基于BIM技術(shù)的建筑施工動(dòng)態(tài)管理方法

周國(guó)林

安徽水利開(kāi)發(fā)有限公司 安徽 蚌埠 233000

引言

與普通建筑不同，高層建筑的高度較高，施工人員的安全無(wú)法保障，從高處墜樓、被重物擊倒、被掉落的玻璃砸傷等問(wèn)題層出不窮，由此造成的施工人員死亡事件持續(xù)增加[1-3]。除建筑施工過(guò)程中，材料過(guò)度使用、浪費(fèi)等現(xiàn)象頻發(fā)，施工成本一再增加，提高了整個(gè)工程的施工壓力，無(wú)法保障工程承包的經(jīng)濟(jì)效益[4]。BIM技術(shù)主要是以建筑施工項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，通過(guò)建筑信息、施工信息，以及其他信息的集成，可以保證施工的有效性。因此，本文利用BIM技術(shù)，對(duì)建筑施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，減少建筑的使用成本，進(jìn)而提高建筑領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)效益。

1 建筑施工動(dòng)態(tài)管理方法

1.1 提取建筑施工的動(dòng)態(tài)變化軌跡

建筑施工過(guò)程中，施工現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)整體，存在一定的動(dòng)態(tài)變化軌跡。該軌跡中的各個(gè)組成元素之間相互關(guān)聯(lián)，元素之間的功能疊加，形成了一個(gè)新的功能，成為動(dòng)態(tài)變化中的最大優(yōu)勢(shì)[5]。對(duì)于建筑施工而言，動(dòng)態(tài)變化軌跡不斷變化，受到施工環(huán)境因素的影響，建筑本身存在著較多的安全缺陷，在不安全的狀態(tài)下，施工過(guò)程的任何一個(gè)物質(zhì)均為成本增加的主要原因；在人為不安全性行為的狀態(tài)下，施工階段的物質(zhì)、事故受害方為成本增加的主要原因[6]。建筑施工的動(dòng)態(tài)變化理論如下圖1所示。

圖1 建筑施工的動(dòng)態(tài)變化理論圖

如圖1所示，施工環(huán)境因素是整個(gè)建筑施工過(guò)程成本增加的基礎(chǔ)原因，安全缺陷為施工過(guò)程的間接原因，不安全狀態(tài)為施工材料的客觀原因，不安全行為為施工人員事故的直接原因[7]。以上原因皆為成本增加的主要原因。本文根據(jù)建筑施工過(guò)程中的環(huán)境因素、管理因素、行為因素，對(duì)建筑施工的動(dòng)態(tài)變化軌跡進(jìn)行分析。

施工過(guò)程中，時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生變化，施工設(shè)備、施工材料、施工人員等都在不斷變化。本文為了使建筑施工更加適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)變化性，將動(dòng)態(tài)變化因素、施工環(huán)境、管理監(jiān)督水平、不安全行為等因素進(jìn)行提取，并在施工過(guò)程中不斷調(diào)整變化因素，進(jìn)而使施工管理水平提高。

1.2 基于BIM技術(shù)構(gòu)建施工動(dòng)態(tài)管理模型

本文在進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)管理過(guò)程中，受到環(huán)境因素的影響較大，本文在提取出動(dòng)態(tài)變化軌跡之后，利用BIM技術(shù)構(gòu)建出施工動(dòng)態(tài)管理模型。本文在模型構(gòu)建之前，將施工勞動(dòng)力、施工材料、施工工期、施工環(huán)境等過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。假設(shè)建筑施工工期為管理模型的目標(biāo)函數(shù)，并將施工環(huán)境因素作為主要管理擾動(dòng)系數(shù)。在施工環(huán)境的擾動(dòng)下，對(duì)管理模型的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，公式如下：

式（1）中，M為調(diào)整之后的目標(biāo)函數(shù)；為最小工期約束條件；ti為標(biāo)準(zhǔn)層施工參數(shù)； Δt為施工等待時(shí)間；Pi為動(dòng)態(tài)管理系數(shù)。其中，i為常數(shù)，當(dāng) Δt=0時(shí)，為BIM視角下的最佳時(shí)序約束系數(shù)[8]。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的約束條件，在建筑主體結(jié)構(gòu)的剪力墻施工過(guò)程中，將必要的等待時(shí)間 Δt設(shè)定為1.5d，現(xiàn)澆筑的部分施工工期設(shè)定為6d，則施工期間的最小目標(biāo)函數(shù)為：

上述施工建設(shè)的動(dòng)態(tài)管理以材料管理、進(jìn)度管理等為主，利用BIM技術(shù)，對(duì)施工過(guò)程中產(chǎn)生的浪費(fèi)現(xiàn)象進(jìn)行跟蹤控制，從而提高建筑施工動(dòng)態(tài)管理水平。

1.3 消除施工管理的靜態(tài)因子

為了實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)管理，本文在模型建設(shè)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)因子消除處理。在施工過(guò)程中，靜態(tài)因子包括了施工人員管理、施工材料的管理、施工機(jī)械的管理。施工人員等靜態(tài)因子管理存在局限，計(jì)劃與變化之間的關(guān)系較小，在施工環(huán)境可控的情況下，以靜態(tài)的形式呈現(xiàn)在施工管理過(guò)程中。消除靜態(tài)因子的過(guò)程為：

式（3-5）中，G為靜態(tài)因子消除的線性函數(shù)；vi為施工主體結(jié)構(gòu)與材料使用量的資源約束條件；pi為靜態(tài)因子的空間約束條件；xi為施工人員數(shù)量；F為施工進(jìn)度；ri為工程項(xiàng)目的養(yǎng)護(hù)時(shí)間；gi為消除靜態(tài)因子之后，建筑疊合板安裝時(shí)的影響因子；χi為施工階段的最優(yōu)工期值。消除靜態(tài)因子之后，建筑施工過(guò)程中出現(xiàn)的靜態(tài)變化減少，甚至可以忽略不計(jì)，施工人員作為施工過(guò)程中較為活躍的因素，動(dòng)態(tài)變化的積極性更高，人員管理水平隨之提高。機(jī)械管理方面無(wú)須考慮，每臺(tái)機(jī)械均能在保證施工需求的基礎(chǔ)上，發(fā)揮出最大的施工效率。因此，使用本文設(shè)計(jì)的方法之后，動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理水平更高，成本管理水平隨之提升，材料浪費(fèi)的情況隨之減少。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的施工動(dòng)態(tài)管理方法是否具有實(shí)用價(jià)值，本文以蚌埠市某建筑施工工程為例，對(duì)上述方法進(jìn)行實(shí)例分析驗(yàn)證。建筑施工工程為住宅小區(qū)建設(shè)工程，項(xiàng)目建筑面積約30623.45m2。計(jì)劃地上建設(shè)20層，地下建設(shè)2層?？紤]到BIM技術(shù)的管理、可視化、集成性、協(xié)調(diào)性、出圖性等優(yōu)勢(shì)，本文采用BIM技術(shù)，對(duì)工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。在施工單位簽訂項(xiàng)目合同之后，工程處于施工前準(zhǔn)備階段，在BIM技術(shù)的指導(dǎo)下，開(kāi)展BIM三維模型構(gòu)建工作。建筑施工工程的三維外觀模型如下圖2所示。

圖2 BIM建筑外觀模型

如圖2所示，建筑工程建設(shè)分別為20層主樓、機(jī)電及相關(guān)設(shè)備室、地下車庫(kù)等。本文根據(jù)施工時(shí)間段、施工樓層等的不同材料需求，對(duì)建筑材料需求量進(jìn)行計(jì)算。并以此為基礎(chǔ)，確定施工組織設(shè)計(jì)、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等階段的動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)，各個(gè)施工階段的動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)如下表1所示。

如表1所示，在建筑施工的各個(gè)階段中，動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)較高，均能超過(guò)0.850的合格標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)管理效果較佳。其中，建筑物軸線觀測(cè)階段的動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)為1.000，達(dá)到了管理的完美標(biāo)準(zhǔn)，定位測(cè)量放線階段、交工驗(yàn)收階段的動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)為0.999，無(wú)限趨近于“1”。因此，使用本文設(shè)計(jì)的建筑施工動(dòng)態(tài)管理方法的管理水平較高。

表1 動(dòng)態(tài)管理約束指標(biāo)

2.2 應(yīng)用結(jié)果

在上述條件下，本文選取建筑工程中的木材、石材、鋼材、水泥、金屬、涂料、油漆、貼面瓷磚、特效玻璃、密封層、復(fù)合材料等建筑材料，在建筑施工成本的最大單位用量一致的條件下，使用本文設(shè)計(jì)的建筑施工動(dòng)態(tài)管理方法，對(duì)建筑材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，由此得出，使用此方法之后的施工成本單位用量如下表2所示。

表2 應(yīng)用結(jié)果

如表2所示，使用本文設(shè)計(jì)的管理方法之后，建筑施工成本更低，管理水平較高，符合本文研究目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，城市人口日益增加，建筑行業(yè)空前發(fā)展。為了減少建筑占地資源，提高人員入住率，高層建筑形式應(yīng)運(yùn)而生。高層建筑形式普遍采用裝配式結(jié)構(gòu)，新工藝、新材料的使用，使建筑建造從粗放式轉(zhuǎn)變成了精細(xì)化，裝配式結(jié)構(gòu)的建筑方式更具有環(huán)保性能，對(duì)于人們的居住與辦公環(huán)境提供了便捷條件。但是，在此建造環(huán)境下，建筑施工材料浪費(fèi)較多，建筑施工成本隨之提高。因此，本文利用BIM技術(shù)，對(duì)建筑施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。從提取施工變化軌跡、構(gòu)建管理模型、消除靜態(tài)因子等方式，對(duì)建筑施工進(jìn)行全周期的管理，實(shí)時(shí)管理材料浪費(fèi)、使用過(guò)度的現(xiàn)象，真正意義上減少建筑施工成本。