基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理模型研究

马语晗 万芸 林楦焜

【摘要】为了提升工程建设的质量和效益，EPC管理模式正逐渐成为工程承包模式中的重要形式，而施工进度管理是决定EPC总承包项目管理成败的关键因素之一。现阶段，我国工程总承包方普遍存在进度管理机制不完善，专业人才稀缺的现象，这导致施工总承包方在进行施工进度管理的过程中出现各种问题。近年来，建筑信息模型（BIM）的出现和不断发展，为总承包方的施工进度管理带来了新的方法和技术。本文针对这一现状，拟构建基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理成熟度模型，研究模型结构和模型评价指标体系，并对应用BIM 4D技术前后的施工总承包方施工进度管理水平进行对比实证分析。

【关键词】BIM 4D技术;施工进度管理;成熟度模型

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.038

引言：

EPC模式又称施工总承包模式，即设计-采购-施工模式。EPC项目的进度管理是一次性、全过程、全方位的动态管理，且进度管理在EPC项目管理体系中处于协调、带动其它工作的龙头地位，而施工阶段的进度管理更是决定EPC总承包项目成败的关键因素。现阶段，施工总承包模式普遍存在进度计划的制定不合理、内容不全面、执行不到位的现象，这导致施工总承包方在施工进度管理过程中存在各分包商进度不协调、工作分工混乱、应急处理不及时等问题。近年来，BIM （Building Information Model建筑信息模型）技術的出现和不断完善，为施工总承包方的施工进度管理提供了一种新型方式。该技术一经问世，即被众多国内外和知名建筑师称为继 CAD 之后的第二次“革命性”技术。应用BIM 4D技术能够优化进度方案、完善资源配置，提高经济效益。本文对基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理建立成熟度模型，以期验证BIM 4D技术的应用效果。

1、BIM 4D技术在EPC项目施工进度管理中的应用

1.1 应用思路

1.1.1创建建筑模型

合理的三维模型可以方便后期工程建设。利用Revit进行三维模型的建立，将建好的三维模型导入Navisworks中进行碰撞检验，对碰撞节点进行修改，最后进行漫游检查。

1.1.2建立施工过程模型

在BIM 3D模型的基础上加入时间维度构成BIM 4D的模型。将建筑结构划分为整体项目、单项工程、单位工程、分部工程、分项工程等多层节点，使得BIM 3D模型与WBS分解的阶段一一关联，利用Microsoft Office Project编制进度计划，并将施工进度计划与BIM 3D模型导入到Navisworks进行施工进度模拟。

1.1.3建立四维信息模型

BIM技术将工程项目施工进度管理从二维的进度计划升级为四维动态的施工模拟，促进了施工进度管理工作的标准化、精细化和科学化。四维建筑信息模型通过施工过程模拟生成动态图像，施工人员就可以实时监测，当进度、劳动力、材料、机械台班等出现偏差时，能及时更改原先设计好的模型。四维信息模型可以实现各专业间的信息共享，避免了信息不统一的问题，以保证工程顺利进行，提高工程整体质量。

1.2 应用方向

1.2.1优化资源，进行科学的作业分配

依靠经验的施工进度管理难以实现规范化和精细化的管理，而应用BIM技术可以查看工程的真实信息，并利用其可视化特点进行模拟优化，使得管理者可以结合工程中出现的材料浪费、物资采购、质量缺陷、安全管理等多因素进行作业分配，主动进行资源的优化配置。

1.2.2实时纠偏和动态的进度管理

建筑工程项目具有一次性、动态化的特点，因此需结合工程实际优化已有的施工方案。传统进度计划的调整，是基于对前期施工数据的搜集分析，对后续进度计划的独立调整，与实际施工状况相关性较差。而将BIM 4D模型与实际施工进度进行比较，能够直观清楚地看到各项工作执行情况，当发现现场实际施工进度与施工进度计划不相符时，可通过4D模型进行调整。并且导入已有的人力、物料后，BIM技术能够结合实际情况规划施工安排，预测进度情况，若发生突发情况，模型也将进行动态的校正与调整。

1.2.3 辅助施工管理阶段，监督施工全过程

BIM技术可以对周边环境及整个施工过程中使用的人工、材料、机械等进行全方位的监控。在施工开始前，利用BIM技术对周边环境进行分析，从而选取道路宽阔、交通便利的地方摆放物料。在施工过程中，利用BIM技术可以对作业人员、设备及物料进行实时跟踪，一旦发现安全隐患，可以立即通知相关人员及时处理。

2、BIM 4D技术成熟度模型创建

2.1 基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理成熟度等级划分

基于BIM 4D技术的EPC项目成熟度模型是用来衡量施工总承包方应用BIM 4D技术后施工进度管理方面的成熟度标准，将BIM 4D成熟度模型理论应用到施工进度管理中，能够定量评价管理者施工进度管理能力，并分析其薄弱环节，为其改善施工进度管理方法提供方向。

目标层、要素层、指标层是施工进度管理成熟度模型的主要结构。要素层包括技术能力、管理过程、实施效益三个方面，通过指标层来表述要素层的各个要素，以此对施工进度管理能力做出一个综合判定。本文将施工进度管理水平划分为差、低、中、良和优A、B、C、D、E 5个等级，评分标准依次为1分、2分、3分、4分、5分。如图1所示。

2.2基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理成熟度评价指标体系建立

针对BIM 4D技术在EPC项目施工进度管理中的应用，选取技术能力、管理过程、综合效益这三方面建立成熟度评价指标体系。如表1所示。

2.3 基于BIM 4D技术的EPC项目施工进度管理成熟度评价模型

应用模糊综合评价法对成熟度评价指标进行定量评价。基本步骤如下：

（1）确定因素集

因素集B=[B，B，…，B]，表明评级对象有n个评价因素。将要素层进行细化，得到指标层。因素层由要素层和指标层共同构成。

（2）确定评语集

通过专家打分，得到关于N个指标的评价结果。

（3）确定评价指标的权向量

采用层次分析法确定评价因素的权重。

（4）单因素模糊评价

由指标层的权重向量Ai和要素层的判断矩阵Ri得到被评价对象的判别向量B=A ×R，由判别向量B和评分指标C得到要素层各因素的评价结果U=B ×C。

（5）多因素模糊综合评价

由要素层评价结果Ui共同构成的向量和要素层权向量W得到评级对象的综合评价结果U=[U，U，…，U]×W。

3、案例分析

本文選取豫章中学新校区为验证对象，应用建立的成熟度模型对EPC项目施工进度管理过程进行评价分析。

3.1 确定成熟度模型指标权重

根据成熟度模型的逻辑结构，将要素层的各要素依据其对目标层的重要程度进行两两比较，将指标层的各元素依据其对隶属要素的重要程度进行两两比较，从而得到要素层、指标层的成对比较矩阵。本文选取10名权威专家进行数据的收集和判断各指标的重要程度，取平均值得到成对比较矩阵。各指标的权重通过对成对比较矩阵计算，确定矩阵的最大特征值及其特征向量，并对特征向量进行归一化处理即可得到权向量。平均随机一致性指标RI标准值如表2所示，该成熟度模型指标权重如表3所示。

3.2 单因素评价

根据管理团队对BIM 4D技术使用前后的施工进度管理水平打分，进行单因素评价。

B（技术能力）=[B，B，B]=[应用维度，BIM技术人员能力，规范化、标准化程度]

模糊判断矩阵r：（使用BIM4D技术前）模糊判断矩阵R1：（使用BIM4D技术后）

u=3.850;U=4.226;u=3.301;U=4.041。

单因素评价：该管理团队在使用BIM 4D技术后，管理过程的成熟度得分从3.850分上升到4.226分，综合效益的成熟度得分从3.301分上升到4.041分，这两方面管理水平均从中上升到良等级，产生了质变，且综合效益成熟度得分上升幅度最大，说明运用BIM 4D技术可以使EPC项目综合效益大幅度提高。技术能力成熟度得分从3.565分上升到3.966分，虽然技术能力的成熟度得分得到了一定程度提升，但是并没有产生质变，说明存在以下可能：第一、管理团队对BIM 4D技术的运用不够熟练或没有选择适合相关专业的建模软件;第二、管理团队没有选择统一的技术标准。

3.3多因素综合评价

要素层权向量W =[0.3156，0.3826，0.3018]

u=[u1，u2，u3]×W^T=3.594;U=[U1，U2，U3]×WT=4.088

综合评价：该工程在使用BIM 4D技术后，施工进度管理水平综合得分由3.594分提升到4.088分，从中等级跨越到良等级，产生了质变，说明该团队施工进度管理水平已较为成熟，项目综合效益良好。

结语：

综上所述，EPC项目施工进度管理成熟度模型是研究BIM 4D技术应用效果的有效工具。通过对BIM 4D技术应用前后对比评价，可以得知BIM 4D技术的应用能够对施工总承包方传统施工进度管理方式补短板、强弱势、固优势。因此，在施工总承包方的施工进度管理中，管理团队应提高对BIM 4D技术的重视程度，积极探索BIM 4D技术应用的新思路，以实现施工进度管理最大收益。

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