基于BIM技術的建筑施工動態管理方法

周國林

安徽水利開發有限公司 安徽 蚌埠 233000

引言

與普通建筑不同，高層建筑的高度較高，施工人員的安全無法保障，從高處墜樓、被重物擊倒、被掉落的玻璃砸傷等問題層出不窮，由此造成的施工人員死亡事件持續增加[1-3]。除建筑施工過程中，材料過度使用、浪費等現象頻發，施工成本一再增加，提高了整個工程的施工壓力，無法保障工程承包的經濟效益[4]。BIM技術主要是以建筑施工項目的相關數據作為模型構建的基礎，通過建筑信息、施工信息，以及其他信息的集成，可以保證施工的有效性。因此，本文利用BIM技術，對建筑施工進行動態管理，減少建筑的使用成本，進而提高建筑領域的經濟效益。

1 建筑施工動態管理方法

1.1 提取建筑施工的動態變化軌跡

建筑施工過程中，施工現場是一個整體，存在一定的動態變化軌跡。該軌跡中的各個組成元素之間相互關聯，元素之間的功能疊加，形成了一個新的功能，成為動態變化中的最大優勢[5]。對于建筑施工而言，動態變化軌跡不斷變化，受到施工環境因素的影響，建筑本身存在著較多的安全缺陷，在不安全的狀態下，施工過程的任何一個物質均為成本增加的主要原因；在人為不安全性行為的狀態下，施工階段的物質、事故受害方為成本增加的主要原因[6]。建筑施工的動態變化理論如下圖1所示。

圖1 建筑施工的動態變化理論圖

如圖1所示，施工環境因素是整個建筑施工過程成本增加的基礎原因，安全缺陷為施工過程的間接原因，不安全狀態為施工材料的客觀原因，不安全行為為施工人員事故的直接原因[7]。以上原因皆為成本增加的主要原因。本文根據建筑施工過程中的環境因素、管理因素、行為因素，對建筑施工的動態變化軌跡進行分析。

施工過程中，時時刻刻都在發生變化，施工設備、施工材料、施工人員等都在不斷變化。本文為了使建筑施工更加適應這種動態變化性，將動態變化因素、施工環境、管理監督水平、不安全行為等因素進行提取，并在施工過程中不斷調整變化因素，進而使施工管理水平提高。

1.2 基于BIM技術構建施工動態管理模型

本文在進行施工動態管理過程中，受到環境因素的影響較大，本文在提取出動態變化軌跡之后，利用BIM技術構建出施工動態管理模型。本文在模型構建之前，將施工勞動力、施工材料、施工工期、施工環境等過程進行動態管理。假設建筑施工工期為管理模型的目標函數，并將施工環境因素作為主要管理擾動系數。在施工環境的擾動下，對管理模型的目標函數進行調整，公式如下：

式（1）中，M為調整之后的目標函數；為最小工期約束條件；ti為標準層施工參數； Δt為施工等待時間；Pi為動態管理系數。其中，i為常數，當 Δt=0時，為BIM視角下的最佳時序約束系數[8]。根據目標函數的約束條件，在建筑主體結構的剪力墻施工過程中，將必要的等待時間 Δt設定為1.5d，現澆筑的部分施工工期設定為6d，則施工期間的最小目標函數為：

上述施工建設的動態管理以材料管理、進度管理等為主，利用BIM技術，對施工過程中產生的浪費現象進行跟蹤控制，從而提高建筑施工動態管理水平。

1.3 消除施工管理的靜態因子

為了實現施工過程中的動態管理，本文在模型建設的基礎上，對其進行靜態因子消除處理。在施工過程中，靜態因子包括了施工人員管理、施工材料的管理、施工機械的管理。施工人員等靜態因子管理存在局限，計劃與變化之間的關系較小，在施工環境可控的情況下，以靜態的形式呈現在施工管理過程中。消除靜態因子的過程為：

式（3-5）中，G為靜態因子消除的線性函數；vi為施工主體結構與材料使用量的資源約束條件；pi為靜態因子的空間約束條件；xi為施工人員數量；F為施工進度；ri為工程項目的養護時間；gi為消除靜態因子之后，建筑疊合板安裝時的影響因子；χi為施工階段的最優工期值。消除靜態因子之后，建筑施工過程中出現的靜態變化減少，甚至可以忽略不計，施工人員作為施工過程中較為活躍的因素，動態變化的積極性更高，人員管理水平隨之提高。機械管理方面無須考慮，每臺機械均能在保證施工需求的基礎上，發揮出最大的施工效率。因此，使用本文設計的方法之后，動態監控管理水平更高，成本管理水平隨之提升，材料浪費的情況隨之減少。

2 實例分析

2.1 工程概況

為了驗證本文設計的施工動態管理方法是否具有實用價值，本文以蚌埠市某建筑施工工程為例，對上述方法進行實例分析驗證。建筑施工工程為住宅小區建設工程，項目建筑面積約30623.45m2。計劃地上建設20層，地下建設2層。考慮到BIM技術的管理、可視化、集成性、協調性、出圖性等優勢，本文采用BIM技術，對工程進行動態管理。在施工單位簽訂項目合同之后，工程處于施工前準備階段，在BIM技術的指導下，開展BIM三維模型構建工作。建筑施工工程的三維外觀模型如下圖2所示。

圖2 BIM建筑外觀模型

如圖2所示，建筑工程建設分別為20層主樓、機電及相關設備室、地下車庫等。本文根據施工時間段、施工樓層等的不同材料需求，對建筑材料需求量進行計算。并以此為基礎，確定施工組織設計、施工圖紙設計等階段的動態管理約束指標，各個施工階段的動態管理約束指標如下表1所示。

如表1所示，在建筑施工的各個階段中，動態管理約束指標較高，均能超過0.850的合格標準，動態管理效果較佳。其中，建筑物軸線觀測階段的動態管理約束指標為1.000，達到了管理的完美標準，定位測量放線階段、交工驗收階段的動態管理約束指標為0.999，無限趨近于“1”。因此，使用本文設計的建筑施工動態管理方法的管理水平較高。

表1 動態管理約束指標

2.2 應用結果

在上述條件下，本文選取建筑工程中的木材、石材、鋼材、水泥、金屬、涂料、油漆、貼面瓷磚、特效玻璃、密封層、復合材料等建筑材料，在建筑施工成本的最大單位用量一致的條件下，使用本文設計的建筑施工動態管理方法，對建筑材料進行動態管理，由此得出，使用此方法之后的施工成本單位用量如下表2所示。

表2 應用結果

如表2所示，使用本文設計的管理方法之后，建筑施工成本更低，管理水平較高，符合本文研究目的。

3 結束語

近些年來，城市人口日益增加，建筑行業空前發展。為了減少建筑占地資源，提高人員入住率，高層建筑形式應運而生。高層建筑形式普遍采用裝配式結構，新工藝、新材料的使用，使建筑建造從粗放式轉變成了精細化，裝配式結構的建筑方式更具有環保性能，對于人們的居住與辦公環境提供了便捷條件。但是，在此建造環境下，建筑施工材料浪費較多，建筑施工成本隨之提高。因此，本文利用BIM技術，對建筑施工進行動態管理。從提取施工變化軌跡、構建管理模型、消除靜態因子等方式，對建筑施工進行全周期的管理，實時管理材料浪費、使用過度的現象，真正意義上減少建筑施工成本。