邵昭

(延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)林與建筑工程系,陜西 延安 716000)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的建筑工程在建造方式和施工方法上也在與時(shí)俱進(jìn)，一批批大型甚至特大型建筑不斷涌現(xiàn)，這些大型建筑往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工參與方眾多，施工協(xié)調(diào)性要求高，施工難度大，因此施工過(guò)程中對(duì)施工資源的管理難度極大[1-3]。

BIM(Building Information Model，建筑信息模型)作為一種建筑信息共享、施工協(xié)同管理平臺(tái)，為大型建筑信息化施工提供了極大便利[4]，同時(shí)BIM技術(shù)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合使建筑施工的多維度資源動(dòng)態(tài)管理相得益彰。Lova等研究了工程項(xiàng)目全生命周期中BIM的經(jīng)濟(jì)效益，認(rèn)為BIM技術(shù)以信息共享的方式最大效率利用資源[5]；Jung通過(guò)文獻(xiàn)查閱的方式，在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了綜合BIM軟件，用以指導(dǎo)施工中資源管理并取得了一定成效[6]；Greva通過(guò)BIM中標(biāo)準(zhǔn)的制定，研究了施工資源信息的集成[7]；馬志亮等研究了BIM模型中國(guó)際IFC標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行方法，并從施工資源控制出發(fā)，提出了項(xiàng)目成本控制方法[8]；王又群將BIM技術(shù)與施工管理的三大任務(wù)結(jié)合，并著重分析了施工中工程量的動(dòng)態(tài)管理[9]。

從目前的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀看，關(guān)于BIM技術(shù)的研究主要集中于模型建設(shè)和成本控制，并且將BIM模型中各類資源分開(kāi)控制，忽略了項(xiàng)目施工中的動(dòng)態(tài)性和各種資源在動(dòng)態(tài)施工中的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性，這種信息管理手段與實(shí)際施工存在一定差距。因此本文從施工階段資源的關(guān)聯(lián)性出發(fā)，將BIM中三維模型與施工進(jìn)度信息與預(yù)算信息相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了資源的動(dòng)態(tài)管理，最后以某小區(qū)內(nèi)幼兒園建設(shè)為例，研究了多維度資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的工程應(yīng)用。

1 多維度資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)

施工階段多維度資源動(dòng)態(tài)管理指以BIM中的三維模型為基礎(chǔ)，通過(guò)WBS(Work Breakdown Structure，工作分解結(jié)構(gòu))方法，利用BIM中模型的分解，實(shí)現(xiàn)建筑施工階段資源計(jì)劃及消耗、施工成本分析與控制的信息資源管理方法。

1.1 施工多維度資源模型建立

1.1.1 資源模型架構(gòu)

施工資源多維度信息模型包含基本信息、進(jìn)度信息和預(yù)算信息三部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 施工資源信息模型結(jié)構(gòu)

基本信息是BIM中三維模型的擴(kuò)充，根據(jù)施工特點(diǎn)增加項(xiàng)目類型信息、工程材料信息、建筑物幾何信息、工程量信息及其他屬性信息。進(jìn)度信息是利用WBS手法，將BIM基本信息與施工進(jìn)度信息相互關(guān)聯(lián)，因此在進(jìn)度管理中作為基本信息和進(jìn)度信息銜接的紐帶，WBS方法顯得尤為重要，工作分解的質(zhì)量直接決定了項(xiàng)目進(jìn)度把控程度[10]。項(xiàng)目預(yù)算信息的基礎(chǔ)是項(xiàng)目三維模型信息，通過(guò)模型中構(gòu)件的拆分計(jì)算工程量，在所得工程量基礎(chǔ)上根據(jù)定額信息計(jì)算人、材、機(jī)的消耗，得到項(xiàng)目的預(yù)算信息。施工資源信息模型是以BIM基本信息模型為基礎(chǔ)，利用WBS手法建立進(jìn)度、預(yù)算、三維模型三者的有機(jī)統(tǒng)一，通過(guò)對(duì)模型中建筑物構(gòu)件信息的把控，實(shí)現(xiàn)施工資源動(dòng)態(tài)管理。

1.1.2 WBS分解

相關(guān)研究表明，WBS工序節(jié)點(diǎn)的存在于資源管理之間不是孤立存在的，二者在資源配置中會(huì)按照一定的規(guī)則機(jī)制形成對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系[11]。工序資源任務(wù)分解分為3步。從一些定額的定制原理可以發(fā)現(xiàn)，定額的制定基礎(chǔ)是WBS分解的節(jié)點(diǎn)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一種定額規(guī)則中對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)定額項(xiàng)目。因此WBS分解的第一步是建立節(jié)點(diǎn)與定額間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為了提高關(guān)聯(lián)效率，有必要將施工階段不同但節(jié)點(diǎn)內(nèi)容相同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歸類，形成資源模板，以降低資源模板數(shù)量，提高節(jié)點(diǎn)和施工定額的關(guān)聯(lián)效率，工序資源任務(wù)分解如圖2所示。

圖2 工序資源任務(wù)分解

第二步是以節(jié)點(diǎn)為依據(jù)，將項(xiàng)目的定額目錄分解成以工序節(jié)點(diǎn)為單位的工序資源模板。第三步是在第二步的基礎(chǔ)上建立工序節(jié)點(diǎn)和工序資源模板的關(guān)聯(lián)。

1.1.3 系統(tǒng)內(nèi)項(xiàng)目預(yù)算模式分析

項(xiàng)目的預(yù)算是以項(xiàng)目的工程量清單為基礎(chǔ)[12]，在三維模型中能顯示構(gòu)件的尺寸信息并進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)工程量，在此基礎(chǔ)上按照定額信息、分部分項(xiàng)工程費(fèi)、項(xiàng)目措施費(fèi)用、其它費(fèi)用及費(fèi)率幾項(xiàng)。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)算資源的動(dòng)態(tài)管理，必須將預(yù)算信息與三維模型及WBS節(jié)點(diǎn)信息關(guān)聯(lián)，其關(guān)聯(lián)模式如圖3所示。

圖3 預(yù)算信息關(guān)聯(lián)模式

通過(guò)關(guān)聯(lián)模式實(shí)現(xiàn)信息動(dòng)態(tài)施工信息實(shí)時(shí)共享，通過(guò)對(duì)共享信息的分析處理達(dá)到預(yù)算資源的動(dòng)態(tài)管理。

1.2 系統(tǒng)資源管理功能模塊分析

施工階段多維度資源動(dòng)態(tài)管理打破了以往按照施工日期劃分的工程進(jìn)度管理和成本控制方式[13]，實(shí)時(shí)采集施工階段信息并在BIM模型中將信息共享，利用系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)特性實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度和預(yù)算信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理包括工程量動(dòng)態(tài)查詢、施工資源動(dòng)態(tài)管理、成本動(dòng)態(tài)控制管理。

工程量動(dòng)態(tài)查詢的時(shí)間單位是天，通過(guò)進(jìn)度信息和系統(tǒng)模型的關(guān)聯(lián)，可查詢計(jì)劃工程量、計(jì)劃進(jìn)度、實(shí)際工程量和實(shí)際進(jìn)度[14]，其原理如圖4所示。

圖4 動(dòng)態(tài)查詢

首先找到WBS方法中當(dāng)日完工節(jié)點(diǎn)，通過(guò)模型中的構(gòu)件信息查詢構(gòu)件進(jìn)度計(jì)劃及計(jì)劃工程量，通過(guò)實(shí)際工程量、實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃工程量、實(shí)際工程量的對(duì)比繪制進(jìn)度曲線和工程量累計(jì)曲線。

施工資源動(dòng)態(tài)管理是根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃、實(shí)際進(jìn)度、工作節(jié)點(diǎn)分解情況，可根據(jù)已完成工程量動(dòng)態(tài)計(jì)算下一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的資源需求計(jì)劃。資源動(dòng)態(tài)管理打破了傳統(tǒng)的施工組織設(shè)計(jì)靜態(tài)資源管理的弊端，能夠根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度合理調(diào)配資源，根據(jù)實(shí)際情況更改施工組織設(shè)計(jì)。施工資源動(dòng)態(tài)管理過(guò)程如圖5所示。

圖5 施工資源動(dòng)態(tài)管理過(guò)程

根據(jù)WBS分解的施工節(jié)點(diǎn)，確定項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，并利用關(guān)聯(lián)特性查找節(jié)點(diǎn)之前相關(guān)構(gòu)件的信息，計(jì)算人、材、機(jī)消耗量，并用資源單價(jià)乘以預(yù)算用量得到資源計(jì)劃成本。

成本動(dòng)態(tài)控制管理的基礎(chǔ)仍然是WBS方法分解的節(jié)點(diǎn)[15-16]，首先用BIM的關(guān)聯(lián)模式查詢節(jié)點(diǎn)的工程構(gòu)件信息重點(diǎn)依據(jù)三維模型查詢構(gòu)件的工程量信息，依據(jù)工程量信息根據(jù)清單計(jì)算節(jié)點(diǎn)之前的人、材、機(jī)消耗情況，并根據(jù)實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度情況，分別得到計(jì)劃進(jìn)度預(yù)算成本、實(shí)際進(jìn)度預(yù)算成本、實(shí)際進(jìn)度消耗成本，其原理如圖6所示。

圖6 成本動(dòng)態(tài)控制管理

最后利用掙值分析法計(jì)算實(shí)際成本與預(yù)算成本的差距，對(duì)已完成工作進(jìn)行評(píng)價(jià)并在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)成本預(yù)測(cè)分析，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整施工組織設(shè)計(jì)。

2 應(yīng)用案例分析

施工多維度資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后以某學(xué)校為例，將系統(tǒng)應(yīng)用于工程建設(shè)中。首先通過(guò)Revit軟件建立了項(xiàng)目多維信息模型，利用WBS分解方法對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)分解，利用上文的資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)對(duì)工程中各節(jié)點(diǎn)工程進(jìn)度、工程量、資源消耗及施工成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢和管理。

2.1 項(xiàng)目概況

某學(xué)校為濟(jì)南市某小區(qū)內(nèi)的幼兒園配套設(shè)施，小區(qū)內(nèi)共有建筑16棟，該工程為第13棟，建筑高度10.85米，建筑面積2 724.7平方米，建筑物為普通鋼筋混凝土三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度8度，建筑物場(chǎng)地類型為2類。

2.2 多維度資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)應(yīng)用

2.2.1 多維度資源模型建立

系統(tǒng)應(yīng)用的第一步是在施工前建立學(xué)校BIM模型，如圖7所示。

圖7 學(xué)校BIM模型

模型建立完成后通過(guò)WBS方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)按照節(jié)點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目分解，并以節(jié)點(diǎn)為依據(jù)實(shí)行施工進(jìn)度信息動(dòng)態(tài)管理，通過(guò)三維模型中構(gòu)件的特性生成項(xiàng)目的工程量清單。

2.2.2 工程量查詢

工程量動(dòng)態(tài)查詢界面如圖8所示。

圖8 工程量動(dòng)態(tài)查詢

該查詢界面顯示了一天內(nèi)人、材、機(jī)的當(dāng)日計(jì)劃投入、當(dāng)日實(shí)際投入情況，系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能還可對(duì)每日工程量信息累加，查詢累計(jì)工程量消耗。通過(guò)計(jì)劃工作量與實(shí)際工作量的對(duì)比，可準(zhǔn)確掌握現(xiàn)階段各項(xiàng)材料的消耗及材料單價(jià)，對(duì)于施工單位定制采購(gòu)計(jì)劃提供了參考依據(jù)。

2.2.3 工程進(jìn)度管理

施工資源動(dòng)態(tài)管理是以WBS分解的節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，施工過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度采取日記錄方式錄入BIM模型系統(tǒng)，并用不同顏色區(qū)分節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，其應(yīng)用過(guò)程如圖9所示。

(a)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度

圖9(a)為項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度情況，圖9(b)為BIM模型中項(xiàng)目進(jìn)度，其中綠色部分為已完成節(jié)點(diǎn)，黃色部分為施工進(jìn)行中節(jié)點(diǎn)，最后結(jié)合項(xiàng)目的定額信息得到項(xiàng)目資源消耗信息，如圖10所示。

圖10 項(xiàng)目資源消耗信息

根據(jù)消耗信息結(jié)合進(jìn)度計(jì)劃部署人、材、機(jī)。

2.2.4 施工成本管理

成本動(dòng)態(tài)控制管理的依據(jù)是按照一定周期進(jìn)行施工進(jìn)度核對(duì)的建筑物節(jié)點(diǎn)。以指定時(shí)間點(diǎn)為時(shí)間參考根據(jù)模型中構(gòu)件的參數(shù)信息和定額信息，以節(jié)點(diǎn)為單位按照掙值分析法得到項(xiàng)目的預(yù)算成本、實(shí)際成本以及成本偏差，并根據(jù)現(xiàn)有成本信息預(yù)測(cè)總成本，系統(tǒng)中生成的成本動(dòng)態(tài)控制界面，如圖11所示。

圖11 成本動(dòng)態(tài)控制管理

系統(tǒng)能根據(jù)前文中工程量及進(jìn)度管理，按照成本管理計(jì)算方法自動(dòng)對(duì)各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)成本考核，繪制成本曲線，對(duì)于未發(fā)生的預(yù)測(cè)成本，圖中虛線部分代表從當(dāng)前成本分析中對(duì)未來(lái)成本的預(yù)測(cè)。

3 總結(jié)

在信息技術(shù)應(yīng)用日益成熟的今天，如何將以計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到建筑工程尤其是大型建筑工程的施工過(guò)程管理中，以提高建筑工程的施工效率和管理水平，最大化為建筑項(xiàng)目增值，是我國(guó)建設(shè)部門和相關(guān)施工企業(yè)面臨的難題。本文以BIM軟件為基礎(chǔ)，將建筑物三維模型利用WBS方法分解，得到了以節(jié)點(diǎn)為單位的建筑物施工進(jìn)度信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工和模型構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管理，通過(guò)將定額信息與三維模型的關(guān)聯(lián)在工程量清單基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了人、材、機(jī)和施工預(yù)算的動(dòng)態(tài)管理，最后將多維度資源動(dòng)態(tài)管理用于某小區(qū)內(nèi)幼兒園配套工程的建設(shè)中，結(jié)果表明該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度和施工預(yù)算的動(dòng)態(tài)管理。