基于BIM三維模型和動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理的高速公路施工建設(shè)進(jìn)度控制研究

文章針對(duì)傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法在動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)性和信息實(shí)時(shí)更新上的局限性，提出了BIM三維模型技術(shù)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理方法，并通過(guò)運(yùn)用Revit2017及Navisworks Manage軟件，構(gòu)建了BIM三維動(dòng)態(tài)模型。結(jié)果表明，該方法能夠有效推動(dòng)BIM技術(shù)在高速公路建設(shè)行業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用，不僅提能高進(jìn)度控制的精度和效率，而且能增強(qiáng)施工管理的適應(yīng)性和靈活性，對(duì)于促進(jìn)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度管理現(xiàn)代化具有現(xiàn)實(shí)意義。

BIM技術(shù)；動(dòng)態(tài)優(yōu)化；進(jìn)度控制

U491.1+16A622123

作者簡(jiǎn)介：

馬" 軍（1981—），碩士，高級(jí)工程師，主要從事公路施工管理工作。

0" 引言

高速公路作為國(guó)家交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其建設(shè)進(jìn)度的有效控制以及優(yōu)化對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)和資源的合理配置具有重要意義［1］。傳統(tǒng)高速公路施工進(jìn)度控制方法在適應(yīng)現(xiàn)代高效工程建設(shè)需求和利用信息技術(shù)方面存在明顯不足，在資源管理和應(yīng)對(duì)項(xiàng)目變化方面缺乏動(dòng)態(tài)優(yōu)化。在此背景下，BIM技術(shù)為施工管理提供了新的視角和方法［2-3］。本文將BIM技術(shù)與動(dòng)態(tài)優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用于高速公路施工進(jìn)度控制領(lǐng)域。這一模式不僅提高了進(jìn)度控制的精度和效率，而且增強(qiáng)了施工管理的適應(yīng)性和靈活性，期望能為高速公路建設(shè)領(lǐng)域的項(xiàng)目管理實(shí)踐提出新的思路，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)周期縮短、成本降低，同時(shí)使施工質(zhì)量提高，推動(dòng)BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外高速公路建設(shè)中的廣泛應(yīng)用。

1" 施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型的構(gòu)建

1.1" 動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理控制框架構(gòu)建

高速公路建設(shè)項(xiàng)目由于其復(fù)雜性和規(guī)模龐大，要求管理者能夠高效處理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)資源，確保項(xiàng)目能夠按時(shí)按質(zhì)完成［4-6］。本文采用PDCA循環(huán)方法構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理控制框架，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析工程進(jìn)度數(shù)據(jù)，能夠快速響應(yīng)項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題和變化。這不僅可以提供直觀的工程信息展示，還能結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)和優(yōu)化工程進(jìn)度，完成資源配置。相比傳統(tǒng)管理手段，這種方法能顯著提高信息的透明度和決策的精準(zhǔn)度［7］。動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理控制框架能確保項(xiàng)目在復(fù)雜多變的環(huán)境中控制進(jìn)度和預(yù)算，同時(shí)提高對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)見(jiàn)性和應(yīng)對(duì)能力，這對(duì)于優(yōu)化項(xiàng)目投資回報(bào)和提升建設(shè)質(zhì)量至關(guān)重要。如圖1所示為PDCA動(dòng)態(tài)循環(huán)優(yōu)化管理控制示意圖。

由圖1可知，優(yōu)化策略通過(guò)規(guī)劃（Plan）階段確定項(xiàng)目目標(biāo)和制定詳細(xì)的施工計(jì)劃，利用BIM技術(shù)的高度集成性和可視化特點(diǎn)，為施工階段的準(zhǔn)備工作提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在執(zhí)行（Do）階段，框架集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)展，確保活動(dòng)按照既定計(jì)劃進(jìn)行，同時(shí)調(diào)整資源分配以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況［8］。在檢查（Check）階段，框架通過(guò)對(duì)比計(jì)劃與實(shí)際執(zhí)行情況，分析偏差來(lái)源。利用BIM模型的動(dòng)態(tài)更新和變更管理能力，在三維空間中直觀展示進(jìn)度的偏離情況，便于管理者識(shí)別問(wèn)題所在，并快速做出調(diào)整［9］。在行動(dòng)（Act）階段，基于前面階段的分析和反饋，該框架支持制定改進(jìn)措施，優(yōu)化施工流程和資源配置，從而閉合循環(huán)，形成一個(gè)連續(xù)的改進(jìn)過(guò)程。該動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理控制框架的核心在于能夠?qū)鹘y(tǒng)的線性、靜態(tài)的工程管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)循環(huán)、動(dòng)態(tài)的過(guò)程。在此過(guò)程中，管理者不僅能夠應(yīng)對(duì)即時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，還可以預(yù)測(cè)和準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)未來(lái)可能發(fā)生的事件，從而實(shí)現(xiàn)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的持續(xù)優(yōu)化和進(jìn)步。

1.2" 施工周期屬性指標(biāo)控制

高速公路工程通常具有嚴(yán)格的工期要求，任何施工周期的延誤都可能導(dǎo)致成本的增加、投資回報(bào)的下降，以及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生負(fù)面影響［10］。因此，確保施工周期屬性指標(biāo)得到有效控制，是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些指標(biāo)包括施工任務(wù)的起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、完成狀態(tài)等，其共同決定了項(xiàng)目的總體進(jìn)度［11］。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行精確控制，管理者能夠確保每個(gè)施工階段都能按計(jì)劃進(jìn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正偏差，避免產(chǎn)生連鎖反應(yīng)導(dǎo)致整體工期延誤。施工周期屬性指標(biāo)控制不僅僅是一種反應(yīng)機(jī)制，更是一種預(yù)防機(jī)制。通過(guò)對(duì)施工周期進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃和監(jiān)控，可以預(yù)測(cè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，提前進(jìn)行資源調(diào)整和進(jìn)度修正。這種前瞻性管理能夠減少不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，提高施工的效率和質(zhì)量。

此外，施工周期屬性指標(biāo)控制有助于增強(qiáng)項(xiàng)目的透明度和各參與方的溝通，確保所有相關(guān)人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度有清晰的認(rèn)識(shí)和共同的目標(biāo)。在變化不定的施工環(huán)境中，這種及時(shí)的信息反饋和溝通機(jī)制對(duì)于維護(hù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的協(xié)調(diào)和高效執(zhí)行至關(guān)重要。因此，施工周期屬性指標(biāo)控制是確保高速公路建設(shè)項(xiàng)目按期、按質(zhì)、按量完成的必要條件，直接關(guān)聯(lián)到項(xiàng)目成功的概率，對(duì)投資方以及建設(shè)方都有深遠(yuǎn)的影響。

基于BIM三維模型和動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理的高速公路施工建設(shè)進(jìn)度控制研究/馬" 軍

1.3" BIM動(dòng)態(tài)三維模型的構(gòu)建

研究利用Revit2017軟件的高級(jí)建模功能，基于精確的數(shù)字地面模型和詳盡的設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)，構(gòu)建了高速公路工程的基礎(chǔ)三維模型。這個(gè)三維模型不僅反映了高速公路的幾何特征，還集成了與建設(shè)相關(guān)的諸多信息，包括材料屬性、施工工序和時(shí)間安排等。這一模型建立標(biāo)志著BIM技術(shù)應(yīng)用于工程管理中的初步應(yīng)用，為后續(xù)的動(dòng)態(tài)管理打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨后，將基礎(chǔ)模型導(dǎo)入Navisworks Manage軟件，以進(jìn)一步強(qiáng)化其管理與協(xié)調(diào)功能。Navisworks Manage軟件能夠?qū)?xiàng)目的各個(gè)階段進(jìn)行時(shí)間線分析，將施工進(jìn)度與模型的物理表現(xiàn)結(jié)合起來(lái)，直觀地展示項(xiàng)目進(jìn)度并預(yù)測(cè)未來(lái)的施工任務(wù)。此外，Navisworks Manage軟件的功能還包括對(duì)施工過(guò)程中可能發(fā)生的空間沖突進(jìn)行檢測(cè)，以及模擬施工順序和邏輯，確保施工策略的可行性和優(yōu)化資源的配置。這些功能使管理者能夠在模擬環(huán)境中提前識(shí)別和解決潛在問(wèn)題，從而避免現(xiàn)場(chǎng)施工中的延誤和成本溢出。通過(guò)BIM動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建，可以為高效、精確的高速公路施工管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。結(jié)合以上所構(gòu)建的模型，針對(duì)工期的動(dòng)態(tài)追蹤，建立工期數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合工期所遇到的問(wèn)題，構(gòu)建工期預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)以及工期問(wèn)題對(duì)策庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理目標(biāo)。針對(duì)安全管理問(wèn)題，構(gòu)建安全數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合實(shí)際情況構(gòu)建安全問(wèn)題對(duì)策庫(kù)以及安全預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)在施工管理中的安全管理目標(biāo)。輸入的數(shù)據(jù)則通過(guò)BIM技術(shù)模型進(jìn)行處理，處理后即可獲得預(yù)測(cè)的信息數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)在施工流程中的動(dòng)態(tài)評(píng)估以及響應(yīng)。如圖2所示為施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型的流程。

由圖2可知，一旦輸入指標(biāo)被集成到模型中，BIM軟件便利用內(nèi)置的算法處理這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行工期和資源的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。模型能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)工期，通過(guò)對(duì)比原始計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度，迅速識(shí)別可能出現(xiàn)的偏差，并提供修正措施的建議。同時(shí)，利用三維模型對(duì)工程的每一步施工活動(dòng)進(jìn)行模擬。模型還可以預(yù)測(cè)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，輸出安全評(píng)估指標(biāo)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工人員采取預(yù)防措施，確保施工安全。綜上所述，BIM三維模型的流程圖不僅展現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的技術(shù)路徑，也闡釋了如何通過(guò)現(xiàn)代管理工具實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，確保高速公路工程項(xiàng)目可以在保證質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間和成本效益的最大化。

2" 施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型的測(cè)試

為了對(duì)所提出的高速公路施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型的實(shí)用性以及可用性進(jìn)行驗(yàn)證，本研究選擇了相關(guān)施工項(xiàng)目的歷史數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)輸入到模型中，預(yù)測(cè)工期的進(jìn)度時(shí)間、安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)模型輸出的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況的偏差進(jìn)行考察，驗(yàn)證其實(shí)際可用性。測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，本研究所提出的高速公路施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值基本吻合，準(zhǔn)確率為99.8%，滿足實(shí)際使用中的精度要求。

本研究進(jìn)一步邀請(qǐng)了項(xiàng)目管理、總工、施工員以及安全員，對(duì)該模型在實(shí)際工程施工中的可用性以及實(shí)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分結(jié)果如下頁(yè)圖3所示。

從下頁(yè)圖3（a）中可以看出，本研究所提出的模型在所有的人員中均獲得了較高的評(píng)分，表明該施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理BIM三維模型能夠準(zhǔn)確地輸出項(xiàng)目工期進(jìn)度預(yù)測(cè)、安全評(píng)價(jià)指標(biāo)以及質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)評(píng)估以及預(yù)警。如圖3（b）顯示，在不同項(xiàng)目階段，不同專家對(duì)其進(jìn)行了評(píng)分。總體而言，每個(gè)項(xiàng)目階段的評(píng)分均＞8.0，證明各個(gè)方面的專家對(duì)工程滿意度較高。實(shí)際施工數(shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)圖4。

如圖4（a）所示，在基礎(chǔ)施工階段，本研究提出的方法在時(shí)間上提前了約6.67%，而傳統(tǒng)方法則延遲了16.67%。橋梁建設(shè)和路面鋪設(shè)階段同樣顯示出本研究方法較計(jì)劃時(shí)間分別提前了3.33%和5.56%。安全檢測(cè)和項(xiàng)目收尾階段也呈現(xiàn)了相似的趨勢(shì)，本研究方法比計(jì)劃均提前了10%，而傳統(tǒng)方法分別延遲了10%和20%。整體而言，本研究方法在各個(gè)階段均能有效降低實(shí)際施工的時(shí)間偏差。如圖4（b）所示，5個(gè)階段中本研究方法的按時(shí)完成率比傳統(tǒng)方法分別高出8%、14%、16%和17%。這一趨勢(shì)表明，本研究方法在項(xiàng)目的早、中、晚各階段均能更好地控制進(jìn)度，尤其在項(xiàng)目的關(guān)鍵后期階段，能顯著提高工程按期完成的可能性。

3" 結(jié)語(yǔ)

此次研究引入BIM三維模型和動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理，提升了高速公路施工的進(jìn)度控制精度，克服了傳統(tǒng)方法的局限性。通過(guò)Revit和Navisworks軟件，研究建立了一個(gè)實(shí)時(shí)更新施工指標(biāo)的動(dòng)態(tài)模型，改進(jìn)了工期預(yù)測(cè)和安全評(píng)估。在實(shí)證分析中，通過(guò)對(duì)實(shí)際施工數(shù)據(jù)的分析，結(jié)果顯示所構(gòu)建模型對(duì)工期的預(yù)測(cè)與實(shí)際施工工期的吻合度高達(dá)99.8%，表明該模型具有極高的精確度和可靠性。在基礎(chǔ)施工階段，本研究方法提前了6.67%，相比之下，傳統(tǒng)方法延期了16.67%。在橋梁建設(shè)和路面鋪設(shè)階段，本研究方法分別提前了3.33%和5.56%。在安全檢測(cè)與項(xiàng)目收尾階段，本研究方法可進(jìn)一步加快進(jìn)度，比計(jì)劃時(shí)間均提前了10%，相對(duì)于傳統(tǒng)方法10%和20%的延期，顯示了本研究方法在時(shí)間管理方面的顯著優(yōu)勢(shì)。總體而言，這些結(jié)果凸顯了本研究方法在確保施工項(xiàng)目按時(shí)完成方面的一貫性和效率。未來(lái)可進(jìn)一步提升模型對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，以及對(duì)不確定性因素的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，以增強(qiáng)其適用性。

［1］黃玖立，羅" 丹.高速公路建設(shè)與深度貿(mào)易開(kāi)放——來(lái)自中國(guó)企業(yè)進(jìn)口的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)［J］.南開(kāi)經(jīng)濟(jì)研究，2023（2）：64-82.

［2］王旭東，趙" 娜，雷聰聰.工程項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)BIM技術(shù)采納行為研究［J］.工程管理學(xué)報(bào)，2023，37（2）：116-121.

［3］王" 恬，馬躍龍.基于輕量化BIM技術(shù)的計(jì)量控制優(yōu)化研究［J］.建筑經(jīng)濟(jì)，2022，43（8）：71-76.

［4］任" 青，薛曉娟，王" 佐，等.基于數(shù)據(jù)挖掘的高速公路建設(shè)項(xiàng)目投資額預(yù)測(cè)研究［J］.公路，2022，67（5）：220-223.

［5］王" 正，周振東，陳書揚(yáng)，等.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化全過(guò)程高速公路建設(shè)管理平臺(tái)框架［J］.公路，2023，68（2）：177-188.

［6］Xue X，Jia Y，Tang Y.Expressway project cost estimation with a convolutional neural network model［J］. IEEE Access，2020，8（1）：217 848-217 866.

［7］戴成元，陳鏈鑫，梁邦勛，等.基于BIM的工程建造信息化管理模式研究［J］.建筑經(jīng)濟(jì)，2021，42（9）：10-14.

［8］黃無(wú)非.PDCA循環(huán)在新農(nóng)村住宅建設(shè)中的質(zhì)量管理研究［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，60（4）：144-147.

［9］段曉晨，孟春成，吳曼茜，等.地鐵車站土建工程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2022，18（5）：1 678-1 688.

［10］郝國(guó)途，錢立柱.淺析高速公路工程試驗(yàn)檢測(cè)信息化管理［J］.公路，2020，65（6）：189-190.

［11］Wang L，Guo Q，Luo J，et al. A novel evaluation method for the stability of construction sites on an abandoned goaf：A case study［J］. KSCE Journal of Civil Engineering，2022，26（6）：2 835-2 845.

20240320