基于BIM技術(shù)的建筑工程施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用

李慧海

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030606）

0 引言

BIM 技術(shù)（建筑信息模型）是當(dāng)下常用的智能化施工管理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)建筑信息化、數(shù)據(jù)化管理[1]。在大型建筑工程項(xiàng)目中使用此技術(shù)，能夠促進(jìn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工團(tuán)隊(duì)的施工管理信息共享與協(xié)作?；贐IM 技術(shù)的智能化建筑施工管理系統(tǒng)，能夠全面優(yōu)化大型建筑工程項(xiàng)目管理水平，提高施工進(jìn)度的管理效率、施工資源的調(diào)度效率，可節(jié)省施工成本[2]。本文以BIM 技術(shù)為技術(shù)支撐，研究建筑施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)在大型項(xiàng)目中的應(yīng)用，并分析此技術(shù)的應(yīng)用效益。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型，簡(jiǎn)稱BIM 技術(shù)，此技術(shù)通過(guò)參數(shù)模型整合項(xiàng)目各種相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及建筑運(yùn)營(yíng)單位等各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[3]。

將BIM技術(shù)使用在建筑工程施工管理中，可以提供可視化的項(xiàng)目概況，將各種專業(yè)數(shù)據(jù)信息以三維模型的方式呈現(xiàn)出來(lái)，從而令各參與方更加直觀地理解項(xiàng)目，提高溝通效率；同時(shí)還可以幫助項(xiàng)目開發(fā)商和施工方有效地協(xié)調(diào)不同人員之間的工作，使各專業(yè)之間的配合更加緊密，避免信息孤島[4]。

2 基于BIM技術(shù)的建筑工程施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于BIM技術(shù)在建筑工程施工管理中的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)澐譃閿?shù)據(jù)層、邏輯層、應(yīng)用層、操作層，充分利用BIM技術(shù)把工程項(xiàng)目施工進(jìn)度管理相關(guān)信息集成管理。

由圖1可以看出，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)層中BIM模型與施工管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互相關(guān)聯(lián)，施工管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)中心，可存儲(chǔ)多維、大規(guī)模工程項(xiàng)目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)。且在BIM 模型構(gòu)建過(guò)程中，可將全局相似度最大的案例，作為大型項(xiàng)目施工的備選方案，用于構(gòu)建研究項(xiàng)目的BIM模型。

邏輯層使用M/S（移動(dòng)端/服務(wù)器）、B/S（瀏覽器/服務(wù)器）處理施工進(jìn)度數(shù)據(jù)，使用兩種瀏覽器可支持大量用戶同時(shí)登陸系統(tǒng)[5]。

應(yīng)用層使用中間件，接收邏輯層瀏覽器用戶輸入的操作指令，由系統(tǒng)模塊進(jìn)入各個(gè)功能模塊處理后，在中間件的協(xié)助下，處理結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至瀏覽器頁(yè)面。系統(tǒng)模塊屬于系統(tǒng)的核心應(yīng)用，涉及施工進(jìn)度智能化管理多種業(yè)務(wù)[6]。

操作層表示系統(tǒng)的用戶群體，包含BIM 工程師、監(jiān)理、業(yè)主、施工管理人員、設(shè)計(jì)人員[7]。

2.1.2 系統(tǒng)功能模塊

施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)中，功能模塊主要分為前期管理模塊、成本管理模塊、進(jìn)度管理模塊、質(zhì)量管理模塊、合同管理模塊、安全管理模塊、物資設(shè)備管理模塊，如圖2所示。

圖2 施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)功能模塊

前期管理模塊在項(xiàng)目施工前期用于管理項(xiàng)目策劃文件；成本管理模塊使用BIM技術(shù)分析工程造價(jià)成本等數(shù)據(jù)，可保證項(xiàng)目施工成本在計(jì)劃金額范圍內(nèi)[8]；進(jìn)度管理模塊在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中用于審核施工方案，當(dāng)全部施工方案審核通過(guò)，便可開始施工；質(zhì)量管理模塊、合同管理模塊、安全管理模塊、物資設(shè)備管理模塊分別用于監(jiān)管大型項(xiàng)目施工質(zhì)量、施工日期與效果、人員安全、施工物資設(shè)備等。

2.2 BIM建模

在施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中，構(gòu)建施工項(xiàng)目的BIM模型首先需提前制定施工方案，在制定施工方案時(shí)，使用初級(jí)、高級(jí)兩種檢索方法，設(shè)定備選施工方案。其中初級(jí)檢索目標(biāo)是歷史已有的建筑工程項(xiàng)目施工案例，檢索關(guān)鍵詞是建筑結(jié)構(gòu)類型；高級(jí)檢索目標(biāo)是基于初級(jí)檢索結(jié)果，將建筑結(jié)構(gòu)特征屬性作為檢索關(guān)鍵詞，深度檢索與所研究工程高度相似的施工案例，將全局相似度最大的案例，作為大型項(xiàng)目施工的備選方案，展開建筑工程項(xiàng)目施工進(jìn)度BIM模型的構(gòu)建。

假如所研究建筑工程項(xiàng)目是b0，歷史建筑工程項(xiàng)目是bj，為保證相似度運(yùn)算精度，將全部建筑工程數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理：

式中：j——第j個(gè)建筑工程項(xiàng)目案例；

i——第i個(gè)建筑工程項(xiàng)目特征屬性值；

yji——建筑工程項(xiàng)目案例無(wú)量綱化處理結(jié)果；

bji——特征屬性值無(wú)量綱化處理結(jié)果；

n——建筑工程項(xiàng)目特征屬性集合。

建筑工程項(xiàng)目歷史案例篩選時(shí)，初級(jí)檢索過(guò)程中項(xiàng)目案例局部相似度運(yùn)算方法如下：

式中：β、yzi——分別代表分變系數(shù)、b0的特征屬性值。

基于式（2），高級(jí)檢索過(guò)程中，建筑工程項(xiàng)目歷史案例全局相似度計(jì)算方法如下：

式中：?i——特征屬性權(quán)值。

建筑工程項(xiàng)目BIM建模過(guò)程中，需應(yīng)用CAD軟件，在該軟件中已標(biāo)識(shí)建筑項(xiàng)目尺寸、材質(zhì)和每個(gè)部件的準(zhǔn)確位置信息[9]，設(shè)計(jì)師可結(jié)合備選方案信息，利用二維CAD圖片構(gòu)建建筑的三維圖像，施工人員能夠結(jié)合圖紙信息獲取三維建筑信息，為BIM 建模奠定基礎(chǔ)[10]。CAD在BIM模型構(gòu)建中的應(yīng)用流程如圖3所示。

圖3 CAD在BIM模型構(gòu)建中的應(yīng)用流程

最后使用BIM設(shè)計(jì)軟件Revit進(jìn)行BIM三維模型構(gòu)建，其中，在結(jié)合施工方案設(shè)計(jì)建筑樣式時(shí)，需設(shè)計(jì)建筑部件族文件，并簡(jiǎn)化Revit建模過(guò)程。BIM建模具體步驟如下：

（1）設(shè)定建筑工程項(xiàng)目場(chǎng)地條件、標(biāo)高條件、軸網(wǎng)條件；

（2）構(gòu)建建筑部件CAF圖層分層連接；

（3）設(shè)定建筑部件族參數(shù)和材質(zhì)，組建大型建筑工程的墻體、柱、門、窗、樓板、屋頂，組建為三維模型。

建筑工程項(xiàng)目BIM建模時(shí)，因設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的了解不深入，會(huì)出現(xiàn)建筑構(gòu)件碰撞問(wèn)題，為此，需要使用MicroStation自帶的Clash Detection功能，處理三維模型交叉碰撞問(wèn)題。

3 施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用流程

建筑工程項(xiàng)目施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)跟進(jìn)施工進(jìn)度，控制工期在方案規(guī)定時(shí)間內(nèi)。施工進(jìn)度智能化管理流程如圖4所示。

圖4 項(xiàng)目施工進(jìn)度智能化管理流程

3.2 施工進(jìn)度管理效果驗(yàn)證

以某建筑工程項(xiàng)目作為研究對(duì)象，該工程項(xiàng)目屬于商業(yè)型建筑工程，總面積超過(guò)48000m2，地面樓層是35層。為分析施工進(jìn)度智能化管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果，利用該系統(tǒng)管理工程施工進(jìn)度，分析其應(yīng)用前后的施工進(jìn)度變化，結(jié)果如表1所示。

表1 智能管理系統(tǒng)使用前后施工進(jìn)度對(duì)比

從表1數(shù)據(jù)可以看出，智能進(jìn)度管理系統(tǒng)使用前施工進(jìn)度和計(jì)劃任務(wù)之間存在較大偏差，未能按照計(jì)劃完成施工；而使用后該工程的施工進(jìn)度超出計(jì)劃任務(wù)，說(shuō)明本文系統(tǒng)能夠提高施工效率，節(jié)省工時(shí)，從而提高大型建筑工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于BIM技術(shù)的建筑施工進(jìn)度管理系統(tǒng)在提高施工效率、合理調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，BIM技術(shù)在建筑施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題，如技術(shù)門檻高、數(shù)據(jù)整合難度大、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等。因此，未來(lái)需要加強(qiáng)BIM技術(shù)的研發(fā)和推廣，完善BIM 數(shù)據(jù)集成和共享標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)跨學(xué)科合作等，以促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用和發(fā)展。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合具體工程項(xiàng)目的特點(diǎn)和實(shí)際情況，合理選擇和應(yīng)用BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑施工進(jìn)度的有效管理和控制。