基于BIM 的裝配式建筑工程施工進度管控方法

楊 旭

（福州市建總投資發展有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在當今建筑行業中，裝配式建筑工程以其高效、環保、節能等優勢，逐漸成為發展趨勢。然而，裝配式建筑工程的施工進度管控卻是一項復雜且富有挑戰性的任務。傳統的施工管理方法已難以滿足現代建筑工程的需求，因此，尋求一種更為先進、高效的技術手段來提升施工進度管控能力顯得尤為重要。建筑信息模型（BIM）技術作為一種新興的數字化工具，在建筑行業中得到了廣泛應用。該技術通過三維數字化模型，將建筑工程的物理和功能特性進行集成管理，為項目的規劃、設計、施工和運營等階段提供了強大的信息支持。近年來，隨著BIM技術的不斷發展和完善，其在裝配式建筑工程施工進度管控中的應用也逐漸顯現出其獨特的優勢。

近年來，眾多學者已經對進度管控方面進行研究，并已經取得一定研究成果。如張志偉等[1]基于BIM+智慧工地平臺開展樁基施工進度管理方法的研究。再如白宇等[2]基于BIM 技術，提出了一種施工進度精細化管控方法，并將其運用于實際工程之中。尹欣等[3]亦提出并建立了一種基于BIM 技術的鋼結構施工智能管控平臺。以上三種方法均可用于施工進度管控，在一定程度上也證明了BIM 技術適用于裝配式建筑工程施工進度管控，可提供豐富的數據支持，幫助施工單位制定更為科學合理的施工進度計劃，提高施工效率。雖然該技術在裝配式建筑工程施工進度管控中的應用具有廣闊的前景，但目前在實際應用過程中仍面臨一些挑戰和問題，為此提出BIM 技術在裝配式建筑工程施工進度管控中的應用研究。

1 裝配式建筑工程施工進度管控方法設計

1.1 基于BIM 搭建裝配式建筑工程施工進度模型

BIM 技術在裝配式建筑工程施工進度管控中的應用過程可以分為工程施工進度模型搭建、施工進度偏差分析以及施工進度優化三部分，以此來實現對工程施工進度的管控，其架構圖如圖1 所示。

圖1 基于BIM 技術的進度管控架構圖

為了借助BIM 技術對工程施工進度進行管控，首先選取BIM 軟件搭建工程進度模型，收集裝配式建筑工程總進度計劃編制以及被分解完成的二級進度計劃信息，同時還需要收集建筑工程其他相關信息，包括建筑面積、高度、結構等基礎數據，將建筑的基礎數據導入到BIM 軟件中，建立建筑3D 模型。在使用BIM 軟件建立裝配式建筑工程3D 模型前，對裝配式建筑工程中各個階段的問題進行詳細的檢查，以便能及時地找到問題并進行改進。

將收集的進度信息導入到BIM 軟件中，利用BIM 軟件中Project 對工程各個施工項目進度任務錄入，不需要考慮施工的次序，直接添加施工項目進度任務，創建完所有的施工進度任務后，對其順序進行重新統一調整[4]。而工程的裝配式構件安裝施工項目進度任務要按次序輸入，在對前期的工程資料進行總結與分析之后，對施工工序進行有秩序的安排，并根據施工次序對主要工序和次要工序進行排序添加，以此在BIM 軟件中生成了建筑工程施工進度數據，并創建一個有序的施工列表，用于模擬施工進度計劃[5]。將施工進度數據轉換成DWF/DWFX文件，利用BIM 軟件中Naciswork 將文件集成到之前構建的建筑3D 模型中，構建了工程進度BIM 模型，該模型將建筑三維立體空間與進度時間融合[6]。在此基礎上，在BIM 模型上添加進度影響因素，考慮到裝配式建筑施工進度主要受到天氣條件、施工機械維修、施工物資供應以及施工勘察設計影響，因此在BIM 模型中建立進度影響因素集，用公式表示為：

式中，K表示建筑施工進度影響因素集；C表示施工天氣條件；L表示施工物資供應及時率；M表示施工機械維修率；E表示施工勘查設計準確率[7]。以此形成一個系統的進度信息模型，該模型采用正序模擬和逆序模擬方式，以月份、星期和天數為時間單位模擬建筑工程施工進度，為后續進度偏差分析奠定基礎。

1.2 施工進度偏差量化

在建立的建筑工程進度BIM 模型基礎上，通過模擬施工進度，分析各個因素對建筑工程施工進度的影響，評估建筑進度風險，量化出建筑工程施工進度偏差。建筑工程進度BIM 模型對施工進度的模擬分為計劃、執行、檢查以及處理四個環節，具體如圖2 所示。

圖2 裝配式建筑工程施工進度BIM 模擬示意圖

如圖2 所示，在施工進度BIM 模型中對每個項目施工計劃（Plan）進行模擬執行（Do），采用賦權法對施工進度風險進行檢查（Check），其用公式表示為：

式中，εi表示裝配式建筑工程第i個施工項目進度風險指數；j表示施工進度BIM 模型中設置的影響因素數量；ij?表示第i個施工項目第j個影響因素權重系數；Kij表示第j個影響因素值（天氣條件為惡劣天氣數量）[8]。在施工進度BIM 模型中設置一個閾值，通常情況下該閾值取值為0.35，當超出閾值則表示當前執行的施工進度計劃存在較大的風險，需要對其進行處理（Action）[9]。建筑工程施工進度計劃處理的依據為進度偏差，因此在進度模型處理（Action）環節中對進度偏差進行量化。依據施工進度計劃模擬時，需要對施工工期延長率、施工等待時差以及施工開始工期增加率進行計算，其中施工工期延長率計算公式為：

式中，H表示建筑工程第i個項目施工工期延長率；Wi表示第i個項目原計劃施工工期天數。每個施工項目完成后需要等施工設備、材料、勘查等準備工作完成后再進行下一步項目施工，因此根據兩個項目搭接關系系數計算出施工等待時差：

式中，T表示建筑工程第i個項目施工等待時差；γ表示兩個項目搭接關系系數；F表示原進度計劃中第i個項目施工等待時差。對于施工開始工期增加率可以根據原計劃施工開始工期和BIM 模擬施工開始工期計算，其計算公式為：

式中，N表示建筑工程第i個項目施工開始工期增加率；ν0表示BIM 模擬施工開始工期[10]。根據以上計算得到的數據，計算出裝配式建筑工程第i個項目施工進度偏差，計算公式為：

式中，α表示裝配式建筑工程第i個項目施工進度偏差；ρ表示第i個項目計劃施工進度時長，以此完成對建筑工程施工進度偏差的量化。

1.3 施工進度管控

根據量化到的建筑工程施工進度偏差，對建筑工程施工進度計劃進行優化和調整，在裝配式建筑工程施工進度BIM 模型中設定施工工期延長率、施工等待時差以及施工開始工期增加率均為零，將其代入到公式（3）（4）（5）中，求出不延長施工工期、不增加施工開始工期以及沒有施工等待時差情況下，第i個項目施工工期天數、施工開始工期以及兩個項目搭接時長等進度參數[11]。通過在BIM 模型中設計施工進度計劃調整規則，對進度計劃進行調整，根據施工進度管控需求，此次設計四個調整規則：

規則1：最大限度地降低天氣風險。在此基礎上，對施工過程中的不良天氣情況進行精細辨識與預報，根據不利的氣象條件，制定出相應的對策，并對具體的施工計劃與方案進行優化。

規則2：調整材料供給計劃。根據裝配式建筑工程施工需求，對工程施工所需材料進行重新整理，儲備足夠的施工材料，合理地設計出物流計劃，提前將施工材料運到工地，并對其進行有效管理。

規則3：調整建筑工程施工機械設備管理計劃。對工程建設中需要的機械設備進行重新核算，對機械設備進行定期維護和檢查，以保證設備的正常運轉。

規則4：調整工程勘查設計，采用科學合理的方法和技術，對建筑工程施工現場進行綜合勘探，及時調整勘查設計方案，降低勘查設計不合理引起的進度設計變更的可能性，為建筑工程施工提供可靠的數據支持。

綜上，根據BIM 模型中識別到的風險比較高的進度影響因素，選擇相應的規則，以此降低進度風險，實現對建筑工程進度計劃的調整，實現裝配式建筑工程施工進度管控。

2 實驗論證

2.1 工程案例概況

以某商業綜合體項目為例，該項目工程類型為商業建筑，使用裝配式混凝土剪力墻結構，是典型的裝配式建筑工程，工程占地面積為11 523.14m2，建筑面積為11 267.84m2，工程由1棟主樓和2 棟副樓組成，建筑高度分別為56、34m，建筑樓層分別為10 和8 層，建筑整體使用年限均為50 年，耐火等級為一級。該工程合同設計工期為510d。以此為基礎，開展后續研究。

2.2 實驗結果與討論

利用本文設計方法對該裝配式建筑工程施工進度管控，為了保證實驗數據與實驗結果具有一定的說明性，將本文方法與文獻[1]方法、文獻[2]方法對比分析。該工程施工項目共8 個，表1 統計了8 個施工項目實際進度與計劃進度對比數據，通過對比實際施工進度與計劃進度，分析三種方法應用下施工進度提前與延誤情況。為了進一步檢驗方法的適用性，對建筑工程成本降低率進行了統計。施工進度管控的主要目的是降低施工成本，提高工程經濟效益，而成本降低率可以反映出施工進度管控的經濟性能，成本降低率計算公式為：

表1 工程計劃進度與實際施工進度對比（單位：d）

式中，YRK表示建筑工程施工成本降低率；YH表示實際施工成本；YH0表示施工成本預算值。三種方法應用下工程施工成本降低率結果如表2 所示。

表2 裝配式建筑工程成本降低率

對比表1 中數據可以看出，在設計方法應用下該裝配式建筑工程施工進度比計劃進度提前了37d，每個項目施工進度都在計劃進度內完成，而文獻[1]方法施工進度僅比計劃進度提前3d，而且項目2、3、8 出現了施工進度延誤情況，文獻[2]方法施工進度僅比計劃進度提前9d，部分項目也出現了施工進度延誤情況，因此在工期縮短情況來看，本文設計方法優勢更大一些。對比表2 中數據可以看出，該裝配式建筑工程施工成本降低率綜合值為14.15%，文獻[1]方法、文獻[2]方法分別為1.46%、1.75%，遠遠低于本文方法，因此從經濟性方面本文設計方法也具有良好的優勢。通過以上對比和分析證明了，本文方法更適用于裝配式建筑工程施工進度管控。

3 結論

本文詳細探討了BIM 技術在裝配式建筑工程施工進度管控中的優勢和作用，分析了其在施工進度計劃制定、施工過程監控和施工進度優化等方面的具體應用。實驗結果表明：

（1）應用所提方法進行施工進度管控，施工進度比計劃進度提前了37d，優于對比方法，管控效果較好。

（2）應用所提方法進行施工進度管控，該裝配式建筑工程施工成本降低率綜合值為14.15%，管控效果優于對比方法。