基于BIM 技術的建筑工程施工進度預測

李靜靜

（石家莊職業技術學院建筑工程系，河北 石家莊 050000）

0 引言

工程建設對經濟發展起到重要促進作用，工程目標按規劃預期實現，是發揮經濟和社會效益的關鍵[1]。建筑工程建設是極度動態變化的過程，建筑工程呈現出工作量大、周期長的特點，由于施工過程復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。現代建筑工程的目標越來越嚴格與復雜，項目設計多表現為大規模和大跨度的建筑，附加信息也種類繁多，施工工作中的不確定性和風險也隨之增大[2]。但是建筑工程常表現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，實現高效管理與控制，是建筑工程施工面臨的主要問題。在施工進度管理中，應用BIM 技術可以對施工進度進行管理與預測，模擬與展示工程進度和成本，為建筑施工提供了強大的信息技術支持[3]。本文基于BIM技術對建筑工程施工進度預測進行研究，準確有效預測整體施工進度，對后續工作進行動態指導，有效控制施工進度。通過本文的研究，進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用范圍，有助于提升我國建筑工程信息化管理水平。

1 構建施工準備階段進度預測模型

為量化分析影響施工進度的不確定性因素，真實反映實際工程中的條件變化[4]，構建建筑工程施工進度預測模型。

1.1 確定施工工期

首先確定施工工期，可使用網絡計劃系統進行計算[5]。首先將工程分解為若干分部工程，用網絡圖來表示工作間的連接關系，如圖1 所示。

圖1 網絡計劃圖

分別計算出工作時間參數，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，進而得出整個工程實施的關鍵路徑和施工工期。為實現自動顯示每一項工作的6 個時間參數，并自動識別網絡計劃的關鍵工作，使用最短路算法，計算1 個節點到其他節點的最短路徑，以起始點為中心向外擴展，直到終點為止，按路徑長度選出最優解。

使用網絡計劃計算，可以確定6 個時間參數，量化、細化工程量，有利于控制施工進度，科學掌握每一工作時間準確度[6]。

1.2 設計整體進度可靠性預測模型

考慮整體施工網絡計劃存在多種影響因素，建立進度可靠性預測模型[7]。首先建立影響因素隨機變量，考慮相互獨立和具有關聯性的2 種不同情況，構建目標工期和工期偏移矩陣，進而得到整個施工預測進度矩陣。

為預測整體施工進度，需要對局部進度實施控制[8]，設定 T1，T2，…，Tm分別表示各施工節點的局部進度，則施工瞬時進度向量可表示為：

兩個獨立的影響因素xi和xj對應的獨立進度預測變量 TY（i）和 TY（j）表示為：

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

本文構建的施工進度預測模型，通過定量分析，簡化了工程進度預測的計算，可應用于大型復雜施工項目，有利于提高預測效率和準確度，提升建筑工程施工管理水平。

2 基于BIM 技術的施工進度動態預測

在建筑工程施工階段，針對實際建筑工程需求，運用BIM 技術對施工進度進行動態控制與預測，以實現數據管理的便捷性，對進度進行實時跟蹤與檢查，直觀顯示預測的可靠性，及時調整施工方案。因此本文為實現施工動態控制與進度預測，利用BIM 技術構建模型，設計施工進度動態預測模塊，來提升施工可靠性。

2.1 設計進度監控模塊

根據編制好的施工進度計劃，對每個時段的工程量進行統計，計算出計劃完成和實際完成工程量，對這2 項數據進行對比，得出評價指標：進度偏差值。在施工進度控制過程中，一旦進度偏差超過可靠性區間，就會發出預警信號，以便針對性地采取措施。

除了通過計算施工工程量偏差值進行預警外，還需要針對不同單元工作，基于BIM 技術基礎上，對施工持續時間進行定量分析，以實現精確的進度動態控制，以保持施工工程的持續進行。為計算施工持續時間，先根據各單元工作的自身因素進行分析，確定單元工作的質量、進度與成本三者不同權重的效用函數。將當前進度下的計劃施工持續時間記為td，d，該條件下的效用記為ud，正常情況下根據計劃時間tj的效用表示為uj，則存在以下3 種情況：ud＞uj，施工進度按有利方向進行；ud=uj，施工進度與計劃工期相等；ud＜uj，施工進度朝不利方向進行。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度完成。

2.2 設計進度動態預測模塊

在建筑工程施工進度可靠性控制中，當實際進度與計劃發生偏離時，需要及時對進度計劃作出調整，由于后續施工過程中依然存在不確定因素的影響，因此還應判斷動態計劃時間td的可靠性。設當前施工進度的預測施工持續時間為te，計算公式可表示為：

式（3）中，n 表示單元工作已持續進行的天數，d；t 表示施工準備階段通過網絡計劃算出的預測施工時間，d；tj表示單元工作計劃施工持續時間，d。同理，考慮不確定因素的影響，可以得到動態預測持續時間的效用ue。將ud與ue進行比較，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。調整后一天的施工計劃，以此來達到動態預測與控制，滿足施工工程對進度的要求。

本文從施工準備階段和施工過程2 個方面，對施工進度進行動態預測與控制，將進度預測模型與BIM 技術相結合，提高施工進度預測與管理水平。

3 實驗結果與分析

為驗證本文設計方法的有效性，以某建筑工程為實驗背景，對BIM 技術的施工進度預測效果進行驗證。施工進度計劃網絡路線由5 項工作組成。

3.1 影響度隨機性分析

在施工進度網絡上，結合歷史資料與本建筑工程實際情況，假定每項單元工作的隨機影響度ε 服從正態分布，計算得出ε 的分布及概率，計算結果見表1。

表1 隨機影響度分布與概率計算

3.2 整體進度預測分析

由于εi具有隨機性和服從正態分布，因此每個單元工作的預測進度TYi也具有隨機性和服從正態分布。根據表1 的相關數據，計算TYi的期望和方差，計算結果見表2。

3.3 施工進度控制

該工作預測持續時間為14 d，計劃施工時間為12 d，在第6 天時，通過BIM 進度控制軟件統計的情況見表3。

表3 施工第6 天軟件統計及控制進度

通過對以前工程的統計分析，該單元最長工期為15 d，設計動態計劃時間為13 d，得到動態效用值ud=1.018 9，表示按當前施工狀態完成時的效用。持續時間對應的效用指數Rd=0.542 3。由于控制效用值uk=1，說明此時施工進度可以被接受。動態預測施工時間的效用ue=1.021 3，ue＞uk，偏離值S=0.002 3，說明施工預測與控制情況較好，因此不需要另外采取措施保證進度。

綜上，本文設計的預測方式有效可靠，適合于實際建筑工程應用。

4 結語

本文通過對建筑工程施工進度的預測進行研究，引入定量分析法，采用BIM 技術設計預測與控制模型。實驗結果表明，該方法具有一定準確性，可有效預測并控制施工進度，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。由于影響施工進度的因素十分復雜，后續應進行深入分析與研究，更好地完善進度預測和控制體系，進一步促進建筑工程施工的發展。