BIM技术的水利工程施工进度控制方法研究

支铭伟，卢 林

(1.江苏为行环境科技有限公司，江苏 靖江 214500；2.江苏神禹建设有限公司，江苏 靖江 214500)

水利工程是产生水利经济效益的基础，水利工程的建设在合理利用水资源、生态环境保护以及防洪等方面起着决定性的作用，因此对于水利工程建设的关注程度在不断提高。

传统的水利工程施工进度控制方法，以绘制二维施工图纸为基础，通过虚拟现实技术设置三维水利施工进度模型，但由于该方法的整体性太强，无法调整局部施工进度，因此其控制效果并不理想。针对传统控制方法的问题，提出基于BIM技术的水利工程施工进度控制方法。现阶段水利工程建设项目施工十分复杂，而BIM技术作为现阶段工程领域信息化的产物，可利用该技术构建水利工程的建筑信息模型，通过对该模型的局部调整实现全局优化，得到精准度更高的控制效果，实现综合效益更好的施工进度控制。

该方法不仅加快了建设周期、节约了建设成本，同时也为今后现代化的水利工程施工提供更加完备的控制技术。

1 基于BIM技术的水利工程施工进度控制方法

1.1 设置分级化的施工进度信息管理模式

高质量的基本信息管理，是水利工程施工的重要依据，因此通过设置分级化的施工进度信息管理模式，将水利工程基本信息和施工进度信息按照一定条件进行分类，以增强施工进度控制的可靠性和针对性。分级化的信息管理模式是结合水利工程项目的技术特点、信息流及特征，来获取由于原有水利工程信息管理模式的局限性从而设置的全新分级化管理条件。

已知水利王程施工建设面临着各个方面的复杂特性，同时由于水利工程施工对相关信息需求极大，因此经过定量分析，将水利工程项目划分为不同的施工阶段，以此构成一个完整的生命周期，通过各阶段逐步推进演化，获取施工进度信息管理模式的条件。

根据水利工程的施工程序，将其生命周期划分为决策阶段、实施阶段以及使用阶段，图1为一个水利工程施工项目的生命周期划分示意图。

图1 水利工程项目生命周期划分

根据图1可知，水利工程施工项目具有建设信息量巨大、信息类型多元化、信息多源储存分散以及动态性变化等特点。这些工程信息在决策的初始阶段产生，并伴随着阶段的推进而不断演化和更新。因此，根据图1 的水利工程项目生命周期，将水利工程信息建设施工信息，设置为两个阶段的管理模式，见表1。

表1 水利工程信息分级化设置

按照表1中的划分方式，将与水利建设施工工程相关信息进行分级化管理，保证所有施工数据都有一个稳定的获取来源。根据设置分级化的施工进度信息管理模式，调整施工计划偏差，优化施工进度控制效果。

1.2 调整施工计划偏差完善施工项目模型

根据设置的分级化信息管理模式，建立施工项目三维模型，通过选择最优控制方案，调整水利工程施工计划偏差，实现对施工进度的优化控制。图2是利用BIM技术建立的施工项目演化模型。

图2 BIM技术设计的施工项目模型

根据图2可知，项目演化模型根据变化的水利工程信息而不断变化，并根据模型变化程度了解施工进度概况，通过选取最优控制方案，调整施工计划中出现偏离的施工位置，实现施工进度控制优化。

根据施工进度概况，可知需要调整的施工进度包括施工总进度、施工二级进度、施工子周期进度以及施工日常进度。以BIM管理平台为依托，对上述施工进度进行不同层面的偏差分析。第一环节是对关键施工线路进度进行分析，对比关键施工线路、关键工作，结合目前施工的实际情况，将施工总进度与实际进度进行对比，通过施工项目模型的演化过程，判定施工总进度是否能按时完成，以此确定项目进度偏差。

在水利工程建设施工过程中，施工实际进度的完成比例无法直接看出，因此根据进度与所耗资源的相关性，查询所耗资源是否存在分配不足或者过度分配的情况，以此实现对施工二级进度、施工子周期进度以及施工日常进度的调整。图3为施工进度与资源消耗关系曲线。

图3 施工进度与材料消耗关系曲线

根据图3中的曲线可知，施工进度与材料消耗之间呈正向相关关系，因此可以通过确认材料消耗情况调整施工计划，完善建立的水利工程施工项目模型。

1.3 基于BIM技术制定可调整的施工进度控制方案

BIM技术是实现水利工程施工进度控制的核心技术，基于BIM技术制定的多级水利工程施工进度控制方案，是根据一个完整生命周期内的水利工程施工项目而获取的，为了保证所建立的模型可以精准反馈施工进度，避免出现由于施工信息流失、遗漏导致进度不明确的问题，在BIM技术的应用下，制定的施工进度控制方案具有可调整性。

上一节中，BIM技术根据表1中的基本资料信息，结合实际施工场地的地理位置与环境，建立了一个由多个施工环节组成的、3D可调整的多级水利工程施工进度模型，而图4是根据该模型制定的施工进度控制方案。

图4 基于BIM技术制定的施工进度控制方案

根据图4可知，在选择合适的施工进度控制方案时，充分考虑了不同施工位置、工程用途等基本影响因素，每一阶段的施工、每一位置的施工均有其不同的施工方案，且该方案一定为最优。

(1)

2 实验

提出仿真测试实验来测试此次针对BIM技术提出的控制方法的可靠性与实用性。同时将传统的水利工程施工进度控制方法作为对照组，比较两种方法的控制差异。

随机选取一处水利工程施工场地作为实验测试背景，分别利用BIM技术应用下的控制方法，以及虚拟现实技术下的控制方法进行建模，图5是水利工程基本施工概况。

图5 水利工程基本概况

将图5中的基本施工信息，分别上传到两种控制方法的BIM软件和3D软件中，进行建模前的工程概况基本参数设置，图6为参数设置界面。

图6 参数设置界面

点击确定，生成水利工程施工图纸，分别利用两个软件识别该图纸并进行CAD转化，得出不同的水利工程施工建设模型，图7为转化操作界面。

图7 数据转化操作界面

界面显示识别完毕后，单击确定，分别利用BIM软件和3D软件进行计算，得出水利工程施工进度模型。采用模糊综合评价公式，对两种方法下的控制效果进行评估。假设A表示综合评估中评判因素所组成的集合，而影响评估结果的评判因素用a1，a2，…，an表示，其中n表示评判因素总数量。假设B表示评语集，即对实验测试对象给出的各类评价结果的集合，b1，b2，…，bn表示存在的n个类型不同的评价结果。假设各因素权重为ω，则模糊关系矩阵为

(2)

式中，pij—被评估的实验测试对象，从因素ai来看，是对bj等级模糊子集的隶属度。利用算子Θ，结合式(2)完成对控制结果的评估：

(3)

根据得到的G的大小，找出与其对应的评价等级。表2为设置的评价等级。

表2 评价等级一览表

表2中，等级I表示施工项目进度控制优秀，综合效益极高；等级II表示施工项目进度控制良好，综合效益良好；等级III表示施工项目进度控制一般，综合效益较差；等级IV表示施工项目进度控制刚刚满足施工最低控制底线，且综合效益几近于无；等级V表示施工项目进度控制不合格，损失较大，需要格外重视。

按照上述准备过程建立水利工程施工模型，分别利用两种施工进度控制方法进行测试，其中将BIM技术下的测试结果作为实验A组，虚拟现实技术下的测试结果作为实验B组，表3为本次实验测试结果。

表3 实验测试结果

根据表3中的测试结果可知，所提出的方法下，水利工程施工进度控制等级均为I级，平均评估结果为0.9373；而传统方法的控制等级为II级或III级，其评估结果的平均值为0.8237，比所提出的方法低了11.36%。可见所提出的方法的控制效果更好。

3 结语

此次提出的施工进度控制方法，解决了传统控制方法中虚拟现实技术难以局部控制施工进度的问题，提升了水利工程施工进度的控制效果，保证水利施工进度与目标计划之间的匹配性，实现工程项目的进程匹配控制。但此次提出的施工进度控制方法，并没有考虑人员施工问题，今后的研究还要考察施工人员的工作能力，以增强结果的精准性。