基于BIM和PDCA理论的大型综合体项目进度管控研究

张玉琢，张 赫，王庆贺，张信龙

(1.沈阳建筑大学 管理学院，辽宁 沈阳 110168；2.沈阳建筑大学 土木工程学院，辽宁 沈阳 110168；3.中国建筑东北设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110003)

0 引 言

建筑信息模型(BIM)技术是智能建造的一项重要手段，可有效提升工程信息化水平，在建筑全生命周期各阶段均能以“先试后建”的模式，用“最优解”来指导现场施工，与传统施工过程相比，可有效避免二次施工造成的人材机浪费，在提效降费的同时，有效提升了工程信息化水平，降低了建筑业碳排放[1-2]。大型综合体项目是集商业、办公、居住、酒店、餐饮娱乐、交通等城市功能于一体的建筑，它们在空间上进行整合，在功能上相辅相成[3]。大型综合体项目虽功能性强、效率高，但也有分包单位多、不易组织协调、协同专业多、不易共享数据、工作周期长、进度不易把控等难点[4]，现有的管理方法对此类工程的进度管理具有局限性，使得超工期现象普遍存在。因此，当前亟需找到一种更有效的施工进度管控方法。

曾波等[5]从碰撞检查、净高分析等多个方面介绍了BIM技术在大型综合体工程智能建造中的应用，指出BIM技术使得施工质量提高、施工风险降低。樊军等[6]以具体项目为例，在施工管控方面采用BIM技术作为辅助，使现场施工效率大大提高，生产进度也全面掌握。王婷等[7]在施工资源动态管理方法中应用BIM5D技术，使工期提前46 d。琚娟[8]以大型商业综合体项目为例，在施工进度计划中应用BIM4D技术，通过三维方式展示施工进度。综上，不少学者在工程进度管控中应用BIM技术解决了实际工程问题，但是对于大型综合体项目而言，将BIM模型导入进度模拟软件工程中会出现较多模型数据不匹配现象，同时也缺少一种更为有效和清晰的管理理论来保障施工进度模拟的高效性。

文献[9]从宏观视角出发，在施工全过程进度管控中应用了BIM技术和计划-实施-检查-处置(PDCA)理论，但对于施工全过程进度管控中的众多局部冲突并未给出解决方法。PDCA理论是一种有效的质量管理方法，针对当前施工进度管控方面尚存的问题，本文尝试将PDCA质量管理理论与BIM技术相结合，并应用在结合点一(宏观视角下施工全过程进度管控)与结合点二(施工进度管控中重点环节的BIM强化应用)中，并通过实际案例来验证这一方法的有效性，以期为大型综合体项目进度管控提供新思路。

1 PDCA理论与BIM技术简介

1.1 PDCA理论

PDCA理论是一种形象化的科学管理方法，由四阶段、八步骤构成，具有图1中大环套小环、小环保大环，推动大循环不断前进、不断提高的特点。以下是对四阶段、八步骤构成的具体说明：

图1 PDCA运行特点

(1)Plan(计划)：制定方针、管理目标与措施、活动计划。

①分析现状，找出存在的问题。

②分析产生问题的原因和影响因素。

③从各种原因和影响因素中找出主要原因和影响因素。

④针对主要原因和影响因素，制定措施并预计其效果。

(2)Do(实施)：该阶段的主要任务是按照第一阶段制定的措施和计划，组织各方力量贯彻执行。

⑤实施措施和计划。

(3)Check(检查)：将实施效果与预期目标对比，检查是否达到了预期效果。

⑥检查效果，发现问题。

(4)Action(处置)：检查结果，进行总结和处理。

⑦总结经验，纳入标准。

⑧把遗留问题转入到下一轮PDCA循环解决。

1.2 BIM技术

BIM模型是以图2中的平台为中心向各参与方传递信息，并使各参与方建立联系，在各参与方部门内部专业人员进行模型创建、参数修改和变更时，三维模型平面、立面、剖面参数会相应做出改变，并第一时间传回到信息模型平台，达到模型数据统一[10]。整个过程还具有可视化、完备性、关联性、一致性、动态性、可扩展性等特点[11]。

图2 模型特征与信息传递

(1)BIM技术可视化，将原本2D的图纸用3D

可视化的方式展示设施建设过程及各种互动关系，有利于提高沟通效率、降低成本和提高工程质量。

(2)信息的完备性是将其各方参与的模型信息得以整合，可为优化设计、模拟仿真、决策管理提供有力的基础支撑。

(3)信息的关联性使BIM模型中各构件及视图具有良好的协调性。

(4)模型信息的一致性为BIM技术提供了一个良好的信息共享环境，打破了项目各参与方不同专业或不同软件之间信息不一致的窘迫。

(5)信息模型能够动态描述生命期各阶段的过程，根据不同的需要划分为：BIM模型创建、BIM模型共享和BIM模型管理。

(6)信息的可扩展性存在于图纸的变更及其他不利情况发生时，模型信息可在一定程度上进行扩充和调整。

2 基于综合体项目的BIM进度管控方法

2.1 综合体项目的进度管控特点

2.1.1 分包单位多，组织协调难

一个建设项目是由单项工程、单位工程、分部工程、分项工程共同组成。在大型综合体施工中，由于每项工作都需特定工种来完成，总包单位一般将项目进行分包，因此各劳务人员素质的不同、所属单位的不同以及工作工种的不同，都会加大组织协调的难度。

2.1.2 协同专业多，共享数据难

分包单位多，专业协同随之也会增加。在综合体项目中，所需图纸较多、设计工作量大。假设1：当出现一处或多处错误时，工作人员无法在有效记忆时间内进行更正，根据艾宾浩斯遗忘规律曲线，64.2%的信息会在1 d内很快遗忘，使得设计人员的工作效率逐渐下降，完成的时间延长。假设2：由于信息更正难度较大，导致施工单位无法进行正常施工，造成工期延长，无法在规定时间内投入运营，给投资方带来相应的损失，项目应用价值也会随之降低。假设3：因为信息传递不够迅速、数据难以共享，施工单位按原图纸进行施工，当发现设计不合理处为时已晚，如需进行二次施工，不但浪费人材机的投入，也增加了造价成本。

2.1.3 工作周期长，进度把控难

对于综合体项目来说，参建方较多，面积较大，劳务人员安排复杂，需要同时考虑项目前期规划阶段、设计阶段、施工阶段、运维阶段，各阶段既需要进行统一又需要相互独立，给管理者带来诸多不便。

2.2 传统技术进度管控

无论是“甩图板”年代还是CAD时代，传统施工进度是根据造价人员计算的工程量，通过套取定额得出所需人、机作业的工日，绘制出横道图、双代号网络图。传统技术进度管控具体可分为图3所示的施工准备阶段进度管控和施工阶段进度管控。首先，要确定工程项目施工的计划工期目标，将其分解为施工全过程的几个阶段性目标。其次，编制施工进度计划，其表达方式有2种：横道图与网络图。为确保施工进度计划的顺利实施，还需要编制工程项目开工前的准备工作计划和开工后阶段性准备工作计划以及各种物资资源需用计划。再次，通过收集作业进度报表、召开现场会议等施工进度跟踪检查方式，将实际进度与计划进度进行对比，分析是否出现偏差并分析进度偏差对工期和后续工作的影响。最后，根据进度偏差对工期和后续工作的影响程度进行进度调整。

图3 传统形式下的常用进度工具

2.3 BIM技术进度管控

BIM施工进度管控(图4)是以3D模型为基础，电算工程量，得到工程量清单，利用斑马梦龙等软件绘制出施工进度表，一同导入广联达BIM5D中进行数据关联、施工模拟，检验所绘制的施工进度表是否合理[12]。

图4 BIM技术下的进度管控

(1)施工前进度管控：首先，施工单位根据合同确定的工期利用斑马梦龙绘制出施工总进度计划[13]。其次，专业监理工程师针对工程特点、难度及内外保障条件，审查工程关键线路的正确性、合理性及工期安排的科学性；监理工程师审查施工顺序是否符合工程常规施工工艺，确保实现进度计划的优化[14]。最后，将模型导入BIM4D进行再次校验。

(2)施工中进度管控：对出现的临时变更或不可抗力等因素出具专项方案后，利用BIM4D一改俱改的关联特性，及时调整进度计划进行施工模拟。

3 BIM+PDCA理论进度管控的提出

针对大型综合体项目进度管控中普遍存在的超工期现象，提出BIM与PDCA相结合的方法，P步骤应用于BIM模型绘制与计划制作阶段；D步骤应用于3D模型生成4D模型按步施工阶段；C步骤应用于4D模型的生成与校验阶段；A步骤应用于进度计划输出、竣工阶段[15]。将此方法应用在2个结合点上。本文结合实际案例详述结合点一P阶段以及由结合点一P阶段引出的结合点二BIM技术强化应用过程。

结合点一(宏观视角下施工全过程进度管控)：将BIM3D模型的创建与编制施工进度计划作为P阶段，在导入前使用斑马梦龙软件绘制出施工进度计划，导入时将进度计划与3D模型一同导入并关联，再利用BIM4D施工模拟功能检查所编制的进度计划是否合理，不合理时进行优化，得出切实可行的进度计划表。将可行的进度计划表在整个施工过程中进行应用模拟的阶段为D阶段。在执行过程中，对工程项目的计划进度与实际进度进行检查对比，如果二者之间有偏差则需要分析该偏差对工期和后续工作有无影响、影响到什么程度，此阶段为C阶段[16]。若偏差对工期和后续工作产生较大的影响，确定主要影响因素后进入A阶段，制定并实施控制措施。将提出的解决措施转到下一个PDCA循环，直至无偏差或偏差对工期和后续工作无影响时，可总结经验，工程竣工。在施工全过程视角下划分P、D、C、A应用点[17]，适用于对项目施工进度宏观把控，但对局部强化应用不够具体，指导意义不高。

结合点二(施工进度管控中重点环节的BIM强化应用)：应用于案例施工进度管控中某一局部，可更准确地找准影响施工进度的关键，促进工期进一步优化。图5为BIM与PDCA结合下的进度管控。以3D模型导入BIM平台为例，将前期3D模型的创建以及编制施工进度计划表作为P阶段。按照广联达BIM5D平台执行规则将3D模型导入生成带有时间维度的4D模型，视为D阶段。导入时系统会自动检测对应问题，此阶段为C阶段。找出主要原因和影响因素，对应在3D模型的信息进行编辑修改，作为A阶段[18]。解决问题后转入到下一个PDCA循环，最终使进度计划得到优化、工期提前。

图5 BIM与PDCA结合下的进度管控

4 工程案例

4.1 工程概况及研究目标

某综合体项目的结构类型为钢筋混凝土框架剪力墙结构，总建筑面积为60 012 m2，其中地上建筑面积约45 012 m2，地下建筑面积约15 000 m2。地上部分包括北部主楼住宅楼、东部主楼商住酒店、西南购物中心及办公区域。地下工程为两层超大停车场。以此典型的大型综合体案例，对上文拟提出的BIM+PDCA法结合点二进行验证，并通过对结合点二重点环节的把控使得结合点一工期进一步优化，最后得出BIM+PDCA法与单纯使用BIM的比较性结论。

4.2 基于PDCA的进度影响因素分析

4.2.1 工程特点

本案例位于江西省某市，属于市区特殊地段，施工场地地理位置的特殊性决定了本项目施工建设的性质：文明、安全、优质、高效、环保，应体现一流的施工水准。其次，交通拥堵势必影响材料进场和混凝土泵车、罐车到达现场，尤其在基础和主体结构阶段对混凝土浇筑影响尤为突出。因此，能否做好施工场区内外的交通运输，将直接影响工程的施工进度，也是考验施工总承包企业处理棘手问题能力的集中体现。

4.2.2 进度影响因素

在大型综合体项目管理中，施工进度管控一直是难点。在现阶段的项目管理中，受施工技术、人工、材料、天气、管理水平和人员素质等诸多因素的影响，使得项目建设过程中经常出现工期变化情况。运用头脑风暴法，从人工、机具、材料、方法、环境、测量、设计7个方面辨析进度影响因素，共找出18条进度影响因素，本文将对第9、10条影响因素展开说明，如表1所示。

表1 进度影响因素分析与归纳

4.3 BIM模型与PDCA的具体应用

4.3.1 结合点一P阶段：广联达BIM5D平台应用

(1)施工单位根据合同约定施工段一区工期134 d、施工段二区工期123 d作为进度目标，若主楼工期提前2%视为进度优化。

(2)将项目的建模工作按照建筑、结构和机电3个专业进行基本的分解。

①建筑专业Revit建模涉及的构件比较多，包括图6(a)中的剪力墙样板、图6(b)中的楼梯样板，最终汇总成图6(c)建筑模型。

图6 建筑专业Revit建模

②结构专业Revit建模方法与建筑建模方法类似，既要考虑到图7(a)中的钢筋创建，还要将图7(b)中结构梁、结构柱、剪力墙、楼板进行整合。

图7 结构专业Revit建模

③机电专业Revit模型需创建低区给水管线、中区给水管、高区给水管等系统，但因系统管线较多，管线较密集，为防止管线碰撞，可提前对单层进行碰撞检查，检查出图8(a)中的碰撞节点，再进行图8(b)的汇总。

图8 机电专业Revit建模

(3)进度计划的编制：初期进度计划主要是根据工程量统计和传统的管理经验在绘制软件中完成的。在初期进度计划的基础上，利用广联达BIM5D不断进行施工预演，根据出现的问题不断调整进度计划，最终形成图9所示的进度计划。

图9 综合体一区、二区进度计划

(4)将3D模型及编制好的进度计划导入广联达BIM5D平台，生成BIM4D模型并通过模拟使进度不断优化。

4.3.2 结合点二P阶段：广联达BIM5D平台应用

结合点二为施工进度管控中重点环节的BIM强化应用，即结合点一中BIM4D模型的生成过程。

4.3.3 结合点二D阶段：BIM4D模型的生成

(1)3D模型的导入：将案例北部住宅楼作为一区，东部商住酒店作为二区进行分段导入。3D模型是广联达BIM5D实现施工进度管控的基础，如图10所示，先将Revit软件建立的3D模型导入到广联达BIM5D中，利用广联达BIM5D软件进行下游的施工管理应用。

图10 综合体实例模型导入

(2)流水段的划分：在工程量统计的基础上，依据施工安排及流水段划分原则，在导入的BIM模型上绘制并新建出图11中一区、二区不同的施工段，关联不同专业不同楼层的模型构件并建立施工段与构件之间的联动关系。

图11 综合体实例施工段划分

(3)进度计划与关联：将进度计划与模型构件进行进一步关联，并通过给建筑模型及机械模型添加颜色动画、路径动画以及显隐动画，模拟施工建造过程。

4.3.4 C阶段：检查效果、发现问题

以一区为例，3D模型通过E5D或GFC插件在生成4D模型过程中，会出现部分构件无法识别、分类无法对应、导入模型单体不匹配等问题，这对广联达BIM5D后续的施工管理应用产生了阻碍。第一次循环共处理图元5 360个，其中可识别的图元5 303个，轴网图元54个，未识别图元57个。

4.3.5 A阶段：总结、处理问题

通过深入研究Revit和广联达BIM5D构件间的对应关系以及Revit模型在BIM5D当中的使用方法，结合广联达公司提供的部分资料，整理出解决上述问题的方法：

(1)Revit与广联达BIM5D交互插件使E5D格式为导出文件的格式，一台电脑同时有Revit和广联达BIM5D两种软件时，可在Revit附加模块中直接导出BIM5D图元。

(2)在BIM5D的专业构件类型中，有些构件类型如过梁、筏板基础、台阶等在Revit中没有对应的族，需要用其他族(相似族)代替建模。为在BIM5D中显示正确的专业构件类型，需通过人工更改Revit构件属性(通过重命名的方式修改族类型名称)的方式建模。

(3)对于Revit中的自定义族，需要通过广联达BIM5D插件中设置配置规则，对Revit中的族参数和BIM5D中的构件属性参数及工程量属性进行匹配对应。

4.3.6 下一循环C阶段：检查效果、发现问题

第二次循环共处理图元5 360个，其中可识别的图元5 353个，轴网图元54个，未识别图元7个。进行经验总结，应用到下一个PDCA循环中。

第三次循环共处理图元5 360个，其中可识别的图元5 360个，轴网图元54个，未识别图元0个。进行经验总结，应用到其他施工段中。

4.4 结果成效

(1)在一区施工进度管控中采用结合点二PDCA循环管理法，通过C阶段检查问题得出在3D模型导入生成4D模型过程中，需注意部分构件无法识别、分类无法对应、导入模型单体不匹配问题，对二区施工进度管控产生启示，及时检查、处理与一区相同的问题，使二区施工模拟次数由原来的5次变为2次，即模拟次数减少了60%，模拟时间缩短的同时也减少技术操作人员劳动力，从而实现了2个施工段的整合。

(2)在结合点一施工全过程视角下应用PDCA管理方法，通过模拟时间缩短使事前、事中控制因素更明确，使一区工期缩短至129 d，并提前对二区采取防范措施，使二区工期缩短至119 d，较施工单位合同约定工期提前3.5%。

5 结 语

(1)将BIM+PDCA循环管理方法应用到结合点一(宏观视角下施工全过程进度管控)与结合点二(施工进度管控中重点环节的BIM强化应用)中，不仅使管理目标更加明确，同时管理流程也得到了优化，并为实例应用提供了理论基础。

(2)在应用BIM技术的基础上运用PDCA循环管理理论对某一施工段的进度计划不断模拟，不仅可以缩短本施工段工期，也可将总结的经验应用到其他施工段，减少其他施工段模拟次数，尽早得出其他施工段的最优进度计划，达到缩短工期的目标。

(3)通过某综合体实例再次验证PDCA循环管理理论下的BIM4D进度管控，与单纯使用BIM技术进度管控相比较：进度模拟次数减少了60%，工期提前3.5%，验证了BIM+PDCA在综合体项目进度管控中的可行性，对类似实际工程具有参考意义。