施工階段BIM在工程進(jìn)度管理中的應(yīng)用研究

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 重慶 400000)

一、引言

BIM(Building Information Modeling)自 2002 年發(fā)布，迅速被國(guó)外建筑工程行業(yè)廣泛應(yīng)用。BIM技術(shù)，是在 CAD技術(shù)基礎(chǔ)上的應(yīng)用技術(shù)變革，將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維可視化的模型信息，使建筑的模型屬性信息貫穿于項(xiàng)目設(shè)計(jì)，施工和運(yùn)行維護(hù)的整個(gè)工程周期。根據(jù)Autodesk的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使用BIM技術(shù)可以將項(xiàng)目生產(chǎn)效率高79%，并且3D可視化更容易溝通。提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力66%，使項(xiàng)目工期減少5%-10%，減少協(xié)同時(shí)間20%-25%[1]。隨著B(niǎo)IM效益被越來(lái)越多的從業(yè)人員認(rèn)可，很多地標(biāo)性工程項(xiàng)目開(kāi)始引入BIM技術(shù)，如上海中心。為了加速推廣BIM技術(shù)，政府還出臺(tái)了各種政策。明確提出促進(jìn) BIM應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)：到2020年底，筑行業(yè)甲級(jí)勘察、設(shè)計(jì)單位和一流的住房建設(shè)工程企業(yè)應(yīng)掌握并實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)等信息技術(shù)的集成應(yīng)用[2]。

本文首先研究了BIM技術(shù)的相關(guān)理論，闡明了BIM的概念和功能。然后，研究傳統(tǒng)的項(xiàng)目進(jìn)度管理理論，介紹傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃和執(zhí)行的特點(diǎn)，并由此產(chǎn)生的各專(zhuān)業(yè)間溝通不暢、工期拖延等問(wèn)題。最后，分析了BIM技術(shù)在項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用過(guò)程。研究了BIM技術(shù)施工進(jìn)度管理的實(shí)施路線，以及基于BIM技術(shù)的工程進(jìn)度編制方法。同時(shí)，在施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際施工情況，將數(shù)據(jù)輸入BIM進(jìn)度管理平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。

研究框架

二、BIM技術(shù)相關(guān)理論

(一)BIM概念及功能

美國(guó) Chuck Eastman博士在三十年前率先發(fā)表建筑信息模型的構(gòu)想，認(rèn)為在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，要加入很多其它學(xué)科的成果，有必要將數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，如需求函數(shù)的計(jì)算，并將建筑信息模型的綜合屬性應(yīng)用于項(xiàng)目管理。成本管理、進(jìn)度控制都會(huì)做得更加精確，并且信息模型中的數(shù)據(jù)信息在建筑全生命周期，從監(jiān)護(hù)設(shè)計(jì)至建筑竣工后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，信息模型的信息可以被該階段的每個(gè)管理者運(yùn)用[3]。隨著對(duì)BIM技術(shù)研究的不斷加深，學(xué)術(shù)界對(duì)BIM沒(méi)有形成統(tǒng)一的理解，BIM 有多種定義和解釋。2002年，Autodesk提出了“建筑信息模型”的概念，并認(rèn)為建筑信息模型正處于設(shè)計(jì)和建造建筑的過(guò)程中。創(chuàng)建和使用的可計(jì)算數(shù)碼信息[4]。目前，更為權(quán)威的定義是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”中BIM(建筑信息模型)的定義：在整個(gè)工程建設(shè)階段，功能特征以數(shù)字化表達(dá)，是設(shè)計(jì)，施工，運(yùn)行過(guò)程和結(jié)果的總稱(chēng)。[5]

(二)BIM軟件體系分析

BIM 軟件并非單獨(dú)的一個(gè)軟件，而是多個(gè)技術(shù)軟件相互配合構(gòu)成的軟件體系。該軟件只是一種使用BIM技術(shù)的媒介，并且在項(xiàng)目施工管理階段的各個(gè)方面都有與不同功能相對(duì)應(yīng)的單獨(dú)軟件。BIM軟件通常分為BIM建模軟件和BIM管理應(yīng)用軟件。BIM 建模軟件通常運(yùn)用于設(shè)計(jì)部門(mén)和施工管理部門(mén)的初始階段。市場(chǎng)上常用的大多數(shù)BIM軟件都是BIM建模軟件。

在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)中使用最廣泛的BIM建模軟件是Autodesk Revit系列軟件。Revit分為 Revit Architecture、Revit Structure 和 Revit MEP 三個(gè)板塊，三個(gè)板塊分別對(duì)應(yīng)建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)三個(gè)專(zhuān)業(yè)，通過(guò)Revit平臺(tái)將三個(gè)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)成果整合。

(三)我國(guó)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)香港地區(qū)，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用了 BIM 技術(shù)，并在2009 年成立了香港 BIM 學(xué)會(huì)。我國(guó)大陸內(nèi)地，一些大型地標(biāo)項(xiàng)目中也逐漸采用了 BIM技術(shù)，例如上海中心大廈項(xiàng)目，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程均利用了 BIM技術(shù)，成為我國(guó)內(nèi)地的第一個(gè)以 BIM建模思想主導(dǎo)的全生命周期的技術(shù)標(biāo)桿[7]。現(xiàn)在建筑行業(yè)的各個(gè)部門(mén)如科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)企業(yè)、軟件公司等均采取適應(yīng)BIM技術(shù)體系的措施，如數(shù)量眾多的各類(lèi)BIM咨詢公司。但是此類(lèi)公司質(zhì)量良莠不齊，BIM從業(yè)人員的數(shù)量與素質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足日益龐大的建筑市場(chǎng)，雖然 BIM技術(shù)在我國(guó)內(nèi)地的發(fā)展仍比較滯后，然而，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的普及已經(jīng)變得勢(shì)不可擋。但是，BIM技術(shù)在中國(guó)的建筑行業(yè)并不受歡迎。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)行業(yè)從設(shè)計(jì)到施工階段的技術(shù)媒介仍以傳統(tǒng)的二維 CAD圖紙為主。

三、傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度管理相關(guān)理論分析

(一)項(xiàng)目進(jìn)度管理的概念

項(xiàng)目進(jìn)度管理的過(guò)程主要包括：活動(dòng)定義，活動(dòng)排序，活動(dòng)資源估計(jì)，活動(dòng)時(shí)間估計(jì)，進(jìn)度優(yōu)化和進(jìn)度控制[8]。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的主體，進(jìn)度管理可分為建設(shè)單位的進(jìn)度管理，施工單位的進(jìn)度管理和監(jiān)理單位的進(jìn)度管理。本文主要研究基于BIM技術(shù)的施工單位中的進(jìn)度管理。

(二)施工項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃編制

施工項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃編制是指確定項(xiàng)目任務(wù)的定義及正確的工序后，考慮資源與效益的平衡，確定項(xiàng)目施工階段各個(gè)子任務(wù)的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間，制定具體的施工項(xiàng)目解決方案，制定初始施工項(xiàng)目進(jìn)度表。編制方法主要包括甘特圖法，關(guān)鍵線法和啟發(fā)式資源平衡法。具體采用哪一種方法，要根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模、緊急性、工期要求等因素決定。下圖是一般建筑項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的流程圖。

(三)施工項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃控制

項(xiàng)目進(jìn)度控制活動(dòng)的必要性是因?yàn)楸M管項(xiàng)目中的每項(xiàng)任務(wù)都完美地安排了施工項(xiàng)目進(jìn)度表，但是，將施工過(guò)程項(xiàng)目的進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)意外情況。計(jì)劃的實(shí)施通常存在一些偏差，這要求項(xiàng)目經(jīng)理糾正偏差并重新調(diào)整項(xiàng)目進(jìn)度。確保項(xiàng)目在指定時(shí)間內(nèi)按照既定要求完成。

項(xiàng)目施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)控制主要包括三項(xiàng)任務(wù)，一是對(duì)施工進(jìn)度實(shí)際執(zhí)行情況的后續(xù)檢查;二、整理、統(tǒng)計(jì)和分析收集的數(shù)據(jù)；第三，將工程項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度和原先制定的計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比。項(xiàng)目施工的實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度可用于使用圖形語(yǔ)言(如甘特圖和網(wǎng)絡(luò)圖)直觀地反映兩者之間的差距。項(xiàng)目進(jìn)度調(diào)整的過(guò)程包括：分析項(xiàng)目進(jìn)度偏差形成的原因；偏差對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)度的影響；調(diào)整原有的工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃；實(shí)施調(diào)整后的進(jìn)度計(jì)劃。

根據(jù)項(xiàng)目管理的管理水平的差異，項(xiàng)目進(jìn)度控制的準(zhǔn)確性也不同。整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度控制是項(xiàng)目經(jīng)理在項(xiàng)目中每個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)的進(jìn)度控制。項(xiàng)目主計(jì)劃控制的含義時(shí)項(xiàng)目部門(mén)對(duì)項(xiàng)目中的關(guān)鍵事件節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度控制。項(xiàng)目的詳細(xì)進(jìn)度控制是由各專(zhuān)業(yè)部門(mén)不同工作人員在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的進(jìn)度控制[9]。

(四)傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度管理存在的問(wèn)題

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，項(xiàng)目進(jìn)度管理方法日益多樣化，BIM技術(shù)體系也越來(lái)越完善。但因?yàn)轫?xiàng)目工程的復(fù)雜度隨之提高，工期延誤或進(jìn)度滯后現(xiàn)象仍普遍存在，盡管有詳細(xì)的進(jìn)度計(jì)劃?rùn)M道圖和網(wǎng)絡(luò)圖等做技術(shù)支撐，但是，大多數(shù)項(xiàng)目進(jìn)度管理方法仍然落后，這對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和項(xiàng)目質(zhì)量產(chǎn)生了不利影響。通過(guò)分析傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度管理的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題：

(1)二維圖紙信息抽象且各專(zhuān)業(yè)圖紙之間可能信息矛盾。實(shí)際工程中，建筑信息均是以二維的圖紙形式在工程管理人員之間傳遞的，造成了沒(méi)有建筑工程相關(guān)專(zhuān)業(yè)背景和長(zhǎng)時(shí)間未接觸圖紙的人員無(wú)法及時(shí)將建筑模型信息及時(shí)落實(shí)的現(xiàn)象。隨著工程的功能越來(lái)越復(fù)雜，建筑信息數(shù)據(jù)量越來(lái)越龐雜，單純的圖紙二維信息已無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)建筑模型信息，這也使現(xiàn)場(chǎng)施工人員無(wú)法完全解讀施工項(xiàng)目的圖紙信息，難以保證項(xiàng)目質(zhì)量。在設(shè)計(jì)階段，建筑專(zhuān)業(yè)是工程項(xiàng)目的龍頭專(zhuān)業(yè)。保證各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)可以落實(shí)到建筑項(xiàng)目中。建筑師需要憑經(jīng)驗(yàn)與自身素養(yǎng)完成各專(zhuān)業(yè)在工程中的碰撞問(wèn)題，根據(jù)項(xiàng)目的復(fù)雜情況，這需要付出難以估量的工作量，造成人力的浪費(fèi)，且無(wú)法從設(shè)計(jì)根源上保證工程設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確無(wú)誤；

(2)項(xiàng)目資源，項(xiàng)目成本和項(xiàng)目進(jìn)度無(wú)法及時(shí)調(diào)整。在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)階段，進(jìn)度，質(zhì)量和成本三個(gè)方面是對(duì)立的關(guān)系。例如，如果項(xiàng)目進(jìn)度加快，項(xiàng)目質(zhì)量可能達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，人力資源成本和建筑材料成本將增加。因此，在建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度管理中，各種因素的及時(shí)動(dòng)態(tài)控制非常重要。

四、BIM技術(shù)在工程進(jìn)度管理中的應(yīng)用過(guò)程

(一)BIM模型建立及進(jìn)度數(shù)據(jù)生成

1.BIM模型建立

目前，我國(guó)建筑行業(yè)建立BIM模型有兩種主要方式：一是在三維建模軟件環(huán)境中直接建模，以 Autodesk Revit 為例，Revit 建模分為三個(gè)部分，建筑模型、結(jié)構(gòu)模型和建筑設(shè)備模型。Revit 是將三個(gè)部分整合的平臺(tái)。將三個(gè)建筑設(shè)計(jì)方向的元素通過(guò)三維模型的方式直觀地組合，使建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)的配合更加緊密。在建筑設(shè)計(jì)單位提供的建筑信息模型的基礎(chǔ)上，加入建筑建材的采購(gòu)信息，施工工序等，即實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)單位和施工單位的無(wú)縫連接。這種方式設(shè)計(jì)方與施工方都是在同一種軟件環(huán)境下工作，所以工作效率較高，減少施工管理單位二次建模的失誤。但是由于 BIM技術(shù)在我國(guó)的建筑行業(yè)尚不普及，尤其在我國(guó)的民用建筑設(shè)計(jì)市場(chǎng)，傳統(tǒng)的施工圖交底還是以二維 CAD圖紙為主，同時(shí) Revit等建模軟件對(duì)建筑設(shè)計(jì)人員的使用有待優(yōu)化，傳統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于二維圖紙的簡(jiǎn)便表達(dá)，還未對(duì) BIM技術(shù)的便捷性足夠重視，同時(shí)，BIM技術(shù)的運(yùn)用是成體系的，由于我國(guó)建筑行業(yè)的 BIM從業(yè)人員較少，成熟的 BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)更少，因此，這種建模方式大量存在于國(guó)有建筑企業(yè)的大型項(xiàng)目。

另一種方式是在設(shè)計(jì)單位提供的二維 CAD 圖紙的基礎(chǔ)上，將二維圖紙信息導(dǎo)入到 BIM建模軟件當(dāng)中，建立三維建筑信息模型。這一部分工作目前通常由外包的BIM團(tuán)隊(duì)完成。解決現(xiàn)有的建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM軟件無(wú)法熟練運(yùn)用的現(xiàn)狀，同時(shí)由于現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)的周期較短，運(yùn)用BIM建模會(huì)增加額外的人力成本。這種方式是BIM技術(shù)在我國(guó)普及階段的一種過(guò)渡方式。由于專(zhuān)業(yè)的 BIM三維建模人員對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)意圖的不明確，使得部分建筑信息在此階段會(huì)丟失或發(fā)生失誤，它阻礙了設(shè)計(jì)方與施工方之間的溝通。而后，施工方在通過(guò)二維圖紙信息生成的建筑信息模型中加入建筑施工信息，完成三維的建筑信息模型在施工管理中的運(yùn)用。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的日益普及，這種BIM模型的建立方式將越來(lái)越少。

2.施工工程進(jìn)度管理數(shù)據(jù)生成

3D建筑信息模型建立后，在信息模型中加入施工時(shí)間等工程管理信息，此為施工進(jìn)度計(jì)劃制定的準(zhǔn)備工作，完成工程進(jìn)度基本數(shù)據(jù)的生成。應(yīng)用傳統(tǒng)的WBS方法，確定各個(gè)階段的任務(wù)。根據(jù)施工任務(wù)和施工時(shí)間確定初步施工進(jìn)度表，以生成甘特圖。此類(lèi)操作在Microsoft Project 等項(xiàng)目管理軟件中完成。

(二)BIM技術(shù)工程進(jìn)度計(jì)劃編制

1.基于BIM技術(shù)的工程進(jìn)度管理軟件

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度不再基于傳統(tǒng)的手工繪圖，而是項(xiàng)目進(jìn)度由計(jì)算機(jī)直接生成。當(dāng)前管理軟件廣泛用于建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度表的制作，如Microsoft Project。根據(jù)項(xiàng)目工作的工作時(shí)間和施工過(guò)程的要求，直接生成施工項(xiàng)目的施工進(jìn)度。

2.工程進(jìn)度計(jì)劃編制

首先應(yīng)收集工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)信息，明確每一項(xiàng)子項(xiàng)目的具體要求。根據(jù)項(xiàng)目要求，建立項(xiàng)目任務(wù)列表。確定項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程是在WBS 的指導(dǎo)下完成的。基于實(shí)際工程項(xiàng)目的要求，分解工作結(jié)構(gòu)，建立相關(guān)的任務(wù)列表。向 Project 輸入任務(wù)的建立的方法有以下幾種：第一，工程項(xiàng)目整體考慮，基于任務(wù)計(jì)劃的先后次序建立任務(wù)列表；第二，直接添加任務(wù)，先列出重大任務(wù)，忽略工序的安排和相關(guān)的任務(wù)項(xiàng)目的分類(lèi)等，隨后，再對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行歸類(lèi)和工序的調(diào)整，生成任務(wù)列表；第三，首先對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分類(lèi)，然后根據(jù)項(xiàng)目的主要和次要關(guān)系生成項(xiàng)目任務(wù)列表。

在上一步驟的基礎(chǔ)上就可建立任務(wù)大綱。隨后定義項(xiàng)目 WBS 編碼，定義WBS也可以與創(chuàng)建任務(wù)列表同時(shí)進(jìn)行。制定建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度表。將每個(gè)任務(wù)需要的人力、設(shè)備等資源導(dǎo)入到任務(wù)列表中。這一項(xiàng)工作在Project中完成。編制全面的施工項(xiàng)目進(jìn)度表。這一項(xiàng)任務(wù)的主要作用是將工期、工序之間的關(guān)系明確，有益于加快項(xiàng)目進(jìn)度、提高項(xiàng)目施工效率。

(三)BIM技術(shù)進(jìn)度計(jì)劃在施工階段的優(yōu)化及調(diào)整

1.進(jìn)度信息采集平臺(tái)的建立

項(xiàng)目施工過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位在施工各個(gè)階段、各個(gè)部門(mén)均可以及時(shí)信息交流，在施工過(guò)程初始階段建立進(jìn)度信息采集平臺(tái)：該平臺(tái)使用建筑信息模型來(lái)集成和更新建筑數(shù)據(jù)信息，協(xié)助項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行有效的項(xiàng)目管理。平臺(tái)基于施工前和施工實(shí)施過(guò)程中分為BIM模擬系統(tǒng)和BIM真實(shí)系統(tǒng)2個(gè)部分；根據(jù)建筑信息的層次，分為模型層，控制層和應(yīng)用層。

2.BIM真實(shí)模型的應(yīng)用

將BIM模擬信息模型中建筑構(gòu)件的屬性和材料數(shù)據(jù)與實(shí)際項(xiàng)目購(gòu)買(mǎi)的建筑構(gòu)件信息進(jìn)行比較。將 BIM模擬模型中的建筑構(gòu)件與真實(shí)建筑構(gòu)件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，并把 BIM模擬模型中的建筑構(gòu)件基于實(shí)際工程構(gòu)件信息進(jìn)行替換，便得到實(shí)際項(xiàng)目的構(gòu)件，最終生成 BIM真實(shí)模型。通過(guò)BIM真實(shí)模型的視圖板塊，可以直接顯示實(shí)際工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度，在項(xiàng)目技術(shù)交底與工程管理人員會(huì)議時(shí)進(jìn)行高效直接的溝通；同時(shí)，利用BIM真實(shí)模型與BIM模擬模型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)工程進(jìn)展的方向更好把控，對(duì)項(xiàng)目的預(yù)期、定位會(huì)更加準(zhǔn)確。項(xiàng)目完成后，修改 BIM真實(shí)模型中的數(shù)據(jù)信息使其可以表達(dá)實(shí)際工程項(xiàng)目中的的所有工程信息，并刪除在設(shè)計(jì)階段和施工階段輸入的額外更改數(shù)據(jù)。保存運(yùn)行和維護(hù)階段所需的必要建筑設(shè)備數(shù)據(jù)，生成項(xiàng)目竣工模型。可以使用竣工模型生成項(xiàng)目竣工圖紙等。

五、結(jié)論

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理方法難以滿足日益復(fù)雜的項(xiàng)目工程管理的需要。由于BIM技術(shù)具有對(duì)項(xiàng)目模型數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的整合的特點(diǎn)，符合了現(xiàn)在建筑行業(yè)面對(duì)復(fù)雜超高層等高新技術(shù)項(xiàng)目的建設(shè)需求。BIM技術(shù)在我國(guó)尚未普及，無(wú)法形成專(zhuān)業(yè)，成熟的BIM技術(shù)應(yīng)用體系。相信隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理方面的應(yīng)用會(huì)更深入更廣泛，助力施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的項(xiàng)目管理，提高其獲利水平。