基于信息技術的智慧施工進度管理研究

孫濤，李長江，夏凡，李和濤，劉蘭波，羅文詢

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 我國傳統施工過程問題

我國傳統建筑行業在施工過程中存在明顯問題，如因為施工現場人員密集、現場管理比較混亂，導致建筑行業生產效率較低。同時，經濟增長方式粗放、勞動力密集、欠缺自主創新能力等問題較為明顯。在施工項目中可以發現進度管理水平隨著新興技術的飛速發展與理論探討已經獲得了很大進步。目前，許多施工項目不僅制定甘特圖、網絡圖等進度計劃，也有糾正偏差的預備和相關措施。如圖1以廣東省人大常委會機關辦公樓施工進度計劃網絡圖為例。但是，這種整體進度管理方式，經常會引起與實際情況偏離的很多問題，導致實際業務流程延遲。偏差問題不僅影響時間成本和經濟成本，還影響建設質量和整個項目的經濟效益、社會效益。因此，將最新的信息技術應用于建設進度管理，有利于提高目前建筑施工過程中的總體進度管理水平。

圖1 傳統施工進度計劃網絡圖舉例

2 進度管理與智慧施工理念

建設項目的進度管理指為了完成工程項目而設立的進度目標、進度計劃，并采取各種有效措施確保進度計劃的實現。制定的計劃包括所有層面的一般計劃和詳細計劃。

規劃參數化和規劃控制是項目規劃管理的基本內容。項目時間表的編制是指項目必須在一定期限內按時完成的規定，因此時間表的編制是非常基本和重要的。在制定時間表的過程中，不僅要降低施工成本，還要在設計過程中最大限度地提高施工設施的質量。進度計劃控制是在按照進度計劃施工的過程中，需要動態檢查項目的實際進度是否達到要求，并且是否出現了實際施工與計劃不同的情況，發現了需要及時對進度偏差進行糾正，保證項目能夠按時完成。

項目進度計劃是項目能夠順利按照預期標準完成的重要保障。目前，除進度計劃的順利開展，還要編制詳細計劃，比如勞動需要計劃、資金需求計劃等。項目的動態監測是指在項目進行到關鍵時刻時需要進行進度跟蹤、收集實時進度信息，并進行進度計劃內容的對比。在項目進度計劃設置完成后，需要將計劃內每一環節的工序做到更加細致和詳細地安排，雖然在編制過程中會盡量避免某些因素的影響，但在實際施工過程中依舊會遇見許多不可抗力和不測事態，在預定計劃的執行過程中容易發生偏差，管理者有必要在規定時間內發現問題和偏差，并采取適當措施。日程管理是對項目實際進展狀況進行檢查、比較、分析、修正的一系列活動，確保項目在確定日程內得以達成[1]。

3 基于新興信息技術的智慧施工與施工項目進度管理

信息化時代下的智慧施工需要借助互聯網、大數據、AI和云計算等其他技術，其最大特點是運用新興信息技術，由勞動密集型建設向技術密集型建設轉型。

智慧施工中的智慧是科學技術革新帶來的工具變革下的概念。具體來說，智能施工的智能經歷建設物聯網、云計算、大數據、人工智能和無線通信網絡、智能控制系統等裝置，適應新的信息技術的應用，整合技術協作系統工具特有的技術革新合作狀態下的制造方法（見圖2）。

圖2 智慧施工特性圖

為實現智慧施工進度管理任務，通常采用Project管理軟件和Revit軟件進行進度構建與計劃編制。Project主要創建進度計劃[2]。首先，為了收集大量關于項目的信息，將工作結構分解，將獲得的信息轉換為任務列表，并制定初始計劃。在明確項目的任務、制定時間表之后，為了完成任務，就需要分配資源。為了提高制定進度計劃的精度，有必要在編制過程中使各個環節和層面的資源相對應。在實施項目任務之前為了避免資源超載和工作過度或資源浪費，有必要事先明確在規定時間內是否合理分配了資源。一旦將人力、物力和機械資源分配到任務中，規劃項目期間的邏輯關系和任務依賴性就會反映在資源統計表和資源目錄中。資源輸入表和資源使用表分配的資源時間和使用情況。完成任務，分配資源，確認日程。在任務實施前，要在計劃的時間內分配資源，重新審視擬定好的日程，確認項目的任務范圍、成本(資源)、日程(時間)。需要調整時，根據實際情況調整，項目的日程繼續進入實施階段。

時間表和成本是相互關聯的，而且為確保項目的質量，時間表應該盡可能低。項目費用主要由人力、材料、機械資源及其他與工作相關的費用造成。將作業的固定成本和單位資源成本作為計劃成本的起點。一旦任務完成并匹配了資源，軟件就可以估計整個項目的成本。當費用不能滿足預算要求時，應調整項目計劃或資源計劃。

隨著我國建筑行業的快速發展，建筑行業的相關技術和管理水平不斷得到改善。雖然有理論和技術的支持，但工程進展緩慢、難以完成工期的現象依然時有發生。我國建設項目進度管理存在影響因素眾多，進度管理難以涵蓋所有因素的問題。資本、勞動、材料、機械工具、技術因素、環境因素、政治、經濟、自然風險因素等資源因素，以及最廣泛的人力因素都會對日程管理產生影響。因此，活動前的日程管理很難綜合進行，活動中的日程管理跟不上，活動后的應急處理也不充分。建設項目日程計劃的擬定，甘特圖、網絡計劃、項目等的技術支持，依然依賴于項目經理的經驗。工期施工必然導致日程計劃的制定不合理。

另外，網絡計劃是面向專業人士的，非專業人士通常不能有效理解其內涵，這不利于工作人員對項目進度進行跟進。另外，基于網絡計劃，分解各過程的邏輯關系和時間的確立需要根據工作經驗。在執行計劃的過程中，由于各種各樣干擾因素的存在，經常會出現不能按照當初的計劃進行，背離當初計劃的現象，然后調整日程。由于按照進度計劃的工作量，工作人員可能在實際工作中需要調整的任務繁多，再加上調整時期比較有限，缺少一定的彈性。

建筑項目往往參與的單位眾多，交涉內容復雜，容易溝通和協調不充分。在項目的建設過程中，政府機關、甲方乙方、第三方、現場建設相關人員等都需要全部參與工程建設。建設單位也需要和其他單位合作。有關參與單位要搞好溝通和協調。設計單位的設計變更應及時反饋給施工單位，如有延誤或時間變更，容易影響業主單位進行進度付款。材料供應商供應及時，特定施工人員的質量也會影響施工。日程、質量、成本是相互限制的。日程、成本、質量就像三角形的三條邊，一條邊改變了，其他兩條邊也會改變。提高進度意味著增加勞動力、機器和其他資源的投入，也有可能導致質量低于標準。達到一定目標必須是一定時間、費用和質量之間平衡的結果。然而，由于工程實踐缺乏相關的技術指南，對某些質量和成本的估計是困難的。隨著進度的不斷接近，一些建設單位會毫不猶豫地增加成本或興建豆腐渣項目進行進度競爭，一旦發現這種情況，就會返工，進入惡性循環。這不僅不能實現目標而且使成本增加[3]。

4 施工進度模擬與實時施工模型

現有的進度管理理論是結合BIM與互聯網、計算與4D技術進行了融合交互的進度管理信息模型。在進度管理過程中，應用各種新信息技術，確保建設項目在規定期限內達到預期目標。特別是使用RFID技術進行實時信息收集，如圖3所示，可以有效解決實時跟蹤問題。普及計算可以處理所收集的信息，收集信息并將其傳輸到BIM模型中，以進行實時進度跟蹤。以實施部分與計劃進度進行三維比較，可以明顯發現偏差并早日糾正。同時，并未進行施工的部分項目可以做4D模擬，以施工部分作為參照，為后續施工做樣本參照。

圖3 RFID技術信息收集順序

BIM為Building Information Model‐ing，即建筑信息模型。我國對建筑信息模型的研究和發展起步較晚。但是在某些項目中不同程度的使用了BIM，如上海中心大廈，因為建筑項目的結構復雜，需要參考了解的信息較大，同時交涉單位眾多，按照傳統的施工理念容易發生信息偏差，采用BIM技術，利用Revit建立信息模型，并對完成部分不斷修改和加工。

現有的日程管理技術手段存在局限性，難以改善，妨礙了日程管理提高效率，無法充分滿足以效率為目標的日程管理需求。隨著BIM的出現，結合現有技術和方法引入日程管理，拓寬了建設項目日程管理的技術途徑，大大減輕了日程管理中存在的問題。但是，在我國，BIM技術幾乎都處于研究階段，實際應用于項目的階段僅限于設計階段，因此還需要進行更詳細地的研究（見圖4）。

圖4 BIM技術應用在設計階段舉例

通過構建進度信息收集平臺，結合以往的進度跟蹤、檢查方法，可以實現基于BIM的進度跟蹤、檢查。建設管理者使用BIM調度管理功能模塊，掌握和調整項目的進度信息，如項目的形象進度率、實際完成時間、實際消耗的資源數量等。基于BIM的日程調整的實施步驟如下所示：

①施工管理負責人提前調整日程，修改BIM施工模型；

②在調度管理系統中，根據調整后的調度計劃，對BIM模型中的鏈路關系進行修改，重新進行建設模擬；

③通過新建模擬，分析調整后的建設計劃，建設工作面是否合理，建設順序是否錯誤等問題；

④對不同的建設進度調整計劃進行比較分析，選擇最合理的建設計劃，根據新的建設計劃和資源需求計劃對未完成的工作進行重新調整。

5 事前、事中、事后質量控制

基于BIM4D技術的施工進度優化通過在項目施工BIM三維實體的規劃文件中添加信息的時間、資源和成本，對施工過程進行動態模擬演示和安排。同時，在施工過程中，需要注意資源配置合理、場地布置等問題。當發現安排有不合理之處，需要工作人員根據BIM4D模擬的結果進行手動調整和優化。構建資源優化包括通過BIM4D構建模型，對每個流程的相應工作內容進行模擬構建，并對BIM模型的三個信息、構建時間表和資源需求進行相應修改。通過對日歷信息的持續調整和可視化施工模擬，選擇資源配置最優的施工日歷方案，確定最優方案下的關鍵路線。同時，可以制作該方案下整個施工過程的視頻模擬，指導現場施工。