包勝 盧富華 趙政燁 沈銳

(浙江大學建筑工程學院，浙江 杭州 310000)

0 引言

在建筑工程項目的管理過程中，除了受到施工工藝、施工技術、人工、材料、機械等內(nèi)在因素的影響外，外在的如天氣、施工環(huán)境等因素也會干擾施工進度，導致工程項目經(jīng)常出現(xiàn)延期的情況。傳統(tǒng)的進度管理辦法往往存在信息傳遞不及時、準確性不高、內(nèi)容變更層層傳達延誤時間等問題。在現(xiàn)代化建設中，信息化管理已成為降低成本、提高效率的有效措施，因此在施工進度管理中引入BIM技術，將從根本上解決問題，是十分必要的。

1 施工進度管理及BIM技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

過去我國建筑業(yè)“重技術，輕管理”，這種傳統(tǒng)思想造成了管理體制的落后。據(jù)統(tǒng)計，每年進度管理不善造成的損失，包括人工機械閑置損失、工期延誤索賠等，高達上千億元。而就施工進度管理而言，仍存在許多問題，如組織協(xié)調(diào)難度大，參與方數(shù)量太多，利益關系網(wǎng)絡復雜；管理計劃缺乏靈活性，工程進度計劃較死板，難以調(diào)控；承包商未能妥善處理好進度、成本與質量三者間的協(xié)調(diào)關系，只重點抓其中某一項，始終沒有將三者聯(lián)系起來看待，使得工程項目總會出現(xiàn)不如人意的地方。進一步探究原因，發(fā)現(xiàn)這些主要是由信息傳遞不流暢造成信息丟失、信息不流通而引起的。隨著工程項目規(guī)模的增大，項目中產(chǎn)生和附加的信息量越來越大，如果管理不善，將帶來更大隱患。

國內(nèi)對BIM與進度管理的研究并不多，尤其是BIM技術與純粹的項目管理理論結合的點較少且不深入，目前基于BIM的進度管理實現(xiàn)都是比較淺層的進度展示。然而，復雜的進度規(guī)劃和進度調(diào)整控制，都必須依靠強大的項目管理水平來實現(xiàn)。

2 BIM技術在施工進度管理中的引入

2.1 施工進度管理理論分析

2.1.1 關鍵鏈理論

作為一種進度網(wǎng)絡分析技術，關鍵鏈可將項目各項活動連接起來，充分利用有限資源對項目進度計劃進行調(diào)整。關鍵鏈理論認為，項目工期取決于完成該項目的關鍵路徑的長度，以及關鍵鏈的管理情況。因此，應用關鍵鏈進行項目進度管理的目標主要是為了保證項目在資源受限的情況下，能以最短的工期完成。這意味著，項目實施進程中的瓶頸就出現(xiàn)在該項目工期最長的那條路徑之中，此即為關鍵鏈。

2.1.2 緩沖區(qū)管理

基于關鍵鏈法的項目進度管理，重點在于對緩沖區(qū)的統(tǒng)一控制和協(xié)調(diào)。緩沖區(qū)大小的設置不在本文討論范圍之內(nèi)。本文通過設置緩沖區(qū)預警線來實現(xiàn)項目進度的控制。

(1)當每一道工序的工期延誤時間都未超過安全時間的1/3時，屬于較為安全的區(qū)間。此時相關的執(zhí)行人員應該對此時刻關注，并且適當加快進度，防止觸碰第一道警戒線。

(2)當每一道工序的工期延誤時間都超過了安全時間的1/3時，即視作沖破了第一道警戒線。此時相關的項目管理人員對此應該給予密切關注，并識別問題的根源所在，采取一定措施，將風險盡量控制在第二個區(qū)間內(nèi)。

(3)當每一道工序的工期延誤時間超過了安全時間的2/3，即到了危險區(qū)間，此時已沖破了第二道警戒線，成為高風險事件，這些工序在實際進行過程中將非常不順利。項目管理人員對此應該立即采取應急措施，通過增加資源或者趕工等方法保證工序在規(guī)定的安全時間內(nèi)完成。

2.2 BIM相關技術的分析

2.2.1 4D-BIM模型的建立

模型圖元是整個3D-BIM的物質基礎，所有構件與配件對象及其屬性和操作的定義都在這個基礎上完成。也就是說，模型的核心數(shù)據(jù)都集中于模型圖元，模型圖元是3D-BIM數(shù)據(jù)的最終載體。4D-BIM模型的建立，是在3D-BIM的基礎上，將施工計劃數(shù)據(jù)與模型圖元的三維幾何數(shù)據(jù)以及關聯(lián)數(shù)據(jù)進行整合，實現(xiàn)4D模擬、進度調(diào)控等功能。

2.2.2 4D-BIM管理系統(tǒng)體系實現(xiàn)流程

基于BIM的4D管理系統(tǒng)需要建立在項目計劃編制技術和3D-BIM的基礎上，綜合應用數(shù)據(jù)庫技術和系統(tǒng)開發(fā)技術來實現(xiàn)。圖1是4D-BIM管理系統(tǒng)體系實現(xiàn)的流程。

圖1 4D-BIM管理系統(tǒng)體系的實現(xiàn)流程圖

3 實際案例項目進度管理中BIM技術的應用分析

3.1 案例項目簡介

城市地下綜合管廊，是國家“十三五”推進新型城鎮(zhèn)化建設的重要工程。將電力、通信、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線集中鋪設于城市地下的管廊內(nèi)，可以較好地解決反復開挖地面的“馬路拉鏈”問題，同時提升管線的安全水平和防災抗災的能力。施工中的難點包括既有管線的割接、節(jié)點預留及交通導改。部分節(jié)點處三污干管割接困難，且應預留該節(jié)點規(guī)劃管廊的交叉，需要進行多次交通導改，施工組織難度大，工期長。這也是BIM技術應用的重點所在。

3.2 基于BIM的進度管理體系分析

3.2.1 BIM進度管理框架

(1)應用框架體系。如果將進度計劃的管理放到計算機平臺上，所有信息將能夠及時更新，同時結合最新的BIM技術，將提高進度管理的效率。圖2是設計的基于BIM的進度計劃管理應用框架體系。

圖2 BIM進度計劃管理框架

與此同時，由于現(xiàn)階段BIM的應用尚處于初級階段，所有的理論不可能一下子完全套用到實際項目中。理論上BIM的進度管理應該滲透在整個工程項目管理人員的日常工作中，即每個人都基于同樣一個平臺，發(fā)布的數(shù)據(jù)能夠及時匯總和共享。但是由于實際情況，案例項目中單獨成立一個基于BIM的工程項目進度管理小組，從事BIM進度管理的相關工作。

(2)BIM信息平臺的構成。信息采集系統(tǒng)、信息組織系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)三個系統(tǒng)構成BIM的信息平臺。三個系統(tǒng)之間存在遞進關系，只有前面一個系統(tǒng)的任務完成，后面系統(tǒng)才有開始的前提條件。該平臺是一個信息的集散地，所以需要幾乎所有的項目利益相關者參與到系統(tǒng)信息采集、組織和處理流程中來。

3.2.2 BIM進度管理流程

借鑒三級管理的思想，項目進度管理計劃按照總體進度、二級進度、周進度和日常工作這四個層次劃分。案例項目開始前，項目經(jīng)理或其他相關負責人主導編制項目的總體進度計劃?？傮w進度計劃從項目一開始直到項目結束。二級進度計劃又稱階段進度計劃，可按月或按季度或按階段進行編制，由項目經(jīng)理和相關分包單位一同編制。周進度計劃表由各個班組在二級進度計劃表的基礎上進行編制。所有進度計劃編制完成后，最終的日常工作計劃就在BIM信息平臺上進行即時的協(xié)作與溝通，按照進度計劃協(xié)調(diào)與變更。在最終的日常工作計劃制訂完成后，利用BIM模型可視化的特性，可實現(xiàn)4D施工模擬等功能，分析進度計劃中的問題并調(diào)整，從而確保計劃的可實施性。在計劃的執(zhí)行過程中，利用4D功能進行動態(tài)的項目施工過程跟蹤，并與原計劃對比，促進各個部門間的相互交流。BIM進度管理體系應用的總體流程，見圖3。

圖3 BIM進度管理流程

3.3 基于BIM的項目進度計劃制訂

3.3.1 確定工作分解結構

工作分解結構(WBS)是項目經(jīng)理將項目分解成各項任務的工具，而對于其他人來說，WBS是一張簡單明了的圖表，從中可以看出項目范圍和工作架構。工作分解結構既可以用樹狀圖表示，也可以用大綱的形式表示。創(chuàng)建WBS結構的工作很具有挑戰(zhàn)性，可以從上到下創(chuàng)建，也可以自下而上創(chuàng)建。本文不再贅述。

對工期的合理估算是一門藝術，也是一門科學，需要給出實際的數(shù)字，并用真實的數(shù)據(jù)與分析來支撐。對于工期的估算應該注意：

(1)選擇合適的人做估算。有經(jīng)驗的人，才能給出合理的估算。未來負責這個工作的人員最適合做此項工作，因為他們會在估算時考慮自身能力或其他限制因素，做出準確的估算。

(2)選擇合適的估算方法。如現(xiàn)有資料法、參數(shù)模型法、PERT分析法、德爾菲法等?？筛鶕?jù)項目類型以及公司經(jīng)驗來選擇估算方法。

3.3.3 確定工作順序

任務之間的邏輯關系是否正確也是影響該計劃是否合理的因素。要確定任務的工作順序，就應該確定任務之間的相關性類型。任務相關性類型有四種：完成-開始型，開始-開始型，完成-完成型，開始-完成型。通過幾個問題可以幫助管理人員做出正確的判斷，設置正確的相關性類型，這些問題有:這項任務開始的必要條件是什么？控制后續(xù)任務是前置任務的開始還是結束？前置任務的控制是后續(xù)任務的開始還是結束？判斷完各個工作間的相關性類型后，就可以利用Project軟件創(chuàng)建各個任務間的相關性。

3.3.4 4D-BIM模型準備

3D-BIM是4D-BIM模型基于BIM進度管理的基礎。模型的建立一開始就要準備，要提前于模型的應用，因此應該做好模型建立的計劃。利用Revit建立進度管理模型，案例項目目前的需求是首開段的進度模擬，所以先建立首開段的BIM模型，見圖4。

圖4 首開段BIM模型(截圖)

BIM模型在Revit中建立完成后，由于Revit只是一個建模軟件，不擅長與4D整合和模型應用，所以需將Revit模型導出到Navisworks軟件中開展接下來的工作。導出模型見圖5。

監(jiān)測線路選擇在該變電站10 kV母線Ⅰ段和10 kV母線Ⅱ段。電壓暫降儀安裝于兩段母線電壓的端子排上。該變電站一次接線如圖2所示。

圖5 導出模型到Navisworks(截圖)

在Navisworks中打開模型文件，見圖6。

圖6 Navisworks中BIM模型(截圖)

模型導入到Navisworks后，如果要讓構件與相應的WBS工作包對應，就需要對模型進行工作包劃分。之所以需要對應，是因為只有一一對應，才能在3D-BIM中真實反映工程進度，形成4D-BIM模型。應按照工程需要，將模型分成幾個WBS工作包的選擇集。

確定模型已經(jīng)按照工作包(進度計劃的最小單位)劃分完成后，就可以將BIM模型和創(chuàng)建的進度計劃進行關聯(lián)，形成4D-BIM模型。在Navisworks中，已經(jīng)開發(fā)出提供使用者選擇的相應功能。由于案例項目中創(chuàng)建的進度計劃是基于Project軟件的，所以可以在Navisworks的Timeliner模塊的數(shù)據(jù)源中導入創(chuàng)建的Project進度計劃(圖7)。進度計劃被導入到Navisworks中后，如果Project中的計劃發(fā)生變動只需要更新數(shù)據(jù)源，就可以實現(xiàn)對進度計劃的實時更新(圖8)。

圖7 導入Project數(shù)據(jù)(截圖)

數(shù)據(jù)導入成功后，Navisworks的Timeliner界面就會出現(xiàn)進度計劃中的工作分解結構，再將之前整理好的集合與此處的工作分解結構一一對應，創(chuàng)建出4D-BIM模型。圖9是創(chuàng)建好的Timeliner進度計劃表和模擬過程。

圖8 建立進度與模型相關數(shù)據(jù)的更新(截圖)

圖9 模擬過程(截圖)

3.3.5 調(diào)整進度計劃

進度計劃的調(diào)整分為以下幾個方面:

(1)根據(jù)進度模擬，考慮工程項目進度是否存在空間沖突。

(2)根據(jù)進度模擬，考慮是否存在能夠進行優(yōu)化的地方，是否能夠通過優(yōu)化施工安排來實現(xiàn)工期減少。

(3)根據(jù)資源的生產(chǎn)效率，考慮此種安排方式是否造成資源的過載。

在考慮完全后，進度計劃階段就算完成了。

3.4 基于BIM的項目進度計劃執(zhí)行

進行項目管理后，管理人員會被更多的文案工作淹沒：狀態(tài)報告、變更需求、團隊成員提出問題的電子郵件等。如果沒有專門存放項目檔案的資料庫或數(shù)據(jù)庫，這些資料的整理將成為一件阻礙項目進展的難題，甚至會造成工期拖延?；贐IM項目進度計劃的執(zhí)行階段，就需要有一個基于計算機的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來幫助項目管理人員整理相關的文件。如何選擇歸檔系統(tǒng)，取決于項目類型與規(guī)模、管理人員對信息分類的重視程度以及項目可以用的技術。針對項目執(zhí)行過程中常見的文件類型，設計了一個基于網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫，其框架見圖10。

圖10 數(shù)據(jù)庫框架

(1)項目計劃模塊。用來存放組成項目計劃的所有文件，包括文字計劃書、項目進度計劃、預算、子計劃的文字計劃書等。

(2)溝通記錄模塊。存放的內(nèi)容非常多，二期隨著項目的進行，這個模塊信息會越來越多。管理人員可以用子文件夾將狀態(tài)報告、差異報告、各種信函、會議紀要等文件分類保存。

(3)變更管理模塊。存放記錄變更需求和需求狀態(tài)的文件。根據(jù)管理變更需求的方式，這個模塊可以存放的文件包括：原始變更需求、估算結果、批準文件、否決文件以及否決原因、定期更新所有變更需求狀態(tài)報告。

(4)風險管理模塊。用來存放風險計劃、報告、已發(fā)生的或潛在的風險狀態(tài)報告。

(5)項目資料模塊。用來存放項目資料，各版本施工圖等資料。該數(shù)據(jù)庫為了能夠在實際工程中使用，需要對文件進行分級處理，不同級別的賬戶可以查看的項目資料不一樣，而且對項目資料的權限也是不一樣的。等級較低的賬戶只允許查看，不允許修改。如果是作為記錄的文件，保存之后都只能進行查看，不能進行修改。

3.5 基于BIM的項目進度計劃控制

在項目進行的過程中，需要對項目進展情況進行持續(xù)的跟蹤，才能準確地判斷項目進展情況。在案例項目中，設置專人對項目進度進行跟蹤。這個人由BIM小組成員擔任，由他向各個班組收集項目進度信息并匯總到BIM小組組長處，然后由小組成員對進度信息進行整合，添加到BIM模型中。在進行項目跟蹤過程中需要收集的數(shù)據(jù)有：

(1)工作包進展情況。每個工作包都應該設置完成標準，只要達到這些標準，就說明工作包完成了。這包括能夠說明任務完成情況的幾項數(shù)據(jù)：實際開始時間、實際工期或工時、剩余工期或工時。

(2)對質量的評估會改變已經(jīng)得出來的進展情況。比如，當發(fā)現(xiàn)軟件缺陷的發(fā)展速度過快、來不及修補時，軟件開發(fā)項目的實際進展不會像團隊成員預測的那樣樂觀。

(3)未來可能存在的問題。要想確定項目的真正進展，還有一個問題需要注意，那就是哪些方面可能會出現(xiàn)風險。當風險出現(xiàn)的時候，必須立刻啟動風險管理計劃。不同的風險有不同的應對措施。

4 結語

在施工進度管理中運用BIM技術，可充分解決人工機械閑置損失、工期延誤索賠、信息不流暢等問題，提高建筑工程項目的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)科技與項目的融合。本文在現(xiàn)有施工進度管理理論及BIM技術的基礎上，提出了基于BIM的4D系統(tǒng)結構體系和實現(xiàn)流程。搭建了基于BIM的項目進度管理體系，有利于BIM技術在工程項目中充分發(fā)揮其效益和價值。

[1]丁士昭.建設工程信息化導論[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[2]李建平,王書平,宋娟，等.現(xiàn)代項目進度管理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[3]中國住房和城鄉(xiāng)建設部.關于印發(fā)《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》的通知[EB/OL].http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201105/t20110517_203420.html.

[4]何關培.《中國工程建設BIM應用研究報告2011》解析[J].土木建筑工程信息技術,2012,4(1):15-21.

[5]王柯.基于IFC的3D+建筑工程費用維的信息模型研究[D].上海：同濟大學,2007.

[6]丁杰.建設工程項目4D模型實現(xiàn)方法的研究[J].項目管理技術,2008(11):21-25.

[7]丁衛(wèi)平.建設工程集成化管理：nD模型的理論研究與應用[D].上海：同濟大學,2005.

[8]牟茗.四維建筑信息模型技術研究[D].北京：北京林業(yè)大學,2009.

[9]Conrad Boton,Sylvain Kubicki,Gilles Halin. The challenge of level of development in 4D/BIM simulation across AEC projectlifecyle. A case study[J].Procedia Engineering，2015，123: 59-67.

[10]Eastman C, Teicholz P, Sacks R,et al. BIM handbook: a guide to building information modeling forowners,managers,architects,engineers,contractors,and fabricators[M].2nd ed. New York: Wiley,2011.

[11]Tauscher E,Mikulakova E,Beucke,K?nig.Automated gener-ation of construction schedules based on the IFC object model[C]//Computing in civil engineering. Reston, VA: American Society of Civil Engineers, 2009: 666-674.

[12]Tulke J, Hanff J. 4D construction sequence planning:new pro-cess and data model[C]//CIB-W78 24th International Conference on Information Technology in Construction. Philadelphia：CiteSeerX ，2007.

[13]Ospina-Alvarado A M, Castro-Lacouture D. Interaction of pro-cesses and phases in project scheduling using BIM for AECFM integration[C]//Construction Research Congress 2010: Innovation for Reshaping Construction Practice. Reston, VA: American Society of Civil Engineers, 2010:939-947.

[14]Kathleen McKinney, Martin A Fischer.Generating, evaluating and visualizing construction schedules with CAD tools[J]. Automation in construction, 1998,7 (6)：433-447.

[15]陳謙,齊健,張偉.4D信息模型對施工過程的影響分析[J].山西建筑,2010,36(15):202-204.

[16]王青薇,張建平.基于BIM的工程進度計劃編制[J].商場現(xiàn)代化,2010(35):220-222.

[17]趙彬,王友群,牛博生.基于BIM的4D虛擬建造技術在工程項目進度管理中的應用[J].建筑經(jīng)濟,2011(9):93-95.

[18]何關培,王軼群,應宇墾.BIM總論[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[19]牛博生.BIM技術在工程項目進度管理中的應用研究[D].重慶：重慶大學,2012.

[20]張宇.基于關鍵鏈的項目進度管理方法研究[D].大連：大連理工大學,2009.

[21]王倩.基于關鍵鏈的輸變電工程項目進度管理研究[D].北京：北京交通大學,2015.

[22]杜雪冰.基于關鍵鏈技術的大學生活動項目進度管理研究[D].北京：中國地質大學(北京),2014.

[23]張劍.成品直送物流項目管理技術應用研究[D].上海：上海交通大學,2012.

[24]袁陽.北京園博府營銷項目的進度管理與實施[D].青島：中國海洋大學,2015.

[25]王亞中.BIM技術條件下施工階段的工程項目管理[D].長春：長春工程學院,2015.PMT