基于BIM技術(shù)的4D項(xiàng)目管理探索與研究

        摘要：進(jìn)度目標(biāo)是工程建設(shè)的三大目標(biāo)之一，但是現(xiàn)在大多數(shù)項(xiàng)目的進(jìn)度控制并不是很好，計劃完成之后不能得到有效的實(shí)施。究其原因，一是計劃編制考慮不周全，時間安排不合理，二是項(xiàng)目實(shí)施控制不夠。BIM技術(shù)的出現(xiàn)為我們編制計劃和管理項(xiàng)目提供了一個新的思路和方法，本文將根據(jù)商業(yè)綜合體項(xiàng)目的4D管理實(shí)踐進(jìn)行分析和說明，旨在為項(xiàng)目管理提供一些借鑒。

        關(guān)鍵詞：BIM，4D，協(xié)同，進(jìn)度管理

        BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）是一個包含建筑物全生命周期相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫，它將建筑從業(yè)人員從復(fù)雜抽象的圖形、表格和文字中解放出來，以形象的三維模型作為建設(shè)項(xiàng)目的信息載體，方便了建設(shè)項(xiàng)目各階段、各專業(yè)以及相關(guān)人員之間的溝通和交流，減少了建設(shè)項(xiàng)目因?yàn)樾畔⑦^載或者信息流失帶來的損失，提高了從業(yè)者的工作效率以及整個建筑業(yè)的效率。

        工程項(xiàng)目的進(jìn)度計劃編制與管理在項(xiàng)目管理的三大控制——成本控制、進(jìn)度控制和質(zhì)量控制中，占有非常重要的地位，良好的施工進(jìn)度計劃可以使項(xiàng)目各參與方達(dá)到“協(xié)調(diào)一致”。因此，不管是從業(yè)主方還是施工方，在工程項(xiàng)目管理中做好施工計劃編制與管理工作是非常重要的。但是，由于復(fù)雜因素的影響，工程項(xiàng)目進(jìn)度管理工程也存在某些問題并在不同項(xiàng)目中重復(fù)出現(xiàn)。究其原因，是由于傳統(tǒng)管理方法某些局限性所造成的，為此，探索進(jìn)度管理方法的技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。青島萬象城項(xiàng)目中，我們對BIM技術(shù)在4D進(jìn)度管理方面的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試與研究，本文將具體分析傳統(tǒng)管理方法與基于BIM的管理方法在計劃編制與管理的差異進(jìn)行具體分析，并提出新的管理方法實(shí)施指引。

        一、計劃編制

        工程項(xiàng)目進(jìn)度計劃的編制很大程度上依賴于項(xiàng)目管理者的經(jīng)驗(yàn)，雖然有施工合同、進(jìn)度目標(biāo)、施工方案等客觀條件的支撐，但是項(xiàng)目的唯一性和個人經(jīng)驗(yàn)的主觀性難免會使進(jìn)度計劃存在不合理之處，并且現(xiàn)行的編制方法和工具相對比較抽象，不易對進(jìn)度計劃進(jìn)行檢查，一旦計劃出了問題，那么按照計劃所進(jìn)行的施工過程必然也不會順利。

        目前項(xiàng)目中的普遍情況也是計劃編制人年輕化，并沒有豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對于萬象城這類大型高端綜合體項(xiàng)目多專業(yè)協(xié)調(diào)復(fù)雜性及各專業(yè)工序、工時及專業(yè)穿插等關(guān)系了解不足，制定出的計劃難免會出現(xiàn)不合理的地方。

        傳統(tǒng)的計劃編制人員并不會對每一項(xiàng)任務(wù)的工程量進(jìn)行估算，往往只是看一下圖紙上的面積，然后根據(jù)以往項(xiàng)目大概多少天一層或者根據(jù)工期要求分配而來，并沒有深入的研究每一項(xiàng)工期是否合理。對于青島萬象城這種造型復(fù)雜，每一個標(biāo)段在不同樓層的工程量相差可能會非常大，根據(jù)一層的時間套用其他樓層的工期，可能并不是很準(zhǔn)確，同時，各個標(biāo)段的復(fù)雜程度（鋼結(jié)構(gòu)工程量、結(jié)構(gòu)形式的不同等）對于工期影響也是不一樣的，這些因素都導(dǎo)致我們的計劃編制的粗放性。當(dāng)然，這些我們可以通過仔細(xì)的查看圖紙，深入分析每一塊區(qū)域的工程量而得出相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但是傳統(tǒng)的工作方法中，計劃編制人員并沒有這么多精力，往往時間也不允許他們來進(jìn)行如此細(xì)致的工作。

        另外，項(xiàng)目內(nèi)部進(jìn)行計劃編制審核時，傳統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)計劃圖計算復(fù)雜，理解困難，并且表達(dá)很抽象，不能直觀地展示項(xiàng)目的計劃進(jìn)度過程，這樣不僅提高了參與計劃審核人員的準(zhǔn)入門檻，同時需要其花費(fèi)大量時間進(jìn)行深入分析各任務(wù)的邏輯關(guān)系以及各任務(wù)所對應(yīng)的具體工作，為此甚至還需要反復(fù)查看大量圖紙。否則，計劃編制人需要在審核會議上再花時間進(jìn)行詳細(xì)的介紹，這些都會降低我們的工作效率。

        而BIM的出現(xiàn)使得這些工作變得簡單和快捷，首先，BIM模型中包含了構(gòu)件的尺寸信息，BIM軟件可以自動生成每一塊區(qū)域的混凝土用量，并且我們經(jīng)過參數(shù)添加之后，甚至可以得出不同標(biāo)號的混凝土用量（當(dāng)前revit軟件對于混凝土用量統(tǒng)計的精確性是可以滿足我們此項(xiàng)的需求，魯班及廣聯(lián)達(dá)軟件甚至可以給出我們鋼筋的數(shù)量），有了這些數(shù)據(jù)作參考，我們再根據(jù)以往萬象城的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)便可以得出更加合理的工時需求；其次，BIM模型的可視化功能，使得計劃編制人員不需要去查看復(fù)雜的圖紙，可以直觀的查看每一塊區(qū)域內(nèi)是否包含鋼結(jié)構(gòu)工程及是否有坡道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對工時進(jìn)行修正。最后，動態(tài)的4D施工模擬過程，也使得每一個人都可以快速準(zhǔn)確的理解計劃，然后根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)提出建議，使計劃編制更加完善。

        具體操作步驟如下：

        1. 根據(jù)CAD圖紙快速創(chuàng)建BIM模型，鋼結(jié)構(gòu)模型由于是鋼結(jié)構(gòu)分包單獨(dú)深化及使用tekla軟件進(jìn)行建模，其進(jìn)度無法滿足要求，初期可以在revit中簡單創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)部分模型。

圖1.青島萬象城結(jié)構(gòu)模型

 2. 根據(jù)BIM模型導(dǎo)出每個任務(wù)對應(yīng)的工程量，然后根據(jù)以往萬象城的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得出相對準(zhǔn)確的工時需求。

圖2.revit軟件自動計算出各區(qū)域各樓層混凝土用量

圖3. BIM結(jié)構(gòu)模型（直觀查看各區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)工程量）

圖4. BIM結(jié)構(gòu)模型（直觀查看圓形坡道涉及區(qū)域）

        3. 在P6或project軟件中完成計劃之后，在navisworks軟件中將其與BIM模型結(jié)合起來，形成4D進(jìn)度計劃。在navisworks中，我們可以把不同的形態(tài)設(shè)置成不同的顯示狀態(tài)，這樣可以直觀的檢查出時間設(shè)置是否合理。

圖5. 公寓樓施工動態(tài)模擬

圖6. 主采光頂加工、運(yùn)輸、安裝全過程模擬

        二、計劃實(shí)施管理

        傳統(tǒng)方法雖然可以對工程項(xiàng)目前期階段所制定的進(jìn)度計劃進(jìn)行優(yōu)化，但是由于自身存在著缺陷，所以項(xiàng)目管理者對進(jìn)度計劃的優(yōu)化只能停留在一定程度上，即優(yōu)化不充分，這就使得進(jìn)度計劃中可能存在某些沒有被發(fā)現(xiàn)的問題，當(dāng)這些問題在項(xiàng)目的施工階段表現(xiàn)出來時，項(xiàng)目施工就會相當(dāng)被動，往往這個時候，就只能根據(jù)現(xiàn)場情況被動的修改計劃，使之與現(xiàn)場情況相符，失去了計劃控制施工的意義。其實(shí)施流程見圖7。

        基于BIM的4D進(jìn)度管理通過反復(fù)的施工過程模擬，讓那些在施工階段可能出現(xiàn)的問題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，逐一修改，并提前制定應(yīng)對措施，使進(jìn)度計劃和施工方案最優(yōu)，再用來指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，從而保證項(xiàng)目施工的順利完成。其實(shí)施流程見圖8。

                          圖7. 傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法實(shí)施過程      圖8. 基于BIM的4D進(jìn)度管理實(shí)施過程

        在實(shí)際工程進(jìn)度管理過程中，雖然有詳細(xì)的進(jìn)度計劃及網(wǎng)絡(luò)圖、橫道圖等技術(shù)做支撐，但是“破網(wǎng)”事故還是經(jīng)常發(fā)生，對整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接的影響。通過分析，主要有以下原因：

        2.1  建筑設(shè)計缺陷帶來的進(jìn)度管理問題

        首先，設(shè)計階段的主要工作是完成施工所需圖紙的設(shè)計，通常萬象城類項(xiàng)目整套圖紙上千張，圖紙所包含的數(shù)據(jù)龐大，而設(shè)計者和審圖者的精力有限，存在錯誤是必然的，而且現(xiàn)在設(shè)計時間也非常緊，為了進(jìn)度，質(zhì)量有所下降也是非常普遍的情況；其次，項(xiàng)目各個專業(yè)的設(shè)計工作是獨(dú)立完成的，導(dǎo)致各專業(yè)的二維圖紙所表現(xiàn)的的內(nèi)容在空間上很容易出現(xiàn)碰撞和矛盾。如果上述問題沒有提前發(fā)現(xiàn)，直到施工階段才顯露出來，勢必會對工程項(xiàng)目的進(jìn)度產(chǎn)生影響。通常這個問題最直觀的表現(xiàn)就是大量的設(shè)計和工程變更，本項(xiàng)目中因?yàn)樵O(shè)計變更而延誤的工期局部甚至以月計。

        針對這個問題，項(xiàng)目部都會專門組織人員進(jìn)行圖紙會審，但是對于一些空間設(shè)計錯誤的情況，往往是很難發(fā)現(xiàn)的。而在BIM模型的創(chuàng)建過程中，首先建模人員會查看全部圖紙，了解每一個構(gòu)件的尺寸及空間定位（鋼筋信息除外），這個過程本身就包含了圖紙審查的一部分，另外，通過BIM模型的可視化功能，可以快速的發(fā)現(xiàn)設(shè)計不合理的地方，例如對樓梯、坡道、扶梯凈高的檢查等。提前發(fā)現(xiàn)并處理問題，這樣就避免了現(xiàn)場返工，間接的保證了工程進(jìn)度按計劃的執(zhí)行。

圖9. 扶梯凈高檢測

圖10. 建模過程中發(fā)現(xiàn)的圖紙錯誤

        2.2  施工進(jìn)度計劃編制不合理造成的進(jìn)度管理問題

        這個因素在第一部分計劃編制中已經(jīng)對傳統(tǒng)方法和基于BIM的方法進(jìn)行了詳細(xì)的對比及說明，在此不再贅述。

        2.3  現(xiàn)場人員的素質(zhì)造成的進(jìn)度管理問題

        施工人員對施工圖紙的理解，對施工工藝的熟悉程度和操作技能水平等因素都可能對項(xiàng)目能否按計劃順利完成產(chǎn)生影響。BIM模型的可視化功能，使得所有施工人員都可以直觀準(zhǔn)確的理解設(shè)計師的意圖，減少因信息傳達(dá)錯誤而給施工過程但來的不必要的問題，加快施工進(jìn)度和提高項(xiàng)目建造質(zhì)量，保證項(xiàng)目決策盡快執(zhí)行。同時，直觀可視化的模型也為現(xiàn)場工程師質(zhì)量檢查提供了很好的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在手持智能設(shè)備普及程度高，工程師甚至可以在手機(jī)上查看模型，這樣核查現(xiàn)場質(zhì)量問題相信絕對比拿著圖紙效率要高很多。

圖11. 多梁交叉節(jié)點(diǎn)鋼筋布置圖

圖12. 高支模BIM模型交底

 2.4  參與方溝通和銜接不暢導(dǎo)致進(jìn)度管理問題

        建設(shè)項(xiàng)目往往會消耗大量的財力和物力，如果沒有一個詳細(xì)的資金、材料使用計劃是很難完成的。在項(xiàng)目施工過程中，由于專業(yè)不同，施工方與業(yè)主和供貨商的信息溝通不充分、不徹底，業(yè)主的資金計劃、供貨商的材料供應(yīng)計劃與施工進(jìn)度不匹配，同樣也會造成工期的延誤。

        針對這一項(xiàng)原因下文將以本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行詳細(xì)分析，前期鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重滯后，甚至影響到項(xiàng)目關(guān)鍵線路。經(jīng)過分析，得出以下主要幾個原因：1、由于現(xiàn)場與車間信息傳遞不到位、不及時，導(dǎo)致車間加工滯后，現(xiàn)場無鋼結(jié)構(gòu)可安裝；2、與土建專業(yè)交圈不到位，協(xié)調(diào)與質(zhì)量檢查不到位，大量下插柱遺漏，返工導(dǎo)致工期延誤；3、中庭鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件混凝土澆筑完成之后出現(xiàn)偏差，影響鋼梁吊裝。

圖13. 鋼結(jié)構(gòu)加工日報

        上圖中日報表雖然詳細(xì)的記載了每一天工廠加工的進(jìn)度，但是每一個構(gòu)件對應(yīng)現(xiàn)場的位置并不清楚，實(shí)際中很可能出現(xiàn)的情況就是現(xiàn)場已經(jīng)急需的構(gòu)件還沒有加工，而不著急的構(gòu)件確加工完成。

圖14. 項(xiàng)目施工日報

        上圖所示日報是現(xiàn)在通行的管理方式，管理者通過這樣的文檔及照片來了解現(xiàn)場動態(tài)。很顯然，這樣的形式很難讓閱讀人快速的了解現(xiàn)場實(shí)際情況。盡管照片也可能直觀準(zhǔn)確的說明問題，但是對于萬象城這種大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目，單層面積5萬平米要想通過照片表示清楚也不是件容易的事情，況且照片查看是被動的。

        主采光頂鋼結(jié)構(gòu)工程采用了基于BIM的4D管理方式，在BIM模型中根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度和車間加工情況實(shí)時更新模型顯示效果，通過這種方式將傳統(tǒng)分散、抽象的進(jìn)度信息整合到一個平臺上（參見圖16），不僅可以直觀的查看各項(xiàng)工作進(jìn)展，并且可以快速的了解各項(xiàng)工作相互之間的影響。

圖15. Navisworks不同操作顯示設(shè)置

        Navisworks軟件操作界面下方timeliner窗口就相當(dāng)于P6/ project項(xiàng)目管理軟件，這里的信息是鏈接了P6/project而生成的，在P6/project中更改信息之后，只需要更新數(shù)據(jù)navisworks即可。同時，在這里還有“實(shí)際開始時間”與“實(shí)際

圖16. Navisworks操作界面 

        結(jié)束時間”，我們將工程日報的進(jìn)度信息實(shí)時添加進(jìn)去，這樣我們就可以在三維視圖中查看每一天各個部位完成的情況，并且車間正在加工的鋼結(jié)構(gòu)也可以清晰的看到。

        圖16中灰色部分即已經(jīng)吊裝完成，紫紅色為正在吊裝，黃色部分表示已經(jīng)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場等待吊裝，黃色半透明為已經(jīng)運(yùn)輸在途，綠色半透明部分構(gòu)件為工廠加工狀態(tài)。圖中我們可以很清晰的看到所有構(gòu)件都處于正常流程，可以保證所有環(huán)節(jié)都順利連續(xù)的進(jìn)行。同樣的，如果有部分加工滯后我們也可以快速的發(fā)現(xiàn)，然后及時協(xié)調(diào)工廠采取相關(guān)措施，避免影響工期。

        2.5  施工環(huán)境影響進(jìn)度管理問題

        工程項(xiàng)目既受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、氣候特征等自然環(huán)境的影響，又受到交通設(shè)施、區(qū)域位置、供水供電等社會環(huán)境的影響。項(xiàng)目實(shí)施過程中任何不利的環(huán)境因素都有可能對項(xiàng)目進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。BIM技術(shù)在這一方面沒法提供很多幫助，更多還是需要管理人員的個人經(jīng)驗(yàn)及充分的考慮，在此不作贅述。

        三、結(jié)語

        通過上述分析與工程實(shí)踐的檢驗(yàn)可以得出，BIM技術(shù)可以從根本上解決傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方法的缺陷，在工程進(jìn)度管理中展示了優(yōu)越性——提高計劃編制的合理性、減少設(shè)計與工程變更、改善信息傳遞效率、增強(qiáng)項(xiàng)目參與方溝通與協(xié)作。盡管BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用還處在初期階段，但是通過本項(xiàng)目的探索和實(shí)踐，可以認(rèn)為，基于BIM的4D管理技術(shù)在當(dāng)前環(huán)境下，是完全可行的，只是不同的應(yīng)用范圍、不同的投入所收到的效益相差是很大的。