基于BIM的可视化工程进度管理优化

叶 飞,李正焜,梁巧真

(安徽粮食工程职业学院 粮食工程系,安徽 合肥 230011)

制订进度计划是工程项目管理工作的第一步。当前很多工程项目还是采用传统软件,比如P6、Project等制订有关进度计划,并且通过它们对有关进度计划进行控制。这些软件大多数还是以文字加图表的形式对计划进行描述,此类软件制订出来的进度计划不能很好地展现工程项目动态变化,更不能科学地解决项目在施工过程中的可视化问题。当前,BIM已经广泛用于工程项目建设过程中,几乎每个环节均实现了可视化,其中也包括进度管理。据有关文献研究表明,在国外部分发达国家使用BIM的10个统计项目中,就有6个项目在进度管理过程中,使用BIM投资回报率在640%-32900%之间。由此可见加强BIM可视化进度管理研究对工程项目建设的成功具有非常重要的作用[1]220-222。

1 BIM可视化相关概念与管理特点

1.1 相关概念

BIM概念。BIM是其英文全名Building Information Modeling中每个单词第一个英文字母大写的组合,翻译成中文的意思是“建筑信息模型”。是指从设计过程的三个基本维度,即资源、行为、交付,为设计企业制订实施标准的具体措施[1]220-222。它不是把数字进行简单地集成,而是将数字信息广泛地应用到各种设计、制造，以及相关管理过程中的数字方法。此种数字方法能够使得建筑工程管理进度效率得到大幅度提升,各种风险得以大大降低。

工程进度管理概念。工程进度管理简言之就是一种工程在实施过程中的日、周、月计划制订与实施管理制度。其计划主要内容包含各分包的每月的施工进度计划、周施工进度计划、日施工进度计划编制与落实;还有每日进度计划是否及时落实到位,相关部门负责人的碰头会;以及与进度配套的其它有关进度计划,比如物料进度计划、劳动力计划、设备计划等[2]93-94。

1.2 BIM可视进度管理特点

应用软件程序。BIM技术组织可视化工程进度计划制订过程中,同时将会贯穿沿用多元化的BIM软件程序,其软件主要包含3DA、REVTT、Revit等软件类型。它们均需要在BIM构建模型的原则之上,对工程进度计划有关任务进行交接、完成,最后形成可视化的进度计划[2]94-95。

进度计划制订技术。通过BIM技术能够对工程进度进行可视化监控管理,这就需要运用4D技术相关要素对其进行多方面支持。只有如此,才能促使各种进度信息与静态BIM模型进行快速交接,从而滋生出比较健全的4D化的工程进度计划,为将来工程进度进行比较直观而又真实的展现,同时还能为三维状态下的工程进度有关信息进行真实评价、认证等目标执行,打下夯实的基础。

2 传统管理与BIM可视化管理对比

2.1 传统进度计划制订方法

图1 传统进度计划制订过程Fig.1 Traditional schedule development process

传统进度计算编制很大程度还是依靠制订者工作经验进行编制,尽管有施工合同、相关设计资料等作为参考依据,但对于编制计划的工作人员而言,其编制方法与有关管理工具还是比较抽象的。传统进度计划编制工作重点包括以下几个方面工作内容,详见图1。

2.2 传统进度管理方法

传统进度管理方法主要包含进度数据整理与分析、进度监控和制订有关进度改进方法。进度监控是进度管理的基础,它的宗旨就是搜集实际施工有关数据,以便于对工程进度产生影响的各种因素进行了解与掌控,从而为后续进度分析与制订各种进度管理措施做好充分准备。

工程进度监控各种数据要与工程进度计划数据具有一定的可比性,所以对于现场搜集过来的数据一定要进行相关整理。通常是依照实物工作量、工程量和所花费的工时,转化成百分率,对数据进行统一整理。再依据整理出来的数据,采用有关曲线图对比法、表格比较法等方法将实际工程进度与计划目标进度进行对比,最后得出有关工程进度情况。

依据进度延误时间是否在总时间差异许可范围之内,再运用不同的工程进度控制策略。倘若进度延误的时间未超过总时差许可范围,对整个工程交期不会产生影响,就不需要采取有效控制措施,还是依照以前施工方法进行施工。倘若不在许可范围之内,而且会对工期产生影响,就务必需要通过有关组织、管理、技术等措施来对延误的工期进行补救,同时还要对工程进度加强监督管理[2]。

2.3 传统进度管理与BIM可视化进度管理对比分析

传统进度管理模式与BIM可视管理模式无论在进度计划制订,还是进度监控过程等方面均存在不同。详见表1所示。

表1 传统模式与BIM模式进度管理比较Table 1 Comparison of progress management between traditional mode and BIM mode

工程进度管理主要包含进度计划与进度监控两方面内容。进度计划其职责就是工作结构的分解，进度计划编制与改善;而进度监控主要职责就是依照进度计划具体落实、控制计划的执行,按时按量完成计划任务,最终达成目标任务。

对于一部分比较复杂的工程进度管理模式,尽管采取传统的管理模式流程(详见图2)，依照计划编制、优化与控制三大步骤有序展开,不过对一部分难度较大、工程结构较复杂的项目采用传统进度管理模式明显存在较大的弊端,还需要进一步优化与完善。

图2 传统进度管理模式的步骤Fig.2 Steps of a traditional schedule management model

传统进度管理模式流程存在的弊端主要表现在以下几方面:

1)制订进度计划准确率不高。传统进度计划在编制过程中,其获得信息来源以CAD所绘制的图纸资料、相关合同和编制人员过去工作经验为主。在工程正式施工之前就对各项进度计划进行了定义,完成了进度计划编制工作。然后再对WBS工作结构进行分解,对于它们工作逻辑关系与持续时间,通常还是凭借编制人员工作经验进行确定。由于工程进度信息直观性不强,再加上WBS工作结构分解不太全面与具体,持续时间通常是凭借估算，所以导致传统进度管理方法所制订出来的进度计划通常不太准确,精准度较低[3]88-89。

2)指导实际施工能力不强。传统进度管理模式下的进度计划制订之后,只能采用网络技术对进度计划进行改善,从而描绘出核心线路,产生月度、季度、年度等目标计划导向,导致主观意识比较明显,对执行过程中的难点问题不容易进行预测。进度计划不能实现动态化,同时也没有通过有关模拟对其进行论证,优化结果也不够彻底,所以传统进度管理模式下进度计划对现场实际施工指导性不强。

3)不具有前瞻性。传统进度管理模式下的进度计划监控通常也是被动进行,未对计划实施过程进行模拟,未对计划实施难点、重点进行预测,因此不能提前做好应对策略。而且进度跟踪与纠正,通常也是以发生错误结果为导向,即依据所发生结果再分析其原因[3]90-91。一旦施工进度发生了问题,有关参与方只能事后被动地采取有关应对措施,对进度进行补救或调整,这种被动控制方法,对于整个施工进度管理而言不具有前瞻性,而且效率也不高。

以上分析的传统进度管理每个方面的弊端对于稍复杂的工程结构的进度管理均会产生一定不良影响,这就迫切需要运用一种新技术、新方法对这种现状进行改变。由于BIM可视化技术是一个可以将信息、参与人员、以及施工过程集成在一起,而且还可以通过BIM建模、4D模拟等形式来弥补传统进度管理模式以上各方面的不足,具有显著的优越性,因此笔者后续将探讨BIM可视化对工程进度管理的优化策略[4]156-157。

3 BIM的可视化建设工程进度管理优化

3.1 采用BIM可视化工程进度管理的主要措施

BIM可视化工程进度管理与质量控制非常类似,质量控制通常分为事前、事中、事后3个阶段进行控制,而进度管理也分3个阶段,即事前做好准备、事中进行跟踪、事后进行调整。传统进度管理一般对事中与事后两个阶段比较重视,而忽略了事前准备[4]156-157。主要表现在过分依靠应用性不广的启发式原则,只依据相关领导与管理者工作经验制订进度计划,组织施工设计以及制订赶工预案等上交给有关监理,业主审核通过就可以进行实际施工。但由于工程项目大部分具有一定的复杂性,特别是一些大型工程项目,只凭项目领导、管理者个人经验对进度管理过程可能发生的潜在问题进行判断是非常困难的。因此使得进度计划制订不准确、不完整,以及资源调配不科学等现象时有发生。

BIM可视化属于创建与组织有关动态行为信息模型,因此它能够使用比较丰富的项目信息对各种进度管理活动的实施进行指导。BIM可视化具有比较明显的优势，主要表现在可以利用BIM建模、BIM的4D虚拟施工、虚拟施工现场以及对设计进行深化等。在正式施工之前构建可视化信息模型,提前发现施工过程中出现的问题,以便提前做好预防。在施工过程中能够跟踪并进行相关控制,从而保障了比较重要的线路上的专项施工活动,能够避免由于深度设计过程中出图纸比较缓慢而导致等待时间相对减少的问题[4]157-158。除此之外,倘若在施工过程中出现了进度管理问题,可以及时通知有关部门负责人与管理者在BIM 集成管理平台上进行沟通,并及时协商出处理措施。BIM可视化在工程进度处理工作应用的重点,详见表2。

表2 BIM可视化工程项目进度管理的工作重点Table 2 Work priorities for BIM visualization project progress management

3.2 使用BIM可视化进度管理的基本框架

结合BIM平台系统集成有关信息技术优点,把其派生职能应用到进度管理中来,建立BIM进度管理应用基本框架,详见图3。

图3 基于BIM可视化进度管理使用框架示意图Fig.3 Schematic diagram of the use of BIM-based visual progress management

从图3能够清楚地看出,此框架是立足于BIM可视化平台的基础之上,系统化与集成化是其最为关键的理念。从系统化方面分析,该框架分为3大子系统,分别是信息采集系统、信息处理系统，以及信息反馈系统。信息采集系统主要功能与职责就是对有关信息进行搜集与输入,比如功能信息、物理信息、几何信息等,之后再通过数据库的方式依照特殊的标准与有关规则进行构建模型、分类、储存。信息处理系统在对信息采集输入完成之后,依照不同阶段进度管理需求,对有关信息进行优化处理,提前发现与解决信息有关问题,使得信息准确性、应用性得到保障。信息反馈系统就是立足于前两个系统基础之上,直接从系统内部输出工程进度管理信息,输入施工现场进度有关控制信息,以便于进度管理信息能够得到及时反馈,从而使得施工现场进度得到动态控制[5]99-100。从应用层方面来分析,又可分为3大层,即信息层、执行层、操作层。总之通过各大子系统之间的集成应用与各层共同解决工程上的难题,进而从客观上使得进度管理难度间接降低。

3.3 使用BIM可视化使得工程进度管理流程得到优化

BIM基于模型的智能流程,由于工程项目进度管理的复杂性,比如技术难度比较大,信息量大等特征,BIM可视化进度管理流程,能够发挥多种优势的条件下,比如具有海量数据统计与计算、资源共享以及各项技术集成应用等优点,再对各方面进度信息实现时刻互动,从而使得工程项目进度动态控制任务得到保障。BIM可视化使得工程进度管理流程得到优化,详见图4所示。

图4 BIM的进度管理流程Fig.4 BIM’s progress management process

对于BIM进度管理有关流程,重点分为计划制订、计划实施、检查调整、总结报告等过程。BIM是信息平台构建的基石。依据一部分大型工程项目,在进度计划制订之前,应该依据有关资料,比如图纸、文件说明等建立BIM信息库。这种BIM信息平台不但具有较好的三维虚拟现实的表达能力,而且还包含了比较丰富的信息,比如技术信息、空间信息等，同时还对与模型组件有关联的进度、质量、安全数据等方面进行支持。所以相关工作人员在制订进度计划过程中,应该依据相关合同工期与BIM数据中快速获得有关工程数量,再使用有关软件对总进度计划进行制订,之后再采用WBS技术依照专业把相关工作任务进行细化。依据已有时间定额制订更为详细的二级计划[6]197-198。然后,施工方依据二级进度计划,与分包方和施工各工序的负责人进行共同协商,在系统中输入详细目标任务有关施工进度信息,再采用BIM模型对工程项目中工序复杂、技术难度大的施工活动进行虚拟构造,通过4D进行施工模拟,使得有关问题提前得到反馈。通过不断地反复模拟优化之后,更加有利于编制出具有合理性、准确性,而且还具可行性的动态作业计划,此计划是否顺利实施是对总进度计划目标任务能否达成的重要保障,同时它还是相关部门与各工序负责人日常工作安排的重要指导依据[6]198-199。

在后续工程进度计划的相关工作中,比如调控控制、计划落实、总结报告等,均能通过BIM进行场地规划与相关资源配置模拟,以及进度管理表现得更为形象、直观,更加有利于施工方科学、合理地安排机械设备、材料以及人员等,从而预防由于资源配置因素不合理给工程进度管理带来的不良影响。另一方面由于施工进度与模型构件、工序任务等关系比较密切,在现场施工跟踪过程中,对进度计划执行状况进行检查时,能够对项目施工过程实现四维跟踪模拟,构建模拟视图,从而实现了计划进度模拟与实际进度模型的形象可视化对比。所以在BIM管理平台上,只要把施工现场实际进度状况反馈到BIM平台上,相关进度管理人员便能够对项目总体进度状况进行了解,以便于做出及时对比分析。如果工程进度发生了偏差,相关负责人共同协商采取改正措施,保障总目标顺利完成,使得管理过程得到优化,管理水平得到提升。

4 结论

文章首先阐述了BIM可视化进度管理的概念与特点;接着通过与传统进度管理方法对比,指出传统方法的弊端,总结BIM进度管理的优越性;最后从方法、框架、流程等方面详细分析采用BIM可视化方法对工程项目进度管理优化的效果，对推行与实现数字化工程管理具有重要的借鉴与指导意义。