基于BIM 4D技術(shù)的EPC項目施工進度管理模型研究

文／馬語晗 江西科技師范大學 江西南昌 330000

萬蕓 江西科技師范大學 江西南昌 330000

林楦焜 中國一冶集團有限公司 江西南昌 330000

引言：

EPC 模式又稱施工總承包模式，即設計-采購-施工模式。EPC 項目的進度管理是一次性、全過程、全方位的動態(tài)管理，且進度管理在EPC 項目管理體系中處于協(xié)調(diào)、帶動其它工作的龍頭地位，而施工階段的進度管理更是決定EPC總承包項目成敗的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)階段，施工總承包模式普遍存在進度計劃的制定不合理、內(nèi)容不全面、執(zhí)行不到位的現(xiàn)象，這導致施工總承包方在施工進度管理過程中存在各分包商進度不協(xié)調(diào)、工作分工混亂、應急處理不及時等問題。近年來，BIM (Building Information Model 建筑信息模型)技術(shù)的出現(xiàn)和不斷完善，為施工總承包方的施工進度管理提供了一種新型方式。該技術(shù)一經(jīng)問世，即被眾多國內(nèi)外和知名建筑師稱為繼 CAD 之后的第二次“革命性”技術(shù)。應用BIM 4D技術(shù)能夠優(yōu)化進度方案、完善資源配置，提高經(jīng)濟效益。本文對基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理建立成熟度模型，以期驗證BIM 4D 技術(shù)的應用效果。

1、BIM 4D 技術(shù)在EPC 項目施工進度管理中的應用

1.1 應用思路

1.1.1 創(chuàng)建建筑模型

合理的三維模型可以方便后期工程建設。利用Revit 進行三維模型的建立，將建好的三維模型導入Navisworks 中進行碰撞檢驗，對碰撞節(jié)點進行修改，最后進行漫游檢查。

1.1.2 建立施工過程模型

在BIM 3D 模型的基礎上加入時間維度構(gòu)成BIM 4D的模型。將建筑結(jié)構(gòu)劃分為整體項目、單項工程、單位工程、分部工程、分項工程等多層節(jié)點，使得BIM 3D 模型與WBS 分解的階段一一關(guān)聯(lián)，利用Microsoft Office Project編制進度計劃，并將施工進度計劃與BIM 3D 模型導入到Navisworks 進行施工進度模擬[1]。

1.1.3 建立四維信息模型

BIM 技術(shù)將工程項目施工進度管理從二維的進度計劃升級為四維動態(tài)的施工模擬，促進了施工進度管理工作的標準化、精細化和科學化。四維建筑信息模型通過施工過程模擬生成動態(tài)圖像，施工人員就可以實時監(jiān)測，當進度、勞動力、材料、機械臺班等出現(xiàn)偏差時，能及時更改原先設計好的模型。四維信息模型可以實現(xiàn)各專業(yè)間的信息共享，避免了信息不統(tǒng)一的問題，以保證工程順利進行，提高工程整體質(zhì)量。

1.2 應用方向

1.2.1 優(yōu)化資源，進行科學的作業(yè)分配

依靠經(jīng)驗的施工進度管理難以實現(xiàn)規(guī)范化和精細化的管理，而應用BIM 技術(shù)可以查看工程的真實信息，并利用其可視化特點進行模擬優(yōu)化，使得管理者可以結(jié)合工程中出現(xiàn)的材料浪費、物資采購、質(zhì)量缺陷、安全管理等多因素進行作業(yè)分配，主動進行資源的優(yōu)化配置。

1.2.2 實時糾偏和動態(tài)的進度管理

建筑工程項目具有一次性、動態(tài)化的特點，因此需結(jié)合工程實際優(yōu)化已有的施工方案。傳統(tǒng)進度計劃的調(diào)整，是基于對前期施工數(shù)據(jù)的搜集分析，對后續(xù)進度計劃的獨立調(diào)整，與實際施工狀況相關(guān)性較差。而將BIM 4D 模型與實際施工進度進行比較，能夠直觀清楚地看到各項工作執(zhí)行情況，當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實際施工進度與施工進度計劃不相符時，可通過4D模型進行調(diào)整。并且導入已有的人力、物料后，BIM 技術(shù)能夠結(jié)合實際情況規(guī)劃施工安排，預測進度情況，若發(fā)生突發(fā)情況，模型也將進行動態(tài)的校正與調(diào)整[2]。

1.2.3 輔助施工管理階段，監(jiān)督施工全過程

BIM技術(shù)可以對周邊環(huán)境及整個施工過程中使用的人工、材料、機械等進行全方位的監(jiān)控。在施工開始前，利用BIM技術(shù)對周邊環(huán)境進行分析，從而選取道路寬闊、交通便利的地方擺放物料。在施工過程中，利用BIM 技術(shù)可以對作業(yè)人員、設備及物料進行實時跟蹤，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，可以立即通知相關(guān)人員及時處理。

2、BIM 4D 技術(shù)成熟度模型創(chuàng)建

2.1 基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理成熟度等級劃分

基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目成熟度模型是用來衡量施工總承包方應用BIM 4D 技術(shù)后施工進度管理方面的成熟度標準，將BIM 4D 成熟度模型理論應用到施工進度管理中，能夠定量評價管理者施工進度管理能力，并分析其薄弱環(huán)節(jié)，為其改善施工進度管理方法提供方向。

目標層、要素層、指標層是施工進度管理成熟度模型的主要結(jié)構(gòu)。要素層包括技術(shù)能力、管理過程、實施效益三個方面，通過指標層來表述要素層的各個要素，以此對施工進度管理能力做出一個綜合判定。本文將施工進度管理水平劃分為差、低、中、良和優(yōu)A、B、C、D、E 5 個等級，評分標準依次為1 分、2 分、3 分、4 分、5 分。如圖1所示。度等級

圖1 基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理成熟

2.2 基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理成熟度評價指標體系建立

針對BIM 4D 技術(shù)在EPC 項目施工進度管理中的應用，選取技術(shù)能力、管理過程、綜合效益這三方面建立成熟度評價指標體系。如表1所示。

表1 基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理成熟度評價指標體系

2.3 基于BIM 4D 技術(shù)的EPC 項目施工進度管理成熟度評價模型

應用模糊綜合評價法對成熟度評價指標進行定量評價?；静襟E如下:

(1)確定因素集

因素集B=[B1,B2,…，Bn]，表明評級對象有n 個評價因素。將要素層進行細化，得到指標層。因素層由要素層和指標層共同構(gòu)成[3]。

(2)確定評語集

通過專家打分，得到關(guān)于N 個指標的評價結(jié)果。

(3)確定評價指標的權(quán)向量

采用層次分析法確定評價因素的權(quán)重。

(4)單因素模糊評價

由指標層的權(quán)重向量Ai和要素層的判斷矩陣Ri得到被評價對象的判別向量Bi=Ai×Ri,由判別向量Bi和評分指標CT得到要素層各因素的評價結(jié)果Ui=Bi ×CT。

(5)多因素模糊綜合評價

由要素層評價結(jié)果Ui共同構(gòu)成的向量和要素層權(quán)向量W得到評級對象的綜合評價結(jié)果U=[U1,U2,…,Un]×WT。

3、案例分析

本文選取豫章中學新校區(qū)為驗證對象，應用建立的成熟度模型對EPC 項目施工進度管理過程進行評價分析。

3.1 確定成熟度模型指標權(quán)重

根據(jù)成熟度模型的邏輯結(jié)構(gòu)，將要素層的各要素依據(jù)其對目標層的重要程度進行兩兩比較，將指標層的各元素依據(jù)其對隸屬要素的重要程度進行兩兩比較，從而得到要素層、指標層的成對比較矩陣。本文選取10 名權(quán)威專家進行數(shù)據(jù)的收集和判斷各指標的重要程度，取平均值得到成對比較矩陣。各指標的權(quán)重通過對成對比較矩陣計算，確定矩陣的最大特征值及其特征向量，并對特征向量進行歸一化處理即可得到權(quán)向量。平均隨機一致性指標RI 標準值如表2所示，該成熟度模型指標權(quán)重如表3所示[4]。

表2 平均隨機一致性指標RI 標準值

表3 成熟度模型指標權(quán)重

3.2 單因素評價

根據(jù)管理團隊對BIM 4D 技術(shù)使用前后的施工進度管理水平打分，進行單因素評價。

B1(技術(shù)能力)=[B11,B12,B13]=[應用維度，BIM 技術(shù)人員能力，規(guī)范化、標準化程度]

模糊判斷矩陣r1:（使用BIM4D 技術(shù)前)模糊判斷矩陣R1:（使用BIM4D 技術(shù)后)

權(quán)重集A1=[0.2687,0.4104,0.3209]；

同理，可得出要素集其他因素評價值 ui，Ui

u2=3.850；U2=4.226；u3=3.301；U3=4.041。

單因素評價：該管理團隊在使用BIM 4D 技術(shù)后，管理過程的成熟度得分從3.850 分上升到4.226 分，綜合效益的成熟度得分從3.301 分上升到4.041 分，這兩方面管理水平均從中上升到良等級，產(chǎn)生了質(zhì)變，且綜合效益成熟度得分上升幅度最大，說明運用BIM 4D 技術(shù)可以使EPC 項目綜合效益大幅度提高。技術(shù)能力成熟度得分從3.565 分上升到3.966 分，雖然技術(shù)能力的成熟度得分得到了一定程度提升，但是并沒有產(chǎn)生質(zhì)變，說明存在以下可能：第一、管理團隊對BIM 4D 技術(shù)的運用不夠熟練或沒有選擇適合相關(guān)專業(yè)的建模軟件；第二、管理團隊沒有選擇統(tǒng)一的技術(shù)標準[5]。

3.3 多因素綜合評價

要素層權(quán)向量W=[0.3156,0.3826,0.3018]

u=[u1,u2,u3]×W^T=3.594;U=[U1,U2,U3]×WT=4.088

綜合評價：該工程在使用BIM 4D 技術(shù)后，施工進度管理水平綜合得分由3.594 分提升到4.088 分，從中等級跨越到良等級，產(chǎn)生了質(zhì)變，說明該團隊施工進度管理水平已較為成熟，項目綜合效益良好[6]。

結(jié)語：

綜上所述，EPC 項目施工進度管理成熟度模型是研究BIM 4D 技術(shù)應用效果的有效工具。通過對BIM 4D 技術(shù)應用前后對比評價，可以得知BIM 4D 技術(shù)的應用能夠?qū)κ┕た偝邪絺鹘y(tǒng)施工進度管理方式補短板、強弱勢、固優(yōu)勢。因此，在施工總承包方的施工進度管理中，管理團隊應提高對BIM 4D 技術(shù)的重視程度，積極探索BIM 4D 技術(shù)應用的新思路，以實現(xiàn)施工進度管理最大收益。