大型建筑群体数字化协同管理中的BIM技术应用

施工计划管理是项目管理中的一项关键内容,直接关系到项目的经济效益和社会效益,具有举足轻重的地位。随着建筑的科技含量越来越高、施工工艺越来越复杂,传统的施工计划管理技术已无法适应现在的施工管理。BIM作为一项新技术,已经在建筑领域中崭露头角,在工程项目计划管理中应用BIM技术,可以加强管理者的进度控制能力、减少工程延误的风险,并能够节约施工时间,为项目进度管理带来方便的同时也创造巨大的效益。

本章从施工企业的角度入手,研究BIM技术在工程项目施工阶段计划管理的应用。重点探索基于设计BIM模型的集成人工和机械等资源的施工计划制订和施工进度管控技术,施工方案四维模拟技术,动态模拟施工方案中重要的施工工艺和流程等,并且通过建立四维施工信息模型,将建筑物及其施工现场三维模型与施工进度计划相链接,与施工资源和场地布置信息集成一体,按不同的时间间隔对施工进度进行正序或逆序四维模拟,形象反映施工计划和实际进度。通过实际案例BIM技术应用,明晰BIM技术应用的优越性,探讨BIM引入现阶段存在的问题,为BIM在施工计划管理中的推广和应用做出有益探索。

1.研究路线

大型建设项目的一个突出特点就是许多不同的参建单位要在有限的施工场地上开展大量不同的工作,这必然会导致各个参建单位的工作冲突,例如人员进场顺序、机械设备、周转材料的存放等问题,如果没有精细的工作计划将导致大量的时间浪费,降低建设效率。

本章按照“提出问题”“分析问题”“解决问题”的思路进行,将BIM的四维技术深入应用于后世博建筑群世博大厦项目,并且对现阶段项目计划管理存在的问题进行探讨研究。具体研究技术路线图如图3-23所示,项目BIM实施方案如图3-24所示。

目前,相关技术在项目施工进度管理中的应用是孤立的,虽然单独应用某项技术给项目管理带来了很大好处,但远远低于技术间集成应用的效益。BIM及其相关技术的出现为工程项目管理带来极大的价值和便利,尤其是项目全生命周期内信息的创建、共享和传递,能够保证信息的有效沟通。只有将相关信息技术进行集成,并构建基于BIM的进度管理体系,才能消除传统信息创建、管理和共享的弊端,更好地实现工程项目进度管理信息化,从而提升项目管理的效率。

2.施工计划管理BIM技术实现

(1)三维建筑信息模型的构建。三维建筑信息模型的构建是进度管理中BIM技术应用的第一步工作。三维建筑信息模型构建的BIM信息平台是BIM技术在进度管理中一切功能实现和应用的基础。在设计阶段,各专业工程师应用BIM核心设计软件完成相关专业模型的建立,并进行各专业模型的整合。三维建筑信息模型伴随项目设计阶段工作的完成而初步建立,从而形成项目后续管理中BIM相关技术和功能实现的基础。世博大厦三维建筑与结构模型如图3-25、图3-26所示。

图3-23　技术路线图

图3-24　项目BIM实施流程

图3-25　建筑模型

图3-26　结构模型

(2)项目施工进度数据的创建。项目进度数据的创建是实现基于BIM模型的进度管理的重要准备工作。现在Project等项目管理软件,集成了甘特图、网络计划等功能。应用Revit软件创建的三维建筑信息模型承载着建筑物的大量可用信息,施工进度数据的创建基于三维建筑信息模型平台以及应用WBS技术分解项目工作结构的基础,以Project等项目进度管理软件为工具进行,如图3-27所示。

图3-27　Project创建项目进度计划

(3)四维建筑信息模型的实现。四维建筑信息模型的实现主要通过兼容协议开发具有单一因素功能的软件,如Autodesk公司的Navisworks软件,与已建立的三维模型整合,从而在功能上实现四维建模,完成项目的集成化管理。Navisworks能够导入BIM三维建筑信息模型,并对其进行全面的分析和交流,协助项目人员预测施工流程。软件将设计师和工程师完成的不同专业模型进行整合,形成单一、同步的最优化信息模型。Navisworks产品提供模型文件和数据整合、照片级可视化、动画、四维模拟、碰撞及冲突检测和实时漫游等功能。使用Navisworks创建世博大厦四维建筑信息模型,如图3-28所示。

图3-28　Navisworks创建四维建筑信息模型

3.BIM技术下进度计划表达方式

(1)适合业主的进度计划表达方式。一个建设项目,特别是大型的复杂建设项目,业主作为整个项目最重要的参与单位,往往会要求对整个建设项目有一个整体的把控,但业主没必要对项目的具体实施细节进行了解,具体的管理工作可以由项目管理单位执行。在BIM技术模式下的进度计划与控制体系融合了各个参与单位的共同管理理念,业主可以随时获得与项目进度有关的所有信息数据,但同时也需要对业主这一特殊的参与单位编制更为易于掌握全局的进度计划表达方式。可以很清楚直白地传递进度信息。该表达方式将主要以总进度计划为基础,以BIM模式下可视化的全局漫游方式,形成包含整个建设项目主要里程碑节点的视频文件,以及各种类型的进度计划图表,全局性三维视图表达,如图3-29所示。

(2)适合具体执行层的进度计划表达方式。BIM技术下建设项目进度计划编制达到的效果应该是直接在现场的施工人员能够完全明白进度计划制订者,也就是项目BIM计划团队的施工意图,这样才能够在现场实施阶段完全按照进度计划进行。传统的进度计划表达方式一般就是横道图,而复杂的建设项目则会应用网络计划图,这两种二维的图表总会使具体施工人员产生误解,而且由于各个建设项目并不完全相同,实际施工工艺也会千差万别,

图3-29　全局性三维视图

在施工之前不能详细了解相关知识往往会造成返工,所以引入BIM之后施工可视化的表达就可以解决这个问题,如图3-30所示。因此可视化的施工过程培训加上传统进度计划图表的辅助是应对逐渐复杂的工程项目以及向建设项目具体执行层表达的必然选择。

图3-30　局部施工可视化表达

相对于传统建设企业编制的建设项目施工进度计划的横道图、网络图,基于BIM的可视化仿真模拟的优点显而易见,如图3-31、图3-32所示。在工程施工中,利用可视化进度计划表达方式可以使全体参与人员像看电影一样很快明白自己所要从事的工作。同时,需要指出的是,可视化的进度计划表达方式在向施工层面上传递信息时只是起到了能引起施工人员注意的功能,具体在施工时还需要有一定施工经验和管理能力的现场施工管理者负责事前培训,施工中指导,发现问题及时协调沟通的工作,这样才能更好地利用好BIM这个工具,以此发挥项目计划团队的作用。(www.xing528.com)

4.BIM技术进度计划编制

图3-31　可视化的施工进度

图3-32　建筑互动漫游

项目进度计划是完成任务、提交可交付物、通过里程碑节点、最终按时完成项目目标的路线图。制订项目进度计划与时间管理最相关。制订准确可行并真实反映项目运作情况的进度计划,需要确定作业工期,作业间逻辑关系,并分配资源,估算成本,设定预算。利用BIM技术进行计划编制主要分为四个步骤:

(1)作业时间估算。

(2)建立工作间的逻辑关系。

(3)资源的建立与分配。

(4)成本估算与预算设定。

进度计划初步完成后,需对计划进行分析,以此确认计划本身的合理性。对于项目高层次计划的分析主要包括:项目计划内容是否全面;作业是否为WBS最小级别的详细划分、是否便于计划的控制;主要资源、费用分配;作业工期;施工工序逻辑关系;施工工序限制条件;施工工序时差;主要工序交接点;工作产品及文档是否分配到相应的WBS与作业上等内容。基于BIM的进度管理体系提供了网络优化、进度目标对比分析、赢得值分析、4D模拟分析等功能,各种分析结果对合理确定项目控制目标具有很大作用。

5.BIM技术进度计划的优点

基于BIM的大型建设项目进度计划编制过程是反复通过计算机平台对进度计划的模拟,可以加入事前对可能发生问题的预判,制订预案,整个完善的进度计划可更加高效、简洁地指导现场施工,主要优点如下:

(1)完整的建筑信息模型。由于BIM模型本身包含由业主、项目管理单位、监理单位、总包单位、分包单位和供货单位提供的与建设项目有关的所有基本信息,从设计阶段开始各个参与单位、各个专业工程师就能够协同合作,互通有无,能够了解项目建设的目标,能够从资金、人员、机械和材料各个方面保证建设项目按照预先制订的进度计划进行。综合了建设项目设计阶段能够掌握的全部资料,经过多方参与工程师的全部讨论通过,使建设项目的现场施工过程变为真正的按图施工。

(2)高度协同的项目管理组织。现阶段,随着建设项目越来越复杂,要能充分利用最新的技术手段更好地实现建设项目的利益就要高效协同实现各个专业性很强的工程师,BIM模型提供了这样一个协同工作的平台,现场施工经验丰富的工程师能够在这个平台上发现进度计划存在的问题,通过有效的交流沟通,使其他专业工程师调整自己的施工过程,从而避免现场施工完成后再互相扯皮、推卸责任。使各个参与单位、各个专业工程师形成一个项目BIM计划团队。

(3)可视化的进度计划表达方式。举一个简单的例子,对于没有文学功底的人来说,看电影要比看书更能理解作者想讲的故事。通过虚拟设计、施工技术以及增强现实技术,项目BIM计划团队能够用可视化的方式向建设项目管理层、具体建设项目施工层或者参观者各个角度展现建设项目要实现的目标,使不同教育背景层次的建设项目参与者能以更加简洁易懂的方式了解互相要表达的内容,使现场从事施工的人员能够很好地掌握和了解进度计划,目的是使由于施工方式、方法不对造成的进度拖延降到最低。

6.BIM技术进度计划控制

施工前现场计划虽然做得比较详细,但是要想顺利按照制订的进度计划实施基本上是不可能的,因为现场可变因素比较多,再完美的计划也会遇到不为项目管理团队所控的意外事件。因此基于BIM技术的进度计划控制研究显得尤为必要和紧迫,在进度计划实施过程中应经常检查实际进度与计划进度的偏差,分析偏差出现的原因,采取措施修正进度计划,有一个动态控制的过程,确保建设项目进度总目标的最终实现。

1)项目进度跟踪

为了实现项目范围、进度和成本间的平衡,经过分析确认的项目计划,可以作为目标计划。施工项目作业均定义了最早开始时间、最晚开始时间等进度信息,所以系统可提供多个目标计划,以利于进度分析。项目目标计划并不能一成不变,伴随项目进展,需要发生变化。在跟踪项目进度一定时间后,目标进度与实际进度间偏差会逐渐加大,此时原始目标计划将失去价值,需要对目标计划作出重新计算和调整。在系统中输入相应进度信息后,项目计划会自动计算并调整,形成新的目标计划。

基于BIM的进度管理系统提供项目表格、甘特图、网络图、进度曲线、四维建筑信息模型、资源曲线与直方图等多种跟踪视图。所有跟踪视图都可用于检查项目,首先进行综合检查,然后根据工作分解结构、阶段、特定WBS数据元素进行更详细的检查,以四维建筑信息模型跟踪视图为例,如图3-33所示。同时基于BIM的进度管理系统提供目标计划的创建与更新,还可将目标计划分配到每项工作。更新目标计划时,可以选择更新所有作业,或利用过滤器更新符合过滤条件的作业,还可以指定要更新的数据类型。对目标计划作出更新后,系统会自动进行项目进度计算并平衡资源分配,确保资源需求不超过资源可用量。在作业工期内,如果可用资源太少,则该作业将延迟。另外,对资源信息进行更改后,需要根据BIM模型提供的工程量重新计算费用,以便得到精确的施工费用值。

图3-33　施工进度模拟跟踪截图

2)工程实施阶段进度分析与偏差

在维护目标计划更新进度信息的同时,需要不断地跟踪项目进展,对比计划进度与实际进度,发现偏差和问题,通过采取相应的控制措施,解决已发生问题并预防潜在问题。基于BIM的进度管理体系从不同层次提供多种分析方法,实现项目进展全方位分析。实施阶段需要审查进度情况、资源分配情况和成本费用情况,使项目发展与计划趋于一致。

(1)进度情况分析。进度情况分析主要包括里程碑控制点影响分析、关键路径分析以及计划与实际进度的对比分析,通过查看里程碑计划以及关键路径,并结合作业实际完成时间,可以查看并预测项目进度是否按照计划时间完成。关键路径分析,可以利用系统中横道视图或者网络视图进行。

(2)资源情况分析。项目进展中,资源情况分析主要是在审查工时差异的基础上,查看资源是否存在分配过度或分配不足的情况,基于BIM的进度管理体系,可通过系统中提供的资源剖析表、资源直方图或资源曲线进行资源分配情况分析,而资源视图则可结合甘特图跟踪视图显示资源在选定时间段中的分配状况和使用状况,及时发现资源分配问题。

(3)费用情况分析。大多数项目,特别是预算约束性项目,实施阶段中预算费用情况的分析必不可少。如果实际进展信息表明项目可能超出预算,需要对项目计划作出调整。基于BIM的进度管理系统,可利用费用剖析表、直方图、费用控制报表监控支出。在系统中输入作业实际信息后,系统自动利用计划值、实际费用,计算赢得值评估当前成本和进度绩效。长期跟踪这些值,还可以查看项目的过去支出、进度趋势以及未来费用预测。

3)纠偏与进度调整

在系统中输入实际进展信息后,通过实际进展与项目计划间的对比分析,可发现较多偏差,并指出项目中存在的潜在问题。为避免偏差带来的问题,项目实施过程中需要不断调整目标,并采取合适的措施解决出现的问题。项目时常发生完成时间、总成本或资源分配偏离原有计划轨道现象,需要采取相应措施,使项目发展与计划趋于一致。若项目发生较大变化或严重偏离项目计划进程,则需重新安排项目进度计划并确定目标计划,调整资源分配及预算费用,从而实现进度平衡。

项目进度的纠偏可以通过赶工等改变实施工作的持续时间来实现,但通常需要增加工时消耗等资源投入,要利用工期与资源或者工期与费用优化来选择工期缩短、资源投入少,费用增加少的方案。另一种途径是改变项目实施工作间的逻辑关系或搭接关系,不改变工作的持续时间,只改变工作的开始时间和结束时间。如果这两种途径难以达到工期缩短的目的,当出现工期拖延太严重时,需要重新调整项目进度,更新目标计划。对进度偏差的调整以及目标计划的更新,均需考虑资源、费用等因素,采取合适的组织、管理、技术、经济等措施,这样才能达到多方平衡,实现进度管理的最终目的。