基于BIM技術的裝配式建筑施工進度模擬與業務架構方法分析

李偉，劉夢，劉嗣逸，戴傳新 （安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 230786）

1 應用背景

近年來，傳統建筑逐步向新型的建造體系與建造方式轉變，從原先粗放型的建造方法向著科學、合理、高效的方式轉變，隨著國家對裝配式建筑發展的支持，無論是裝配式建筑總量占有率，還是技術體系發展，都日趨完善。同傳統建造方式相比，裝配式建筑的優勢之一便是建造周期短，同時信息化技術手段得到較大比例的應用。建筑信息模型技術作為裝配式建筑在建造過程中的信息化管理與多拓展應用的有力工具，將其與裝配式建筑結合，更能發揮裝配式建筑的體系優勢、新技術優勢。眾所周知，進度管理是項目管理中同安全與質量管理目標齊平的三大目標之一，通過科學的方法以及精準的控制，同時結合施工進度模擬的有效補充，使得進度管理目標得以有效甚至高效實現，對控制整個項目的風險、提高項目的整體利益至關重要。

國家也根據已經建造完畢與正在建造的項目情況，梳理并形成了一些信息化技術手段對進度管理的應用范例，包括一些BIM 技術應用的競賽與應用成果，都是不錯的參考資料。可以看到在項目實踐過程中，錨定的是施工現場既有的習慣方式與業務成果，以防止建筑信息模型及其配套形成的信息融合工具形成自說自話、脫離施工現場進度管理樸素訴求的窘境，總體的宗旨是真正做到解放生產力、發展生產力。

2 傳統進度計劃管理方法

2.1 傳統進度計劃的編制方法

傳統進度管理包括項目前期的進度分析、進度數據整理以及進度計劃編制，項目中期的進度監控、進度調整優化與進度糾偏，項目后期的進度總結。在進度計劃編制時，在以往的項目中，大多數工程多利用甘特圖（Gantt chart）（圖1）進行項目進度計劃編制與管理。甘特圖又稱為橫道圖，其通過條狀圖來顯示項目、進度和其他時間相關的系統進展的內在關系隨著時間進展的情況，常用的軟件有PROJECT、P6 等。該類軟件一般構成要素簡單，主要包括工作名稱、工期、計劃開始、計劃完成、實際開始、實際完成等條目，由項目管理團隊圍繞施工合同明確甲方要求的剛性工期，根據粗略分析與工程量清單，將涉及到的工作進行工作分解，結合工作面與涉及到的人員部署、材料采購與堆放、機械選型與成本等確定工作間的邏輯關系，技術人員根據討論形成的工作安排進行項目的進度計劃編制。

圖1 項目進度計劃

圖2 基于BIM技術的進度模擬技術架構

隨著項目進度管理的持續發展，在甘特圖基礎上也衍生了諸多功能豐富、應用靈活的獨立軟件，包括斑馬進度、翰文進度管理系統等。這些軟件在大的框架基礎上，增加了雙代號網絡圖與橫道圖自由切換的功能，針對項目工序多對局部工序內容與圖表進行局部放大的功能、不同專業工序的篩選功能、工期截取功能等。

2.2 傳統進度計劃的模擬與管理

據了解，盡管進度計劃編制軟件在逐漸進步，但是作為一種應用型的工具，從前期的數據收集到后期的進度監控，涉及到大部分手工錄入的工作。同時，進度管理比較專業，并且對工程量、工作量、勞務消耗的控制較弱，通過這些文字加時間形成的進度計劃往往是靜態與抽象的，與進度息息相關的信息聯動融合很難做到精準，所形成的進度分析與計劃會帶來潛在的進度管控風險，無法實現施工進度計劃的有效模擬。同時，大多數時候對進度的動態管理只能在一個時間大周期上對進度計劃進行調整，或者重新訂立一個進度計劃，管理痕跡與作用并不明顯。另外，不管是雙代號網絡圖還是橫道圖，都需要較強的專業知識，這就導致業主對進度管理的參與感不強，容易引發業主的催促情緒。

3 基于BIM技術進行進度管理

3.1 基于BIM技術進行進度管理的應用優勢

建筑信息模型技術（BIM）在項目進度管理中的應用已成為現實，通過繼承設計階段的設計模型或者在施工階段重新搭建，結合項目分析過程中形成的定制化的進度計劃，通過構件模型與進度計劃關聯，形成4D-BIM 模型（注：盡管3D 模型已經具備部分工程量信息，但其系統性不足且不在本文討論的范疇，故本文仍將賦予進度信息的三維模型稱為4D-BIM 模型），實現構件級的三維施工進度計劃編制。基于BIM 技術的施工進度模擬技術架構是以模型為基礎，結合時間因素與資源因素的三維模型可視化的操作方法架構。其使得進度計劃的編制工作更加簡易、不會遺漏工序、進度計劃偏差小，BIM 模型攜帶工程量信息，同時可拓展定額信息，實現進度與資源的有效綁定，計劃更有說服力。基于BIM 技術構件的進度管理，從前期的三維精細化進度編制、施工進度模擬和中期的進度計劃管理，均體現出BIM 技術在進度管理中的高效性，同時也提高了進度計劃的合理性。通過BIM 技術的施工模擬可以直觀進行項目進度計劃演示，快速準確的找出計劃中存在的一些問題，結合方案比選，可以使得施工進度安排更趨于合理。在同業主交流項目進展時，可視化的模擬過程提高了業主、監理等項目參建各方的管理參與感，減少發生因溝通不暢導致催促工期的情況。

3.2 基于BIM技術進行進度管理的應用研究

在建筑信息模型技術生態中，歐特克平臺在民用建筑領域使用率較高，在應用中設計師多使用Revit-Naviworks軟件體系，Revit 軟件的應用優勢在于構建與編輯模型，Naviworks 軟件的優勢在于審閱與管理模型，使用Revit編輯或搭建三維模型，使用Navisworks Export Plugin 插件將Revit 編輯完畢的建筑信息模型無縫轉換到Navisworks 軟件中，利用Navisworks 軟件，經過選擇集、任務建立、時間綁定一系列操作，實現在三維模型綁定進度部署信息，建立4D-BIM 施工進度模型，通過TimeLiner可以對建筑物進行建造階段的進度與工序的直觀模擬（圖3）。

圖3 基于Navisworks軟件構件的TimeLiner施工進度模擬

筆者調研了不同情況下施工企業或者咨詢企業開展進度管理的業務架構，主要分為商務或投標應用型、施工技術方案型以及施工管理型，這些類型的業務架構特點各異，處在不同的應用階段有著不同的應用優勢。商務或投標應用型多是由圖表構建模式，主要優勢是可以快速構建，投入的人力成本和時間成本較低。一般上來說主要應用在項目開展的前期，由投標人員或者商務談判中形成，與后期的施工工作開展有著不小的出入，這種應用業務架構很難站在BIM 技術應用視角去覆蓋的業務架構。施工技術方案型是對商務或者投標型的更進一步細化，合理性更高，往往是一種比較理想型的應用，更偏向于進度計劃，不會和施工過程進行修正和反饋，是與項目脫節的。目前在BIM 技術的結合中，應用BIM 技術是力圖覆蓋施工管理型的業務架構，通過專業的進度管理軟件建立起一套基準進度計劃，根據施工部署和甲方要求，可以動態的調整，和現場的實際進度匹配度較高，需要實時的跟蹤進度和及時的調整進度。從施工管理型的業務架構出發，提出進度管理Revit-Naviworks 軟件體系幾種常見的應用模式，這些模式在應用中均能解決進度管理的一些問題，也各有應用優勢與不足之處。在應用模式一（圖4）中，進度管理技術人員使用Navisworks 軟件直接打開通過繼承或者由BIM 工程師搭建的Revit模型文件，這種模式的應用特點在于Naviworks 與Revit 可實時聯動，Revit 中模型被修改會同步反饋到Naviworks 中，包括模型位置的調整、模型族類別的置換、新建的模型內容，該模式適用于為施工進度管理前期一些討論工作提供技術支撐，構建一個虛擬的場地、效果真實的施工機械、理論化的建筑主體模型，將項目部安置、施工道路布設、出入口預留、施工機械部署、材料堆放與轉運等施工過程中的重難點問題放在一個虛擬可視化的場景中討論，形成一個可行性高的前期施工方案。該應用模式關閉模型文件后便無法進行同步，再次打開文件等同于開啟了一次新的同步。

圖4 模型短周期應用模式

作為Revit-Naviworks 軟件體系中的典型應用（圖5），即由Revit 軟件創建的施工圖設計模型經由Navisworks Export Plugin 轉換成NWC 格式文件，發送到施工現場或工程管理類部門，施工現場或工程管理類部門應用Naviworks 對NWC 模型文件進行編輯并形成NWF文件，構件選擇集、審閱信息、視點、進度任務TimeLiner 均存儲在NWF中。NWF 文件比較適應施工現場進度的動態特性，同時也會自動對迭代的模型版本進行自動歸集，作為Navisworks的典型應用模式，適用于現場的動態化進度管理，特別是針對實際進度的跟蹤并與計劃進度形成一個直觀的比對。

圖5 模型長周期后端維護應用模式

在建筑信息模型技術應用在施工現場的進度管理中，筆者發現應用過程中出現的一些問題，具體表現為施工現場的管理人員由于長期習慣于國內簡潔規則的軟件界面，對Naviworks 軟件接受程度不高，同時，對Naviworks 軟件的編輯意愿不夠強烈，導致Naviworks 更多地用來審閱進度模型，項目進度信息更多的是由BIM 工程師來進行維護，這對建筑信息技術在項目中的落地應用不利，也會造成現場進度管理從技術層面脫節或者滯后。因此研究提出一種結合二次開發技術的應用模式（圖6），該模式可以解決目前借助于RevitNaviworks 軟件體系進度管理時信息加工與維護的問題，在原始的建筑信息模型中綁定涉及到進度管理的構件選擇集，以及進行施工進度模擬TimeLiner 所依賴的任務名稱、任務序號、起止時間等關鍵信息（圖6）。模型經由Navisworks Export Plugin 轉換成NWC 格式文件，NWC格式文件會攜帶綁定的關鍵信息，借助于Navisworks 提供的.NET API 技術可實現攜帶信息的批量化一鍵處理，如自動構件選擇集、自動創建任務名稱、計劃的起止時間等，該模式可大大提高信息維護的便捷性，同時可以加速同步的信息到結果的轉化效率。目前Navisworks API 提供的接口還不夠全面，也希望廠商能提供更多的API 接口，助力Navisworks與業務模式實現融合。

圖6 基于Navisworks二次開發技術的本地化應用模式

4 應用總結與展望

本文梳理了項目進度管理的一般流程以及建筑信息模型技術對進度管理應用的幾種流程。在項目應用中，項目進度的管理主要集中在前期策劃階段，項目進度到中后期在管理上往往較為被動。同時影響項目進度的外部因素也較多，亟待通過建筑信息模型技術實現項目進度的精準管理，實現項目進度管理的科學性、合理性、可控性。同時筆者也在應用中發現，目前的項目進度管理與BIM 技術的結合應用有了不錯的實踐性嘗試，但是應用面不夠。同時對進度管理這一業務性工作覆蓋不夠，在應用研究中發現，專業性較強的工具型軟件對進度管理響應的工作內容覆蓋全，盡管在應用中還有一些不完善之處，項目管理人員同時也形成了一個應用習慣，更習慣應用這些單獨的工具型軟件。

裝配式建筑的高效建造必然是離不開建筑信息模型技術，新技術的應用并不是對之前工作方式與應用工具的摒棄，而是建立起一套與裝配式建筑匹配的信息化、數字化的體系工具，同時也更符合項目進度管理應用習慣的工具。在已經研究的應用架構基礎上，針對后期的應用以及業務覆蓋還有很多工作需要進行，更多的要從現場管理人員的業務為落腳點，借鑒與完善已有的工具功能，在BIM 技術生態中實現進度信息流轉、多端多點的融合應用，只有這樣才能真正形成BIM 技術在項目中的落地，也才能夠通過BIM 技術手段實現裝配式建筑進度的精細化、信息化管理，同時助力裝配式建筑整體建造效率的提升。