基于BIM技術的4D項目管理探索與研究

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

        關鍵詞：BIM，4D，協(xié)同，進度管理

        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信息的數(shù)據(jù)庫，它將建筑從業(yè)人員從復雜抽象的圖形、表格和文字中解放出來，以形象的三維模型作為建設項目的信息載體，方便了建設項目各階段、各專業(yè)以及相關人員之間的溝通和交流，減少了建設項目因為信息過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。

        工程項目的進度計劃編制與管理在項目管理的三大控制——成本控制、進度控制和質量控制中，占有非常重要的地位，良好的施工進度計劃可以使項目各參與方達到“協(xié)調一致”。因此，不管是從業(yè)主方還是施工方，在工程項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，由于復雜因素的影響，工程項目進度管理工程也存在某些問題并在不同項目中重復出現(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，探索進度管理方法的技術創(chuàng)新顯得尤為重要。青島萬象城項目中，我們對BIM技術在4D進度管理方面的應用進行了嘗試與研究，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行具體分析，并提出新的管理方法實施指引。

        一、計劃編制

        工程項目進度計劃的編制很大程度上依賴于項目管理者的經驗，雖然有施工合同、進度目標、施工方案等客觀條件的支撐，但是項目的唯一性和個人經驗的主觀性難免會使進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，不易對進度計劃進行檢查，一旦計劃出了問題，那么按照計劃所進行的施工過程必然也不會順利。

        目前項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)經驗，對于萬象城這類大型高端綜合體項目多專業(yè)協(xié)調復雜性及各專業(yè)工序、工時及專業(yè)穿插等關系了解不足，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任務的工程量進行估算，往往只是看一下圖紙上的面積，然后根據(jù)以往項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工期是否合理。對于青島萬象城這種造型復雜，每一個標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，可能并不是很準確，同時，各個標段的復雜程度（鋼結構工程量、結構形式的不同等）對于工期影響也是不一樣的，這些因素都導致我們的計劃編制的粗放性。當然，這些我們可以通過仔細的查看圖紙，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行如此細致的工作。

        另外，項目內部進行計劃編制審核時，傳統(tǒng)使用的網絡計劃圖計算復雜，理解困難，并且表達很抽象，不能直觀地展示項目的計劃進度過程，這樣不僅提高了參與計劃審核人員的準入門檻，同時需要其花費大量時間進行深入分析各任務的邏輯關系以及各任務所對應的具體工作，為此甚至還需要反復查看大量圖紙。否則，計劃編制人需要在審核會議上再花時間進行詳細的介紹，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，并且我們經過參數(shù)添加之后，甚至可以得出不同標號的混凝土用量（當前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的需求，魯班及廣聯(lián)達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)以往萬象城的經驗數(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雜的圖紙，可以直觀的查看每一塊區(qū)域內是否包含鋼結構工程及是否有坡道等復雜結構，進而對工時進行修正。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確的理解計劃，然后根據(jù)自己的經驗提出建議，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，鋼結構模型由于是鋼結構分包單獨深化及使用tekla軟件進行建模，其進度無法滿足要求，初期可以在revit中簡單創(chuàng)建鋼結構部分模型。

圖1.青島萬象城結構模型

 2. 根據(jù)BIM模型導出每個任務對應的工程量，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結構模型（直觀查看各區(qū)域鋼結構工程量）

圖4. BIM結構模型（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模型結合起來，形成4D進度計劃。在navisworks中，我們可以把不同的形態(tài)設置成不同的顯示狀態(tài)，這樣可以直觀的檢查出時間設置是否合理。

圖5. 公寓樓施工動態(tài)模擬

圖6. 主采光頂加工、運輸、安裝全過程模擬

        二、計劃實施管理

        傳統(tǒng)方法雖然可以對工程項目前期階段所制定的進度計劃進行優(yōu)化，但是由于自身存在著缺陷，所以項目管理者對進度計劃的優(yōu)化只能停留在一定程度上，即優(yōu)化不充分，這就使得進度計劃中可能存在某些沒有被發(fā)現(xiàn)的問題，當這些問題在項目的施工階段表現(xiàn)出來時，項目施工就會相當被動，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。其實施流程見圖7。

        基于BIM的4D進度管理通過反復的施工過程模擬，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，并提前制定應對措施，使進度計劃和施工方案最優(yōu)，再用來指導實際的項目施工，從而保證項目施工的順利完成。其實施流程見圖8。

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

        在實際工程進度管理過程中，雖然有詳細的進度計劃及網絡圖、橫道圖等技術做支撐，但是“破網”事故還是經常發(fā)生，對整個項目的經濟效益產生直接的影響。通過分析，主要有以下原因：

        2.1  建筑設計缺陷帶來的進度管理問題

        首先，設計階段的主要工作是完成施工所需圖紙的設計，通常萬象城類項目整套圖紙上千張，圖紙所包含的數(shù)據(jù)龐大，而設計者和審圖者的精力有限，存在錯誤是必然的，而且現(xiàn)在設計時間也非常緊，為了進度，質量有所下降也是非常普遍的情況；其次，項目各個專業(yè)的設計工作是獨立完成的，導致各專業(yè)的二維圖紙所表現(xiàn)的的內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，勢必會對工程項目的進度產生影響。通常這個問題最直觀的表現(xiàn)就是大量的設計和工程變更，本項目中因為設計變更而延誤的工期局部甚至以月計。

        針對這個問題，項目部都會專門組織人員進行圖紙會審，但是對于一些空間設計錯誤的情況，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  施工進度計劃編制不合理造成的進度管理問題

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

        2.3  現(xiàn)場人員的素質造成的進度管理問題

        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目能否按計劃順利完成產生影響。BIM模型的可視化功能，使得所有施工人員都可以直觀準確的理解設計師的意圖，減少因信息傳達錯誤而給施工過程但來的不必要的問題，加快施工進度和提高項目建造質量，保證項目決策盡快執(zhí)行。同時，直觀可視化的模型也為現(xiàn)場工程師質量檢查提供了很好的標準，現(xiàn)在手持智能設備普及程度高，工程師甚至可以在手機上查看模型，這樣核查現(xiàn)場質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致進度管理問題

        建設項目往往會消耗大量的財力和物力，如果沒有一個詳細的資金、材料使用計劃是很難完成的。在項目施工過程中，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、供貨商的材料供應計劃與施工進度不匹配，同樣也會造成工期的延誤。

        針對這一項原因下文將以本項目鋼結構工程進行詳細分析，前期鋼結構嚴重滯后，甚至影響到項目關鍵線路。經過分析，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，導致車間加工滯后，現(xiàn)場無鋼結構可安裝；2、與土建專業(yè)交圈不到位，協(xié)調與質量檢查不到位，大量下插柱遺漏，返工導致工期延誤；3、中庭鋼結構預埋件混凝土澆筑完成之后出現(xiàn)偏差，影響鋼梁吊裝。

圖13. 鋼結構加工日報

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

圖14. 項目施工日報

        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)場實際情況。盡管照片也可能直觀準確的說明問題，但是對于萬象城這種大型商業(yè)綜合體項目，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。

        主采光頂鋼結構工程采用了基于BIM的4D管理方式，在BIM模型中根據(jù)現(xiàn)場施工進度和車間加工情況實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工作進展，并且可以快速的了解各項工作相互之間的影響。

圖15. Navisworks不同操作顯示設置

        Navisworks軟件操作界面下方timeliner窗口就相當于P6/ project項目管理軟件，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“實際開始時間”與“實際

圖16. Navisworks操作界面 

        結束時間”，我們將工程日報的進度信息實時添加進去，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構也可以清晰的看到。

        圖16中灰色部分即已經吊裝完成，紫紅色為正在吊裝，黃色部分表示已經運輸?shù)浆F(xiàn)場等待吊裝，黃色半透明為已經運輸在途，綠色半透明部分構件為工廠加工狀態(tài)。圖中我們可以很清晰的看到所有構件都處于正常流程，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)調工廠采取相關措施，避免影響工期。

        2.5  施工環(huán)境影響進度管理問題

        工程項目既受當?shù)氐刭|條件、氣候特征等自然環(huán)境的影響，又受到交通設施、區(qū)域位置、供水供電等社會環(huán)境的影響。項目實施過程中任何不利的環(huán)境因素都有可能對項目進度產生嚴重影響。BIM技術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驗及充分的考慮，在此不作贅述。

        三、結語

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