基于BIM技術(shù)的施工階段多維度資源動態(tài)管理系統(tǒng)

邵昭

(延安職業(yè)技術(shù)學院 農(nóng)林與建筑工程系,陜西 延安 716000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國的建筑工程在建造方式和施工方法上也在與時俱進，一批批大型甚至特大型建筑不斷涌現(xiàn)，這些大型建筑往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工參與方眾多，施工協(xié)調(diào)性要求高，施工難度大，因此施工過程中對施工資源的管理難度極大[1-3]。

BIM(Building Information Model，建筑信息模型)作為一種建筑信息共享、施工協(xié)同管理平臺，為大型建筑信息化施工提供了極大便利[4]，同時BIM技術(shù)與云計算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等現(xiàn)代計算機技術(shù)的結(jié)合使建筑施工的多維度資源動態(tài)管理相得益彰。Lova等研究了工程項目全生命周期中BIM的經(jīng)濟效益，認為BIM技術(shù)以信息共享的方式最大效率利用資源[5]；Jung通過文獻查閱的方式，在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上開發(fā)了綜合BIM軟件，用以指導(dǎo)施工中資源管理并取得了一定成效[6]；Greva通過BIM中標準的制定，研究了施工資源信息的集成[7]；馬志亮等研究了BIM模型中國際IFC標準的執(zhí)行方法，并從施工資源控制出發(fā)，提出了項目成本控制方法[8]；王又群將BIM技術(shù)與施工管理的三大任務(wù)結(jié)合，并著重分析了施工中工程量的動態(tài)管理[9]。

從目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀看，關(guān)于BIM技術(shù)的研究主要集中于模型建設(shè)和成本控制，并且將BIM模型中各類資源分開控制，忽略了項目施工中的動態(tài)性和各種資源在動態(tài)施工中的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性，這種信息管理手段與實際施工存在一定差距。因此本文從施工階段資源的關(guān)聯(lián)性出發(fā)，將BIM中三維模型與施工進度信息與預(yù)算信息相互關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了資源的動態(tài)管理，最后以某小區(qū)內(nèi)幼兒園建設(shè)為例，研究了多維度資源動態(tài)管理系統(tǒng)的工程應(yīng)用。

1 多維度資源動態(tài)管理系統(tǒng)

施工階段多維度資源動態(tài)管理指以BIM中的三維模型為基礎(chǔ)，通過WBS(Work Breakdown Structure，工作分解結(jié)構(gòu))方法，利用BIM中模型的分解，實現(xiàn)建筑施工階段資源計劃及消耗、施工成本分析與控制的信息資源管理方法。

1.1 施工多維度資源模型建立

1.1.1 資源模型架構(gòu)

施工資源多維度信息模型包含基本信息、進度信息和預(yù)算信息三部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 施工資源信息模型結(jié)構(gòu)

基本信息是BIM中三維模型的擴充，根據(jù)施工特點增加項目類型信息、工程材料信息、建筑物幾何信息、工程量信息及其他屬性信息。進度信息是利用WBS手法，將BIM基本信息與施工進度信息相互關(guān)聯(lián)，因此在進度管理中作為基本信息和進度信息銜接的紐帶，WBS方法顯得尤為重要，工作分解的質(zhì)量直接決定了項目進度把控程度[10]。項目預(yù)算信息的基礎(chǔ)是項目三維模型信息，通過模型中構(gòu)件的拆分計算工程量，在所得工程量基礎(chǔ)上根據(jù)定額信息計算人、材、機的消耗，得到項目的預(yù)算信息。施工資源信息模型是以BIM基本信息模型為基礎(chǔ)，利用WBS手法建立進度、預(yù)算、三維模型三者的有機統(tǒng)一，通過對模型中建筑物構(gòu)件信息的把控，實現(xiàn)施工資源動態(tài)管理。

1.1.2 WBS分解

相關(guān)研究表明，WBS工序節(jié)點的存在于資源管理之間不是孤立存在的，二者在資源配置中會按照一定的規(guī)則機制形成對應(yīng)的邏輯關(guān)系[11]。工序資源任務(wù)分解分為3步。從一些定額的定制原理可以發(fā)現(xiàn)，定額的制定基礎(chǔ)是WBS分解的節(jié)點，單個節(jié)點在同一種定額規(guī)則中對應(yīng)一個或多個定額項目。因此WBS分解的第一步是建立節(jié)點與定額間的對應(yīng)關(guān)系，為了提高關(guān)聯(lián)效率，有必要將施工階段不同但節(jié)點內(nèi)容相同的節(jié)點進行歸類，形成資源模板，以降低資源模板數(shù)量，提高節(jié)點和施工定額的關(guān)聯(lián)效率，工序資源任務(wù)分解如圖2所示。

圖2 工序資源任務(wù)分解

第二步是以節(jié)點為依據(jù)，將項目的定額目錄分解成以工序節(jié)點為單位的工序資源模板。第三步是在第二步的基礎(chǔ)上建立工序節(jié)點和工序資源模板的關(guān)聯(lián)。

1.1.3 系統(tǒng)內(nèi)項目預(yù)算模式分析

項目的預(yù)算是以項目的工程量清單為基礎(chǔ)[12]，在三維模型中能顯示構(gòu)件的尺寸信息并進一步統(tǒng)計工程量，在此基礎(chǔ)上按照定額信息、分部分項工程費、項目措施費用、其它費用及費率幾項。為了實現(xiàn)預(yù)算資源的動態(tài)管理，必須將預(yù)算信息與三維模型及WBS節(jié)點信息關(guān)聯(lián)，其關(guān)聯(lián)模式如圖3所示。

圖3 預(yù)算信息關(guān)聯(lián)模式

通過關(guān)聯(lián)模式實現(xiàn)信息動態(tài)施工信息實時共享，通過對共享信息的分析處理達到預(yù)算資源的動態(tài)管理。

1.2 系統(tǒng)資源管理功能模塊分析

施工階段多維度資源動態(tài)管理打破了以往按照施工日期劃分的工程進度管理和成本控制方式[13]，實時采集施工階段信息并在BIM模型中將信息共享，利用系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)特性實現(xiàn)項目進度和預(yù)算信息的實時動態(tài)管理，系統(tǒng)動態(tài)管理包括工程量動態(tài)查詢、施工資源動態(tài)管理、成本動態(tài)控制管理。

工程量動態(tài)查詢的時間單位是天，通過進度信息和系統(tǒng)模型的關(guān)聯(lián)，可查詢計劃工程量、計劃進度、實際工程量和實際進度[14]，其原理如圖4所示。

圖4 動態(tài)查詢

首先找到WBS方法中當日完工節(jié)點，通過模型中的構(gòu)件信息查詢構(gòu)件進度計劃及計劃工程量，通過實際工程量、實際進度與計劃工程量、實際工程量的對比繪制進度曲線和工程量累計曲線。

施工資源動態(tài)管理是根據(jù)施工進度計劃、實際進度、工作節(jié)點分解情況，可根據(jù)已完成工程量動態(tài)計算下一時間節(jié)點的資源需求計劃。資源動態(tài)管理打破了傳統(tǒng)的施工組織設(shè)計靜態(tài)資源管理的弊端，能夠根據(jù)工程實際進度合理調(diào)配資源，根據(jù)實際情況更改施工組織設(shè)計。施工資源動態(tài)管理過程如圖5所示。

圖5 施工資源動態(tài)管理過程

根據(jù)WBS分解的施工節(jié)點，確定項目的實際進度，并利用關(guān)聯(lián)特性查找節(jié)點之前相關(guān)構(gòu)件的信息，計算人、材、機消耗量，并用資源單價乘以預(yù)算用量得到資源計劃成本。

成本動態(tài)控制管理的基礎(chǔ)仍然是WBS方法分解的節(jié)點[15-16]，首先用BIM的關(guān)聯(lián)模式查詢節(jié)點的工程構(gòu)件信息重點依據(jù)三維模型查詢構(gòu)件的工程量信息，依據(jù)工程量信息根據(jù)清單計算節(jié)點之前的人、材、機消耗情況，并根據(jù)實際進度和計劃進度情況，分別得到計劃進度預(yù)算成本、實際進度預(yù)算成本、實際進度消耗成本，其原理如圖6所示。

圖6 成本動態(tài)控制管理

最后利用掙值分析法計算實際成本與預(yù)算成本的差距，對已完成工作進行評價并在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對成本預(yù)測分析，根據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整施工組織設(shè)計。

2 應(yīng)用案例分析

施工多維度資源動態(tài)管理系統(tǒng)開發(fā)完成后以某學校為例，將系統(tǒng)應(yīng)用于工程建設(shè)中。首先通過Revit軟件建立了項目多維信息模型，利用WBS分解方法對項目進行了節(jié)點分解，利用上文的資源動態(tài)管理系統(tǒng)對工程中各節(jié)點工程進度、工程量、資源消耗及施工成本進行動態(tài)查詢和管理。

2.1 項目概況

某學校為濟南市某小區(qū)內(nèi)的幼兒園配套設(shè)施，小區(qū)內(nèi)共有建筑16棟，該工程為第13棟，建筑高度10.85米，建筑面積2 724.7平方米，建筑物為普通鋼筋混凝土三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度8度，建筑物場地類型為2類。

2.2 多維度資源動態(tài)管理系統(tǒng)應(yīng)用

2.2.1 多維度資源模型建立

系統(tǒng)應(yīng)用的第一步是在施工前建立學校BIM模型，如圖7所示。

圖7 學校BIM模型

模型建立完成后通過WBS方法對建筑結(jié)構(gòu)按照節(jié)點進行項目分解，并以節(jié)點為依據(jù)實行施工進度信息動態(tài)管理，通過三維模型中構(gòu)件的特性生成項目的工程量清單。

2.2.2 工程量查詢

工程量動態(tài)查詢界面如圖8所示。

圖8 工程量動態(tài)查詢

該查詢界面顯示了一天內(nèi)人、材、機的當日計劃投入、當日實際投入情況，系統(tǒng)的統(tǒng)計功能還可對每日工程量信息累加，查詢累計工程量消耗。通過計劃工作量與實際工作量的對比，可準確掌握現(xiàn)階段各項材料的消耗及材料單價，對于施工單位定制采購計劃提供了參考依據(jù)。

2.2.3 工程進度管理

施工資源動態(tài)管理是以WBS分解的節(jié)點為基礎(chǔ)，施工過程中對項目進度采取日記錄方式錄入BIM模型系統(tǒng)，并用不同顏色區(qū)分節(jié)點狀態(tài)，其應(yīng)用過程如圖9所示。

(a)項目實際進度

圖9(a)為項目實際進度情況，圖9(b)為BIM模型中項目進度，其中綠色部分為已完成節(jié)點，黃色部分為施工進行中節(jié)點，最后結(jié)合項目的定額信息得到項目資源消耗信息，如圖10所示。

圖10 項目資源消耗信息

根據(jù)消耗信息結(jié)合進度計劃部署人、材、機。

2.2.4 施工成本管理

成本動態(tài)控制管理的依據(jù)是按照一定周期進行施工進度核對的建筑物節(jié)點。以指定時間點為時間參考根據(jù)模型中構(gòu)件的參數(shù)信息和定額信息，以節(jié)點為單位按照掙值分析法得到項目的預(yù)算成本、實際成本以及成本偏差，并根據(jù)現(xiàn)有成本信息預(yù)測總成本，系統(tǒng)中生成的成本動態(tài)控制界面，如圖11所示。

圖11 成本動態(tài)控制管理

系統(tǒng)能根據(jù)前文中工程量及進度管理，按照成本管理計算方法自動對各個時間節(jié)點成本考核，繪制成本曲線，對于未發(fā)生的預(yù)測成本，圖中虛線部分代表從當前成本分析中對未來成本的預(yù)測。

3 總結(jié)

在信息技術(shù)應(yīng)用日益成熟的今天，如何將以計算機為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到建筑工程尤其是大型建筑工程的施工過程管理中，以提高建筑工程的施工效率和管理水平，最大化為建筑項目增值，是我國建設(shè)部門和相關(guān)施工企業(yè)面臨的難題。本文以BIM軟件為基礎(chǔ)，將建筑物三維模型利用WBS方法分解，得到了以節(jié)點為單位的建筑物施工進度信息，根據(jù)現(xiàn)場施工和模型構(gòu)建實現(xiàn)了施工進度的動態(tài)管理，通過將定額信息與三維模型的關(guān)聯(lián)在工程量清單基礎(chǔ)上實現(xiàn)了人、材、機和施工預(yù)算的動態(tài)管理，最后將多維度資源動態(tài)管理用于某小區(qū)內(nèi)幼兒園配套工程的建設(shè)中，結(jié)果表明該系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)施工進度和施工預(yù)算的動態(tài)管理。