PPM 在水泥廠建設項目BIM 平臺中的應用探討

閆十一

在工程建設項目執(zhí)行過程中，為確保工期和預算，須建立一套進度測量系統(tǒng)，對項目實際進度進行測量和管控，PPM（Physical Progress Measurement）應運而生。隨著BIM技術在水泥廠建設工程中的應用和發(fā)展，在BIM數(shù)字化信息平臺中PPM的輸入輸出可實現(xiàn)項目全方位、全過程信息共享和協(xié)同，不僅可為項目管理者提供實時、更切實際、可視化的進度結果和分析，而且對重要項目資源的投入進度和效率也能進行實時測量和監(jiān)控。PPM的功能在BIM平臺中得到了很大擴展，PPM結果可以作為項目管理者重新排定計劃、調(diào)配項目資源、做出各種項目管理決策的重要依據(jù)。本文旨在對PPM在水泥廠建設工程BIM平臺中的應用進行探討。

1 PPM的功能特點

PPM對子項任務進行人工時量化，以工作量代替工程量，計算結果更切合實際進度。

PPM的層次結構引用3D設計輸出的工作分解結構WBS（Work Breakdown Structure）和工程量清單BOQ（Bill of Quantity）。同時，在此基礎上，PPM還將進一步對子項任務和里程碑進行細分。BIM平臺中PPM子項任務細分程度更高，計算結果精度也更高。

PPM的輸入信息來自BIM平臺中的設計、采購制作、物流、施工現(xiàn)場等各方面的數(shù)據(jù)共享和實時多端采集。PPM的輸出實現(xiàn)了多端實時輸出和可視化輸出。

在BIM平臺中PPM的功能得到了擴展，PPM與項目人力資源以及其他關鍵資源和材料建立了連接，能夠?qū)Y源和材料投入進度實時測量，PPM的結果能共享到BIM平臺，參與項目資源整體規(guī)劃和協(xié)同。

2 PPM的人工時量化

工作人工時量化就是根據(jù)項目實施的具體條件，設定完成工作所需的人工時。以人工時作為進度計量單位的PPM結果即為工作量進度，這更能反映項目實際進度。嚴格意義上，相同工程量的子項任務由于技術要求、資源、材料、空間位置的不同可能導致實際工作量有所差異，需投入不同的人工時來完成，所以用工程量不能完全代表工作量。例如，同樣工程量的高空混凝土工程，由于高空需要搭建的腳手架和更多的安全措施，相比低空混凝土施工增加了額外的工作量。因此，用實際所需工作量代替工程量來計算項目進度更加合理，但工作量進度基于人工時量化的準確程度，人工時量化不可避免會與實際情況存在偏差，從而導致計算結果的偏差。

在BIM平臺中，通過大數(shù)據(jù)和不斷糾偏修訂，PPM的人工時量化準確度大大提高。PPM工作人工時量化準確性的提高，使人工時量化更合理、更切合實際。借助BIM平臺中的項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)池，其中儲存了大量單位工程量的人工時經(jīng)驗數(shù)據(jù)和項目實施環(huán)境條件，在BIM平臺對這些數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析、對比、條件篩選后，PPM選取和導入這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并將WBS子項任務工程量轉(zhuǎn)化成工作量。

為使工作量的賦予更加符合實際實施條件，必須考慮影響工作完成的所有因素，除了前述因素外，還可能有當?shù)刈匀画h(huán)境、社會環(huán)境、法律、人員的專業(yè)化程度、人員工作效率、設備交貨狀態(tài)和組裝集成度、施工工藝技術、施工材料、施工機具等。為此，PPM中設定了一個修正系數(shù)，來修訂這些因素對當前項目的影響，使項目工作量更加接近實際工作量。在項目執(zhí)行過程中還要不斷研究量化影響因素，找出原有量化工時與實際所需的偏差，及時進行人工時修正，使得工時量化與項目實際趨于一致。項目執(zhí)行過程中，對工作量的修正會引起子項之間的進度發(fā)生相對變化，如何賦予任務子項切合實際的工作量是PPM的重要任務。

3 PPM的層次結構和進度計算

3.1 PPM的層次結構

在某種程度上，對工作子項細分的程度決定了進度測量的精度。BIM平臺中3D設計輸出的WBS和BOQ可以對項目任務做出更深層次的細分，實現(xiàn)對項目實物化子項能分盡分。水泥建設項目PPM的層次結構一般在6層或以上，每層PPM又是由多個工作量子項PPM組成。PPM層次結構示意見圖1、圖2。

圖1 PPM層次結構示意圖1

圖2 PPM層次結構示意圖2

第1層：項目總進度，包括項目重要里程碑PPM。

第2層：項目工作范圍，項目實施的重要工作節(jié)點和里程碑，例如：設計、采購制造、運輸、現(xiàn)場施工、試車、調(diào)試、驗收等PPM。

第3層：一般是項目工作范圍內(nèi)的不同專業(yè)（Discipline），以現(xiàn)場施工為例，子項通常是指從進場開始到PAC結束的各個專業(yè)，如：土建、機械設備安裝、電氣設備安裝等。

第4層：項目任務的不同區(qū)域和車間。

第5層：各個車間子項任務，WBS子項主要引用BIM 3D設計的BOQ。第5層子項大部分是實物子項，以現(xiàn)場機械安裝為例，同一車間的所有機械設備安裝是第5層任務子項。

第6層：一般是完成第5層子項任務的里程碑和程序步驟。

對第6層子項進行細分是為了進一步提高測量精度，第6層是對3D設計輸出WBS和BOQ中工作量較大的子項任務細分成更小的子項。例如將設備的不同部分或分系統(tǒng)作為設備安裝任務子項。再比如，設備某一部分（底座）安裝就位之前的勘測、基礎劃線、沙堆準備工作這些程序步驟并不在WBS或BOQ中的實物子項（底座）中，將這些程序步驟作為底座安裝任務的子項任務，它們都是非實物的子項任務。這些非實物子項在BIM平臺都將被賦予虛擬二維碼，在設備安裝過程中，通過掃描里程碑虛擬二維碼將完成的工作上傳至BIM平臺，安裝工作量逐步計入PPM進度計算。非實物子項還有高空安裝作業(yè)前的腳手架的搭設，單機設備安裝后通過業(yè)主、監(jiān)理的檢驗等。將這些程序性非實物化工作子項納入人工時量計算，PPM的結果相比傳統(tǒng)工程量進度更加客觀準確。

如前所述，某些WBS中子項的不同部位的單位工程量人工時有很大差異，例如，同一設備10m以下的保溫工程與10m以上的保溫工程分成不同子項，這些子項須再細分成不同子項。類似的子項再細分原則是，比較實際人工時和其他資源成本是否有較大差異。

3.2 PPM的計算

每一層PPM的進度就是所有子項任務的進度與其所在層次中的權重的乘積后求和。子項任務的權重可以是同層次的工作量權重，也可以是合同金額權重（贏得值）或者是WBS中的工程量權重，這取決于項目管理計算的目的，換句話說，進度要與相關資源建立連接。

第6層子項大部分是工作里程碑，它們的權重就是在第6層PPM最底層終極子項進度。第6層子項任務的權重可以從BIM大數(shù)據(jù)池中類似項目數(shù)據(jù)的選取，例如表2中電氣控制柜安裝里程碑：支座安裝20%—盤柜就位45%—接地5%—外觀檢查5%—調(diào)整15%—上電5%—試運轉(zhuǎn)5%。第6層里程碑工作量的權重可以隨時根據(jù)實際情況進行修正，如果某一個里程碑工作量過大，可以對該里程碑工作量進一步細分，再對細分后的第7層子項里程碑賦予工作量權重。表1、表2是某水泥廠項目電氣盤柜安裝子項進度計算示例。

4 PPM的信息輸入和輸出

表1 第5層進度計算

表2 第6層進度計算

PPM計算文件和數(shù)據(jù)可以方便地在BIM平臺中導入和提取，導入BIM平臺的PPM數(shù)據(jù)信息將與各方面信息共享協(xié)同。

4.1 PPM信息的輸入

在子項任務完成或達到里程碑后，子項任務完成的信息可以通過掃描對應的子項實物二維碼或虛擬二維碼自動上傳至BIM平臺報告進度。掃碼時，可以設定實際完成工作量的估算百分比（1%～100%）。在實際中，可以通過掃描上一級子項二維碼代表完成其全部子項，這樣可以避免過于頻繁的掃碼。項目管理者可以通過在BIM后臺掃碼對分包商進行監(jiān)督和修正。通過掃描二維碼，PPM在BIM平臺中實現(xiàn)了自動和實時測量，改變了傳統(tǒng)PPM按周、月由計劃工程師目視手動測量模式。

4.2 PPM信息的輸出

（1）客戶端可視化

PPM的結果可以通過BIM平臺的多個客戶端以多種形式輸出，實現(xiàn)了項目進度管理的可視化、自動化。BIM 4D平臺可以根據(jù)PPM計算的數(shù)據(jù)，通過四個維度模擬項目實際進度情況和未來計劃進度，也可以對項目子項進度關鍵路徑進行重點管理。BIM的可視化客戶端可以多種方式為管理者提供所需信息。如不同顏色顯示子項工作不同階段：進行中、滯后、完成、停滯待料、超前等，也可用顏色深淺度或不同亮度表示子項進度。鼠標點擊3D圖中子項可獲得進度特性數(shù)據(jù)等關注的信息等（見圖3）。

（2）數(shù)據(jù)文件輸出

PPM的文件輸出構成了項目進度報告的主要內(nèi)容和管理者數(shù)據(jù)包，包括數(shù)字報告和各種曲線、圖表等形式。報告內(nèi)容可根據(jù)項目管理需要進行設置，諸多重點關注的指標和數(shù)據(jù)均可按周或按月生成報告。進度曲線和進度直方圖橫軸最小單位可以是天、周、月，時間軸隨時可以在三者之間切換、伸縮。圖4是進度曲線圖，表3是某水泥廠項目現(xiàn)場施工月度報告主要指標內(nèi)容。

表3中，項目子項PPM的輸出可提供不同時間的數(shù)據(jù)：當月累計，當月內(nèi)；下月累計，下月內(nèi)；上月累計，上月內(nèi)。其中，進度絕對偏差=實際進度-計劃進度；計劃執(zhí)行指數(shù)=贏得值/計劃值；效率=完成工時/投入工時；生產(chǎn)力=投入工時/完成工時；工時投入進度=投入工時/工時預算。

圖3 項目施工進度

5 擴展應用

在BIM平臺中，子項任務PPM結果將與其人力、機具、耗材等資源信息相協(xié)同，PPM將進度和資源連接后，可以對實際資源投入和效率進行實時計算和分析，對項目管理者排定下一步項目計劃和調(diào)配項目資源具有指導意義。同樣，PPM將子項進度和相關成本建立連接，可為BIM平臺中成本計算分析提供數(shù)據(jù)。

圖4 進度曲線示例

表3 水泥廠項目現(xiàn)場施工月度報告主要指標內(nèi)容

5.1 PPM與人力資源建立聯(lián)系

工作子項被賦予人工時量后，通過單位時間段內(nèi)的絕對進度可以計算出該時段所需要的人力數(shù)量。這為項目管理者在BIM平臺中協(xié)同資源和制定人力計劃（Manpower Planning）、后續(xù)人力調(diào)配（Manning）提供了數(shù)據(jù)支撐。通過單位時間內(nèi)人力投入和實際取得的進度對比，項目管理者可以計算和分析人力工作效率。人力分布的異常也可以檢驗出進度計劃安排是否合理。BIM平臺中PPM可以統(tǒng)計實際發(fā)生的人工成本，并和實際進度的比對，項目管理者可以判斷人工成本是否存在超出預算的風險，對項目人工成本起到管控作用。

5.2 PPM與項目其他資源和材料建立聯(lián)系

除了人力資源，PPM在BIM平臺中還可以與項目特別重要的資源建立聯(lián)系，這些資源對項目影響較大，可以是大型機具，如起重設備、車輛等，也可以是某些重要的耗材如水泥、骨料等，通過項目進度與項目的資源投入和資源預算的對比，實時監(jiān)管資源和材料成本。