施工階段BIM在工程進度管理中的應用研究

(重慶大學建筑城規學院 重慶 400000)

一、引言

BIM(Building Information Modeling)自 2002 年發布，迅速被國外建筑工程行業廣泛應用。BIM技術，是在 CAD技術基礎上的應用技術變革，將二維圖紙轉換為三維可視化的模型信息，使建筑的模型屬性信息貫穿于項目設計，施工和運行維護的整個工程周期。根據Autodesk的統計數據，使用BIM技術可以將項目生產效率高79%，并且3D可視化更容易溝通。提高企業競爭力66%，使項目工期減少5%-10%，減少協同時間20%-25%[1]。隨著BIM效益被越來越多的從業人員認可，很多地標性工程項目開始引入BIM技術，如上海中心。為了加速推廣BIM技術，政府還出臺了各種政策。明確提出促進 BIM應用的發展目標：到2020年底，筑行業甲級勘察、設計單位和一流的住房建設工程企業應掌握并實現BIM與企業管理系統等信息技術的集成應用[2]。

本文首先研究了BIM技術的相關理論，闡明了BIM的概念和功能。然后，研究傳統的項目進度管理理論，介紹傳統項目進度計劃和執行的特點，并由此產生的各專業間溝通不暢、工期拖延等問題。最后，分析了BIM技術在項目進度管理中的應用過程。研究了BIM技術施工進度管理的實施路線，以及基于BIM技術的工程進度編制方法。同時，在施工過程中，根據實際施工情況，將數據輸入BIM進度管理平臺，對項目進度進行相對準確的動態調整和優化。

研究框架

二、BIM技術相關理論

(一)BIM概念及功能

美國 Chuck Eastman博士在三十年前率先發表建筑信息模型的構想，認為在實際的工程項目中，要加入很多其它學科的成果，有必要將數學理論應用于建筑工程領域，如需求函數的計算，并將建筑信息模型的綜合屬性應用于項目管理。成本管理、進度控制都會做得更加精確，并且信息模型中的數據信息在建筑全生命周期，從監護設計至建筑竣工后的運營維護，信息模型的信息可以被該階段的每個管理者運用[3]。隨著對BIM技術研究的不斷加深，學術界對BIM沒有形成統一的理解，BIM 有多種定義和解釋。2002年，Autodesk提出了“建筑信息模型”的概念，并認為建筑信息模型正處于設計和建造建筑的過程中。創建和使用的可計算數碼信息[4]。目前，更為權威的定義是國家標準“建筑信息模型應用統一標準”中BIM(建筑信息模型)的定義：在整個工程建設階段，功能特征以數字化表達，是設計，施工，運行過程和結果的總稱。[5]

(二)BIM軟件體系分析

BIM 軟件并非單獨的一個軟件，而是多個技術軟件相互配合構成的軟件體系。該軟件只是一種使用BIM技術的媒介，并且在項目施工管理階段的各個方面都有與不同功能相對應的單獨軟件。BIM軟件通常分為BIM建模軟件和BIM管理應用軟件。BIM 建模軟件通常運用于設計部門和施工管理部門的初始階段。市場上常用的大多數BIM軟件都是BIM建模軟件。

在國內建筑行業中使用最廣泛的BIM建模軟件是Autodesk Revit系列軟件。Revit分為 Revit Architecture、Revit Structure 和 Revit MEP 三個板塊，三個板塊分別對應建筑設計、結構設計和設備設計三個專業，通過Revit平臺將三個專業的設計成果整合。

(三)我國BIM應用現狀

在我國香港地區，房地產開發行業已經廣泛應用了 BIM 技術，并在2009 年成立了香港 BIM 學會。我國大陸內地，一些大型地標項目中也逐漸采用了 BIM技術，例如上海中心大廈項目，項目的設計、施工、運營全過程均利用了 BIM技術，成為我國內地的第一個以 BIM建模思想主導的全生命周期的技術標桿[7]。現在建筑行業的各個部門如科研機構、設計企業、軟件公司等均采取適應BIM技術體系的措施，如數量眾多的各類BIM咨詢公司。但是此類公司質量良莠不齊，BIM從業人員的數量與素質遠遠無法滿足日益龐大的建筑市場，雖然 BIM技術在我國內地的發展仍比較滯后，然而，BIM技術在建筑行業的普及已經變得勢不可擋。但是，BIM技術在中國的建筑行業并不受歡迎。傳統的設計行業從設計到施工階段的技術媒介仍以傳統的二維 CAD圖紙為主。

三、傳統項目進度管理相關理論分析

(一)項目進度管理的概念

項目進度管理的過程主要包括：活動定義，活動排序，活動資源估計，活動時間估計，進度優化和進度控制[8]。根據項目建設的主體，進度管理可分為建設單位的進度管理，施工單位的進度管理和監理單位的進度管理。本文主要研究基于BIM技術的施工單位中的進度管理。

(二)施工項目進度計劃編制

施工項目進度計劃編制是指確定項目任務的定義及正確的工序后，考慮資源與效益的平衡，確定項目施工階段各個子任務的開始與結束時間，制定具體的施工項目解決方案，制定初始施工項目進度表。編制方法主要包括甘特圖法，關鍵線法和啟發式資源平衡法。具體采用哪一種方法，要根據項目的規模、緊急性、工期要求等因素決定。下圖是一般建筑項目進度計劃的流程圖。

(三)施工項目進度計劃控制

項目進度控制活動的必要性是因為盡管項目中的每項任務都完美地安排了施工項目進度表，但是，將施工過程項目的進度與計劃進行比較，可以發現施工過程中會出現意外情況。計劃的實施通常存在一些偏差，這要求項目經理糾正偏差并重新調整項目進度。確保項目在指定時間內按照既定要求完成。

項目施工進度的動態控制主要包括三項任務，一是對施工進度實際執行情況的后續檢查;二、整理、統計和分析收集的數據；第三，將工程項目實際進度和原先制定的計劃進度進行對比。項目施工的實際進度和計劃進度可用于使用圖形語言(如甘特圖和網絡圖)直觀地反映兩者之間的差距。項目進度調整的過程包括：分析項目進度偏差形成的原因；偏差對項目工程進度的影響；調整原有的工程項目進度計劃；實施調整后的進度計劃。

根據項目管理的管理水平的差異，項目進度控制的準確性也不同。整個項目進度控制是項目經理在項目中每個節點任務的進度控制。項目主計劃控制的含義時項目部門對項目中的關鍵事件節點的進度控制。項目的詳細進度控制是由各專業部門不同工作人員在項目實施過程中的進度控制[9]。

(四)傳統項目進度管理存在的問題

隨著信息技術的快速發展，項目進度管理方法日益多樣化，BIM技術體系也越來越完善。但因為項目工程的復雜度隨之提高，工期延誤或進度滯后現象仍普遍存在，盡管有詳細的進度計劃橫道圖和網絡圖等做技術支撐，但是，大多數項目進度管理方法仍然落后，這對項目的經濟效益和項目質量產生了不利影響。通過分析傳統項目進度管理的現狀，發現了以下問題：

(1)二維圖紙信息抽象且各專業圖紙之間可能信息矛盾。實際工程中，建筑信息均是以二維的圖紙形式在工程管理人員之間傳遞的，造成了沒有建筑工程相關專業背景和長時間未接觸圖紙的人員無法及時將建筑模型信息及時落實的現象。隨著工程的功能越來越復雜，建筑信息數據量越來越龐雜，單純的圖紙二維信息已無法準確表達建筑模型信息，這也使現場施工人員無法完全解讀施工項目的圖紙信息，難以保證項目質量。在設計階段，建筑專業是工程項目的龍頭專業。保證各專業的設計可以落實到建筑項目中。建筑師需要憑經驗與自身素養完成各專業在工程中的碰撞問題，根據項目的復雜情況，這需要付出難以估量的工作量，造成人力的浪費，且無法從設計根源上保證工程設計圖紙的準確無誤；

(2)項目資源，項目成本和項目進度無法及時調整。在整個建設項目的建設階段，進度，質量和成本三個方面是對立的關系。例如，如果項目進度加快，項目質量可能達不到預期目標，人力資源成本和建筑材料成本將增加。因此，在建設項目的進度管理中，各種因素的及時動態控制非常重要。

四、BIM技術在工程進度管理中的應用過程

(一)BIM模型建立及進度數據生成

1.BIM模型建立

目前，我國建筑行業建立BIM模型有兩種主要方式：一是在三維建模軟件環境中直接建模，以 Autodesk Revit 為例，Revit 建模分為三個部分，建筑模型、結構模型和建筑設備模型。Revit 是將三個部分整合的平臺。將三個建筑設計方向的元素通過三維模型的方式直觀地組合，使建筑設計、結構設計、設備設計的配合更加緊密。在建筑設計單位提供的建筑信息模型的基礎上，加入建筑建材的采購信息，施工工序等，即實現了設計單位和施工單位的無縫連接。這種方式設計方與施工方都是在同一種軟件環境下工作，所以工作效率較高，減少施工管理單位二次建模的失誤。但是由于 BIM技術在我國的建筑行業尚不普及，尤其在我國的民用建筑設計市場，傳統的施工圖交底還是以二維 CAD圖紙為主，同時 Revit等建模軟件對建筑設計人員的使用有待優化，傳統施工圖設計人員習慣于二維圖紙的簡便表達，還未對 BIM技術的便捷性足夠重視，同時，BIM技術的運用是成體系的，由于我國建筑行業的 BIM從業人員較少，成熟的 BIM技術團隊更少，因此，這種建模方式大量存在于國有建筑企業的大型項目。

另一種方式是在設計單位提供的二維 CAD 圖紙的基礎上，將二維圖紙信息導入到 BIM建模軟件當中，建立三維建筑信息模型。這一部分工作目前通常由外包的BIM團隊完成。解決現有的建筑設計人員對BIM軟件無法熟練運用的現狀，同時由于現在建筑設計的周期較短，運用BIM建模會增加額外的人力成本。這種方式是BIM技術在我國普及階段的一種過渡方式。由于專業的 BIM三維建模人員對圖紙設計意圖的不明確，使得部分建筑信息在此階段會丟失或發生失誤，它阻礙了設計方與施工方之間的溝通。而后，施工方在通過二維圖紙信息生成的建筑信息模型中加入建筑施工信息，完成三維的建筑信息模型在施工管理中的運用。隨著BIM技術的日益普及，這種BIM模型的建立方式將越來越少。

2.施工工程進度管理數據生成

3D建筑信息模型建立后，在信息模型中加入施工時間等工程管理信息，此為施工進度計劃制定的準備工作，完成工程進度基本數據的生成。應用傳統的WBS方法，確定各個階段的任務。根據施工任務和施工時間確定初步施工進度表，以生成甘特圖。此類操作在Microsoft Project 等項目管理軟件中完成。

(二)BIM技術工程進度計劃編制

1.基于BIM技術的工程進度管理軟件

隨著信息技術的快速發展，建設項目進度不再基于傳統的手工繪圖，而是項目進度由計算機直接生成。當前管理軟件廣泛用于建設項目進度表的制作，如Microsoft Project。根據項目工作的工作時間和施工過程的要求，直接生成施工項目的施工進度。

2.工程進度計劃編制

首先應收集工程項目的基礎信息，明確每一項子項目的具體要求。根據項目要求，建立項目任務列表。確定項目任務的過程是在WBS 的指導下完成的。基于實際工程項目的要求，分解工作結構，建立相關的任務列表。向 Project 輸入任務的建立的方法有以下幾種：第一，工程項目整體考慮，基于任務計劃的先后次序建立任務列表；第二，直接添加任務，先列出重大任務，忽略工序的安排和相關的任務項目的分類等，隨后，再對項目進行歸類和工序的調整，生成任務列表；第三，首先對項目任務進行分類，然后根據項目的主要和次要關系生成項目任務列表。

在上一步驟的基礎上就可建立任務大綱。隨后定義項目 WBS 編碼，定義WBS也可以與創建任務列表同時進行。制定建設項目進度表。將每個任務需要的人力、設備等資源導入到任務列表中。這一項工作在Project中完成。編制全面的施工項目進度表。這一項任務的主要作用是將工期、工序之間的關系明確，有益于加快項目進度、提高項目施工效率。

(三)BIM技術進度計劃在施工階段的優化及調整

1.進度信息采集平臺的建立

項目施工過程，為實現建設單位在施工各個階段、各個部門均可以及時信息交流，在施工過程初始階段建立進度信息采集平臺：該平臺使用建筑信息模型來集成和更新建筑數據信息，協助項目經理進行有效的項目管理。平臺基于施工前和施工實施過程中分為BIM模擬系統和BIM真實系統2個部分；根據建筑信息的層次，分為模型層，控制層和應用層。

2.BIM真實模型的應用

將BIM模擬信息模型中建筑構件的屬性和材料數據與實際項目購買的建筑構件信息進行比較。將 BIM模擬模型中的建筑構件與真實建筑構件進行一一對應，并把 BIM模擬模型中的建筑構件基于實際工程構件信息進行替換，便得到實際項目的構件，最終生成 BIM真實模型。通過BIM真實模型的視圖板塊，可以直接顯示實際工程項目的施工進度，在項目技術交底與工程管理人員會議時進行高效直接的溝通；同時，利用BIM真實模型與BIM模擬模型進行對比，對工程進展的方向更好把控，對項目的預期、定位會更加準確。項目完成后，修改 BIM真實模型中的數據信息使其可以表達實際工程項目中的的所有工程信息，并刪除在設計階段和施工階段輸入的額外更改數據。保存運行和維護階段所需的必要建筑設備數據，生成項目竣工模型?？梢允褂每⒐つＰ蜕身椖靠⒐D紙等。

五、結論

傳統的施工進度管理方法難以滿足日益復雜的項目工程管理的需要。由于BIM技術具有對項目模型數據與管理數據的整合的特點，符合了現在建筑行業面對復雜超高層等高新技術項目的建設需求。BIM技術在我國尚未普及，無法形成專業，成熟的BIM技術應用體系。相信隨著BIM技術的不斷發展和完善，BIM技術在施工進度管理方面的應用會更深入更廣泛，助力施工企業實現精細化的項目管理，提高其獲利水平。