李 勇

（黃淮學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 駐馬店463000）

施工進(jìn)度管理關(guān)系到項目經(jīng)濟(jì)效益。由于施工過程的復(fù)雜性、動態(tài)性、不確定性等原因，使得工程實施中進(jìn)度的預(yù)測與控制難度極大。BIM技術(shù)和協(xié)同平臺實現(xiàn)了工程進(jìn)度和成本的可視化模擬展示，提高了進(jìn)度和成本管理的效率。目前對工程進(jìn)度的研究中，Bubshait等［1］提出進(jìn)度視窗法應(yīng)用于進(jìn)度延誤分析；Pierre等［2］考慮項目進(jìn)度的不確定性和各工序的資源聯(lián)系，對進(jìn)度的確定進(jìn)行指導(dǎo)；Adriana等［3］提出了進(jìn)度計劃更新的模糊邏輯分析方法；Hanff等［4］提出基于BIM計算項目進(jìn)度活動持續(xù)時間的模型；李林等［5］應(yīng)用蒙特卡洛方法模擬確定進(jìn)度的分布和期望；孟文清等［6］考慮了模糊網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)度風(fēng)險和完工概率，描述風(fēng)險因素影響下工序持續(xù)時間的可能性；中國廣聯(lián)達(dá)、魯班、PKPM、斯維爾等研發(fā)出基于BIM技術(shù)的5D進(jìn)度 成本模型軟件。管昌生等［7－8］對地源熱泵地埋管、抗震結(jié)構(gòu)時變動力等工程有關(guān)問題的可靠度進(jìn)行了深入分析研究。陸寧等［9］對施工項目管理可靠性進(jìn)行了分析研究。上述研究對施工進(jìn)度的有效控制提供了很好的支持，但這些是工程進(jìn)度控制模型的一般方法，目前還沒有實現(xiàn)BIM施工管理平臺與進(jìn)度預(yù)測模型的集成系統(tǒng)，對實際施工進(jìn)度的精細(xì)化預(yù)測、評估、控制有還待于加強(qiáng)。筆者以BIM施工管理方法為基礎(chǔ)，考慮進(jìn)度及影響進(jìn)度主要因素的不確定性和隨機(jī)性，建立進(jìn)度可靠度預(yù)測模型，探討基于BIM施工管理平臺的進(jìn)度預(yù)測模型集成管理，以有效控制進(jìn)度，優(yōu)化施工資源配置，提高施工管理水平，提升建設(shè)行業(yè)效率和利潤。

1 BIM施工管理方法

圖1 基于BIM的進(jìn)度管理流程圖

BIM即建筑信息模型，是近10年來在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多維（三維、n維）模型信息集成技術(shù)，可以使建筑物所有參與方都能夠在數(shù)字虛擬的真實建筑物模型中操作信息（幾何、物理和功能信息）和在信息中操作模型［10］。BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)。BIM是數(shù)據(jù)信息的高度整合，其中模型是基礎(chǔ)，信息是靈魂，軟件是工具，協(xié)作是重點(diǎn)，管理是關(guān)鍵。

BIM 4D施工進(jìn)度管理，對工程進(jìn)度形象化展示，實時模擬項目按計劃“虛擬施工”，及時了解和管控項目進(jìn)程，可進(jìn)行工程部位、時間、任務(wù)類型等多維度進(jìn)度分析。BIM 4D施工進(jìn)度管理融入精益建造LC（Lean Construction）的末位計劃員系統(tǒng) LPS（Last Planner System）原理，強(qiáng)調(diào)權(quán)力下放，制定短周期（周、日）計劃，運(yùn)用拉動式生產(chǎn)方式，從后工序向前工序拉動，物流和信息流相結(jié)合，消除等待浪費(fèi)，保證施工流程的連續(xù)性［11］，基于BIM的進(jìn)度管理流程見圖1。在BIM 4D進(jìn)度管理基礎(chǔ)上，附加工程造價信息，形成BIM 5D進(jìn)度 成本模型，可進(jìn)行多角度的進(jìn)度、成本、資源管理。

2 施工進(jìn)度預(yù)測模型

2.1 影響施工進(jìn)度的因素分析

影響建設(shè)工程進(jìn)度的因素很多，有著不同的分類方法。歸納起來，可以綜合為人的因素、物資供應(yīng)、資金供應(yīng)、技術(shù)水平、組織管理水平、施工條件和環(huán)境、設(shè)計變更、風(fēng)險因素等8類［12］，主要表現(xiàn)如表1。

表1 影響施工進(jìn)度的因素分類表

序號 影響因素第1級 影響因素第2級3資金供應(yīng) 工程款支付4 技術(shù)水平 施工方案和施工技術(shù)、安全措施5 組織管理水平 施工組織和管理水平、各方協(xié)調(diào)管理水平6 施工條件和環(huán)境 自然環(huán)境、社會環(huán)境7 設(shè)計變更 設(shè)計變更8 風(fēng)險因素 政治風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、自然災(zāi)害等

2.2 施工進(jìn)度可靠性預(yù)測模型

2.2.1 預(yù)測進(jìn)度模型設(shè)計 施工進(jìn)度預(yù)測模型邏輯框架設(shè)計如圖2所示，首先，將預(yù)測進(jìn)度TY分解成若干個單元工作的預(yù)測進(jìn)度，它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為：TY＝ ∑，每個單元工作預(yù)測進(jìn)度對應(yīng)目標(biāo)進(jìn)度為T。其次，定義、計算、的計算測度T－T和施工進(jìn)度可靠度。其中，控制指標(biāo)在進(jìn)行施工進(jìn)度預(yù)測之前已確定。再次，單元工作進(jìn)度模塊分析，影響因素的概率分布，得出進(jìn)度預(yù)測表達(dá)式。最后，將P（T－T）與控制指標(biāo)ε進(jìn)行比較，直到滿足P（T－T）＜ε，輸出單元工作的T和T。

圖2 施工進(jìn)度預(yù)測模型邏輯設(shè)計圖

2.2.2 預(yù)測進(jìn)度模型 假設(shè)施工進(jìn)度計劃目標(biāo)進(jìn)度為TM，預(yù)測進(jìn)度為TY，影響進(jìn)度的因素有n個，如人、材技術(shù)、管理、環(huán)境、風(fēng)險等。第i個影響因素Xi的狀態(tài)值用xi（1≤i≤n）表示，它們構(gòu)成一個影響因素的向量＝（x1，x2，…，xn），記目標(biāo)進(jìn)度為TM＝TM）、預(yù)測進(jìn)度為TY＝TY（），定義｜TM－TY｜為TY距TY的偏離度，記為

d＝｜TM－TY｜

預(yù)測結(jié)果有3種：TM－TY＞0正偏離，表示實際進(jìn)度提前；TM－TY＜0負(fù)偏離，表示實際進(jìn)度延遲；TM－TY＝0零偏離，表示工作按時完成。

某一影響因素發(fā)生變化對進(jìn)度的影響程度稱為影響度，影響度通過綜合測評來獲得，用符號ε（）表示，預(yù)測進(jìn)度的數(shù)學(xué)模型又可表示為如下形式：

2.2.3 確定單因素目標(biāo)進(jìn)度預(yù)測模型 這種情況進(jìn)度預(yù)測相對較為簡單。設(shè)單因素（如材料的供應(yīng)量）影響進(jìn)度的確定值為，則由上述理論可知：

ε（v）＝δ－av v∈（0，x0），其中δ也為微量。如果出現(xiàn)v＞x0，可按x＝x0的取值，ε（v）＝0。

預(yù)測進(jìn)度

2.2.4 隨機(jī)單因素目標(biāo)進(jìn)度預(yù)測模型 在施工的過程中，假設(shè)單因素（如材料的供應(yīng)量）存在隨機(jī)性，影響度ε、預(yù)測進(jìn)度TY也即為隨機(jī)變量。假定本因素服從期望為μ、方差為σ2的已知正態(tài)分布，即X～N（μ，σ2），則由正態(tài)分布的性質(zhì)和期望方差運(yùn)算規(guī)則可得如下結(jié)論：

1）影響度ε（x）取值：服從正態(tài)度分布，記為E～N（μ1，σ）。

其中：期望μ1＝δ－aμ，方差σ＝a2σ2。

2）預(yù)測進(jìn)度TY服從正態(tài)分布，記為TY～N（μ2，σ）。

其中：期望μ2＝TM＋μ1TM＝TM＋ （δaμ）TM，方差σ＝Tσ＝Ta2σ2。

定義一個進(jìn)度功能函數(shù)Z（x），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Z（x）的取值分為以下3種情況：Z＝TM－TY＞0，為預(yù)測進(jìn)度的可靠狀態(tài)；Z＝TM－TY＜0，為預(yù)測進(jìn)度的失效狀態(tài)；Z＝TM－TY＝0，為預(yù)測進(jìn)度的臨界極限狀態(tài)。

預(yù)測進(jìn)度的可靠狀態(tài)和失效狀態(tài)對應(yīng)2種概率如下：

1）預(yù)測進(jìn)度處于可靠狀態(tài)下的概率P（Z＞0），稱為可靠度，通常用Ps表示。

2）預(yù)測進(jìn)度處于失效狀態(tài)下的概率P（Z＜0），稱為失效概率，通常用Pf表示。

引入可靠指標(biāo)β來度量預(yù)測進(jìn)度的可靠程度

β與Pf值一一對應(yīng)，β值越大，Pf值越小，預(yù)測進(jìn)度的可靠度就越高。

3 BIM施工管理與進(jìn)度預(yù)測模型集成

在BIM施工管理平臺中，可顯示任一單元工作的持續(xù)時間即計劃開始時間、計劃完成時間、實際開始時間、實際完成時間。而對實際完成時間通常是完成后手工輸入，再預(yù)測本單元工作對后續(xù)施工進(jìn)度的影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的糾偏措施，這樣單元工作進(jìn)度管理屬于被動控制［13－14］。

終于那個人不走，她的手?jǐn)[在金枝眼下。女人們也越集越多，把金枝圍起來。她好像在耍把戲一般招來這許多觀眾，其中有一個三十多歲的胖子，頭發(fā)完全脫掉，粉紅色閃光的頭皮，獨(dú)超出人前，她的脖子裝好顫絲一般，使閃光的頭顱輕便而隨意地在轉(zhuǎn)，在顫，她就向金枝說：

施工進(jìn)度可靠性預(yù)測模型通過計算機(jī)程序，在BIM施工管理系統(tǒng)的后臺實現(xiàn)集成［15－17］，可完成任一單元工作進(jìn)度影響因素識別、進(jìn)度預(yù)測、實際完成時間的定量、實時、動態(tài)的預(yù)測分析，進(jìn)而進(jìn)行實際完成時間修改、偏差預(yù)警分析和后續(xù)進(jìn)度計劃調(diào)整等，改變?yōu)閱卧ぷ鬟M(jìn)度控制的主動性和科學(xué)性，極大提高了施工進(jìn)度管理水平。

BIM施工管理與施工進(jìn)度預(yù)測模型集成構(gòu)架如圖3，進(jìn)度集成控制系統(tǒng)見圖4，進(jìn)度集成管理流程見圖5。

圖3 BIM施工管理與施工進(jìn)度預(yù)測模型集成構(gòu)架圖

4 工程實例

4.1 工程背景及BIM模型

天中偉業(yè)花園12＃樓，建筑面積10 169.36m2，地下1層，地上22層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，建筑BIM模型如圖6。項目總目標(biāo)進(jìn)度為425d，基礎(chǔ)及地下室進(jìn)度為56d，工程造價模型如圖7、8，施工進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)計劃如圖9。BIM進(jìn)度模擬分析如圖10。

圖4 BIM施工管理與進(jìn)度預(yù)測模型集成控制系統(tǒng)圖

圖5 BIM施工管理與進(jìn)度預(yù)測模型集成管理流程圖

圖6 建筑BIM模型圖

圖7 整樓造價模型圖

圖8 地下室造價模型圖

4.2 基礎(chǔ)及地下室施工進(jìn)度預(yù)測模型

圖9 基礎(chǔ)及地下室工程施工進(jìn)度計劃圖

圖10 BIM施工進(jìn)度模擬分析圖

在施工過程中，以關(guān)鍵工作墊層、防水、筏板基礎(chǔ)第4段為例，該工作持續(xù)時間為10d。筏板基礎(chǔ)、墊層混凝土總量為2 476.11m3，第4段用量619.03 m3。影響本工作的因素中，以商品混凝土供應(yīng)為例。

商品混凝土供應(yīng)情況對第4段筏板基礎(chǔ)施工進(jìn)度的影響分析如下：

目標(biāo)進(jìn)度TM＝10d，商品混凝土供應(yīng)為隨機(jī)量，根據(jù)以往商品混凝土供應(yīng)統(tǒng)計記錄得知，其服從期望μ為65m3，方差為25的正態(tài)分布，記為Z～N（65，52）。影響度｜ε（x）｜＜δ，且δ＝20%。

若商品混凝土每天供應(yīng)量x＞71.4m3，則影響度ε＝0。

預(yù)測進(jìn)度：TY（x）＝10＋10ε（x）。

TY服從期望μTY＝TM（1＋δ－aμ）＝10×（1＋20%－0.002 8×65）＝10.18d，方差σ2TY＝T2Ma2σ2＝0.142的正態(tài)分布，記為TY～N（10.18，0.142）。

商品混凝土供應(yīng)量在28m3到70m3之間取值，記為x∈［28，70］

TY（70）＝10.0d到TY（28）＝11.2d之間取值的概率為

P（10.0≤TY≤11.2）＝0.901 5

預(yù)測結(jié)論：按照商品混凝土供應(yīng)狀態(tài)，第4段筏板基礎(chǔ)施工進(jìn)度推遲1d的概率為0.901 5。說明第4段筏板基礎(chǔ)施工進(jìn)度可靠性高。

5 結(jié) 語

從施工進(jìn)度管理的系統(tǒng)性、實用性、主動性出發(fā)，圍繞目標(biāo)進(jìn)度、實際進(jìn)度、預(yù)測控制、進(jìn)度優(yōu)化等方面，考慮了施工過程中進(jìn)度與各影響因素之間的不確定性和隨機(jī)性，對進(jìn)度進(jìn)行可靠性數(shù)值模擬分析，建立了進(jìn)度預(yù)測模型，并與BIM進(jìn)度管理系統(tǒng)相集成，實現(xiàn)施工進(jìn)度、人工、材料、設(shè)備、成本等資源實時、科學(xué)的動態(tài)管理和優(yōu)化控制，彌補(bǔ)了現(xiàn)有進(jìn)度信息管理系統(tǒng)循環(huán)周期過長、人為主觀性的缺陷，極大提高了建筑施工進(jìn)度和施工管理決策的科學(xué)化，豐富和拓展了BIM進(jìn)度管理系統(tǒng)的研究，為施工進(jìn)度動態(tài)管理提供了新的理論、途徑和方法。當(dāng)然，影響進(jìn)度的不同單因素由于實際特點(diǎn)不同，計算時考慮的情況會有所差別，這個將在后續(xù)研究中進(jìn)一步深化。

［1］Bubshait A A，Cunningham M J.Comparison of delay analysis methodologies ［J］.Journal of Construction Engineering and Management，1998，124（4）：315－322.

［2］Bonnal P，Gourc D，Lacoste G.Where do we stand with fuzzy project scheduling？［J］.Canadian Metallurgical Quarterly，2004，130（1）：114－123.

［3］Adriana V，Ordónez O，Aminah R F.Fuzzy logic approach for activity delay analysis and schedule updating［J］.Canadian Metallurgical Quarterly，2005，131（1）：42－51.

［4］Tulke J，Hanff J.4Dconstruction sequence planningnew process and data model［C］／／Proceedings of CIBW78 24th International Conference on Information Technology in Construction.Maribor，Slovenia，2007：79－84.

［5］李林，李樹丞，王道平.基于風(fēng)險分析的項目工期的估算方法研究［J］.系統(tǒng)工程，2001，19（5）：77－81.Li L，Li S C，Wang D P.Based on risk－analysis’estimating method of project’s duration ［J］.Systems Engineering，2001，19（5）：77－81.

［6］孟文清，張立寧，李萬慶.基于模糊網(wǎng)絡(luò)的工程項目工期風(fēng)險評估研究［J］.河北建筑科技學(xué)院學(xué)報，2005，22（2）：73－75，79.Meng W Q，Zhang L N，Li M Q.Research on engineering project duration risk based on fuzzy network［J］.Journal of Hebei Institute of Architectural Science ＆ Technology，2005，22（2）：73－75，79.

［7］管昌生，劉卓棟，陳緒義.地源熱泵地埋管隨機(jī)熱阻及可靠性分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010（3）：70－72，82.Guan C S，Liu Z D，Chen X Y.Reliability and random thermal resistance analysis on buried pipe of ground source heat pump ［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2010（3）：70－72，82.

［8］管昌生，陳緒義.考慮參數(shù)隨機(jī)特征的地源熱泵換熱器可靠性設(shè)計［J］.暖通空調(diào)，2010，40（2）：73－75，9.Guan C S，Chen X Y.Reliability design of GSHP exchangers considering parameter random characteristics ［J］.Heating Ventilating ＆ Air Conditioning，2010，40（2）：73－75，9.

［9］陸寧，廖向暉，王巍，等.大型施工項目管理可靠性綜合控制的構(gòu)架研究［J］.重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2007，29（2）：132－134，140.Lu N，Liao X H，Wang W，et al.Comprehensive control technique of reliability in large construction project management ［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University，2007，29（2）：132－134，140.

［10］何關(guān)培.BIM在建筑業(yè)的位置、評價體系及可能應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2（1）：109－116.He G P.BIM position in AEC industry，its measurement system and possible uses ［J］.Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture，2010，2（1）：109－116.

［11］劉艷，陸惠民.精益建造體系下可持續(xù)建設(shè)項目管理研究［J］.工程管理學(xué)報，2010，24（4）：432－436.Liu Y，Lu H M.Sustainable construction project management under lean construction ［J］.Construction Management Modernization，2010，24（4）：432－436.

［12］中國建設(shè)監(jiān)理協(xié)會.建設(shè)工程進(jìn)度控制［M］.北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2013：33－37.

［13］何清華，韓翔宇.基于BIM的進(jìn)度管理系統(tǒng)框架構(gòu)建和流程設(shè)計［J］.項目管理技術(shù)，2011，9（9）：96－99.He Q H，Han X Y.Schedule management system framework based on BIM building and process design［J］.Project Management Technology，2011，9（9）：96－99.

［14］馬新利.基于BIM技術(shù)的建設(shè)工程施工進(jìn)度動態(tài)控制的探討［J］.門窗，2012（9）：287，289.Ma X L.Based on BIM technology for the construction of the engineering construction progress dynamic control［J］.Door ＆ Windows，2012（9）：287，289.

［15］Hewage K N，Ruwanpura J Y.A novel solution for construction on－site communication－the information booth［J］.Canadian Journal of Civil Engineering，2009，36（4）：659－671.

［16］Sacks R，Treckmann M，Rozenfeld O.Visualization of work flow to support lean construction ［J］.Journal of Construction Engineering and Management，2009，135（12）：1307－1315.

［17］Aram S，Eastman C，Sacks R.Requirements for BIM platforms in the concrete reinforcement supply chain［J］.Automation in Construction，2013，35：1－17.