差最小化為優(yōu)化目標，構建了施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數，不僅確保了施工進度的合理性，還實現(xiàn)了施工資源的高效利用與優(yōu)化配置。測試結果表明，該方法編制的施工進度計劃與實際施工進度的擬合度顯著提高，驗證了該方法的有效性和實用性。在未來的研究中，可以進一步優(yōu)化該編制方法，并將其應用在實際建筑工程施工計劃制定的工作中。

參 考 文 獻

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編輯：楊 洋