基于BIM技术的装配式建筑施工进度模拟与业务架构方法分析

李伟，刘梦，刘嗣逸，戴传新 （安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 230786）

1 应用背景

近年来，传统建筑逐步向新型的建造体系与建造方式转变，从原先粗放型的建造方法向着科学、合理、高效的方式转变，随着国家对装配式建筑发展的支持，无论是装配式建筑总量占有率，还是技术体系发展，都日趋完善。同传统建造方式相比，装配式建筑的优势之一便是建造周期短，同时信息化技术手段得到较大比例的应用。建筑信息模型技术作为装配式建筑在建造过程中的信息化管理与多拓展应用的有力工具，将其与装配式建筑结合，更能发挥装配式建筑的体系优势、新技术优势。众所周知，进度管理是项目管理中同安全与质量管理目标齐平的三大目标之一，通过科学的方法以及精准的控制，同时结合施工进度模拟的有效补充，使得进度管理目标得以有效甚至高效实现，对控制整个项目的风险、提高项目的整体利益至关重要。

国家也根据已经建造完毕与正在建造的项目情况，梳理并形成了一些信息化技术手段对进度管理的应用范例，包括一些BIM 技术应用的竞赛与应用成果，都是不错的参考资料。可以看到在项目实践过程中，锚定的是施工现场既有的习惯方式与业务成果，以防止建筑信息模型及其配套形成的信息融合工具形成自说自话、脱离施工现场进度管理朴素诉求的窘境，总体的宗旨是真正做到解放生产力、发展生产力。

2 传统进度计划管理方法

2.1 传统进度计划的编制方法

传统进度管理包括项目前期的进度分析、进度数据整理以及进度计划编制，项目中期的进度监控、进度调整优化与进度纠偏，项目后期的进度总结。在进度计划编制时，在以往的项目中，大多数工程多利用甘特图（Gantt chart）（图1）进行项目进度计划编制与管理。甘特图又称为横道图，其通过条状图来显示项目、进度和其他时间相关的系统进展的内在关系随着时间进展的情况，常用的软件有PROJECT、P6 等。该类软件一般构成要素简单，主要包括工作名称、工期、计划开始、计划完成、实际开始、实际完成等条目，由项目管理团队围绕施工合同明确甲方要求的刚性工期，根据粗略分析与工程量清单，将涉及到的工作进行工作分解，结合工作面与涉及到的人员部署、材料采购与堆放、机械选型与成本等确定工作间的逻辑关系，技术人员根据讨论形成的工作安排进行项目的进度计划编制。

图1 项目进度计划

图2 基于BIM技术的进度模拟技术架构

随着项目进度管理的持续发展，在甘特图基础上也衍生了诸多功能丰富、应用灵活的独立软件，包括斑马进度、翰文进度管理系统等。这些软件在大的框架基础上，增加了双代号网络图与横道图自由切换的功能，针对项目工序多对局部工序内容与图表进行局部放大的功能、不同专业工序的筛选功能、工期截取功能等。

2.2 传统进度计划的模拟与管理

据了解，尽管进度计划编制软件在逐渐进步，但是作为一种应用型的工具，从前期的数据收集到后期的进度监控，涉及到大部分手工录入的工作。同时，进度管理比较专业，并且对工程量、工作量、劳务消耗的控制较弱，通过这些文字加时间形成的进度计划往往是静态与抽象的，与进度息息相关的信息联动融合很难做到精准，所形成的进度分析与计划会带来潜在的进度管控风险，无法实现施工进度计划的有效模拟。同时，大多数时候对进度的动态管理只能在一个时间大周期上对进度计划进行调整，或者重新订立一个进度计划，管理痕迹与作用并不明显。另外，不管是双代号网络图还是横道图，都需要较强的专业知识，这就导致业主对进度管理的参与感不强，容易引发业主的催促情绪。

3 基于BIM技术进行进度管理

3.1 基于BIM技术进行进度管理的应用优势

建筑信息模型技术（BIM）在项目进度管理中的应用已成为现实，通过继承设计阶段的设计模型或者在施工阶段重新搭建，结合项目分析过程中形成的定制化的进度计划，通过构件模型与进度计划关联，形成4D-BIM 模型（注：尽管3D 模型已经具备部分工程量信息，但其系统性不足且不在本文讨论的范畴，故本文仍将赋予进度信息的三维模型称为4D-BIM 模型），实现构件级的三维施工进度计划编制。基于BIM 技术的施工进度模拟技术架构是以模型为基础，结合时间因素与资源因素的三维模型可视化的操作方法架构。其使得进度计划的编制工作更加简易、不会遗漏工序、进度计划偏差小，BIM 模型携带工程量信息，同时可拓展定额信息，实现进度与资源的有效绑定，计划更有说服力。基于BIM 技术构件的进度管理，从前期的三维精细化进度编制、施工进度模拟和中期的进度计划管理，均体现出BIM 技术在进度管理中的高效性，同时也提高了进度计划的合理性。通过BIM 技术的施工模拟可以直观进行项目进度计划演示，快速准确的找出计划中存在的一些问题，结合方案比选，可以使得施工进度安排更趋于合理。在同业主交流项目进展时，可视化的模拟过程提高了业主、监理等项目参建各方的管理参与感，减少发生因沟通不畅导致催促工期的情况。

3.2 基于BIM技术进行进度管理的应用研究

在建筑信息模型技术生态中，欧特克平台在民用建筑领域使用率较高，在应用中设计师多使用Revit-Naviworks软件体系，Revit 软件的应用优势在于构建与编辑模型，Naviworks 软件的优势在于审阅与管理模型，使用Revit编辑或搭建三维模型，使用Navisworks Export Plugin 插件将Revit 编辑完毕的建筑信息模型无缝转换到Navisworks 软件中，利用Navisworks 软件，经过选择集、任务建立、时间绑定一系列操作，实现在三维模型绑定进度部署信息，建立4D-BIM 施工进度模型，通过TimeLiner可以对建筑物进行建造阶段的进度与工序的直观模拟（图3）。

图3 基于Navisworks软件构件的TimeLiner施工进度模拟

笔者调研了不同情况下施工企业或者咨询企业开展进度管理的业务架构，主要分为商务或投标应用型、施工技术方案型以及施工管理型，这些类型的业务架构特点各异，处在不同的应用阶段有着不同的应用优势。商务或投标应用型多是由图表构建模式，主要优势是可以快速构建，投入的人力成本和时间成本较低。一般上来说主要应用在项目开展的前期，由投标人员或者商务谈判中形成，与后期的施工工作开展有着不小的出入，这种应用业务架构很难站在BIM 技术应用视角去覆盖的业务架构。施工技术方案型是对商务或者投标型的更进一步细化，合理性更高，往往是一种比较理想型的应用，更偏向于进度计划，不会和施工过程进行修正和反馈，是与项目脱节的。目前在BIM 技术的结合中，应用BIM 技术是力图覆盖施工管理型的业务架构，通过专业的进度管理软件建立起一套基准进度计划，根据施工部署和甲方要求，可以动态的调整，和现场的实际进度匹配度较高，需要实时的跟踪进度和及时的调整进度。从施工管理型的业务架构出发，提出进度管理Revit-Naviworks 软件体系几种常见的应用模式，这些模式在应用中均能解决进度管理的一些问题，也各有应用优势与不足之处。在应用模式一（图4）中，进度管理技术人员使用Navisworks 软件直接打开通过继承或者由BIM 工程师搭建的Revit模型文件，这种模式的应用特点在于Naviworks 与Revit 可实时联动，Revit 中模型被修改会同步反馈到Naviworks 中，包括模型位置的调整、模型族类别的置换、新建的模型内容，该模式适用于为施工进度管理前期一些讨论工作提供技术支撑，构建一个虚拟的场地、效果真实的施工机械、理论化的建筑主体模型，将项目部安置、施工道路布设、出入口预留、施工机械部署、材料堆放与转运等施工过程中的重难点问题放在一个虚拟可视化的场景中讨论，形成一个可行性高的前期施工方案。该应用模式关闭模型文件后便无法进行同步，再次打开文件等同于开启了一次新的同步。

图4 模型短周期应用模式

作为Revit-Naviworks 软件体系中的典型应用（图5），即由Revit 软件创建的施工图设计模型经由Navisworks Export Plugin 转换成NWC 格式文件，发送到施工现场或工程管理类部门，施工现场或工程管理类部门应用Naviworks 对NWC 模型文件进行编辑并形成NWF文件，构件选择集、审阅信息、视点、进度任务TimeLiner 均存储在NWF中。NWF 文件比较适应施工现场进度的动态特性，同时也会自动对迭代的模型版本进行自动归集，作为Navisworks的典型应用模式，适用于现场的动态化进度管理，特别是针对实际进度的跟踪并与计划进度形成一个直观的比对。

图5 模型长周期后端维护应用模式

在建筑信息模型技术应用在施工现场的进度管理中，笔者发现应用过程中出现的一些问题，具体表现为施工现场的管理人员由于长期习惯于国内简洁规则的软件界面，对Naviworks 软件接受程度不高，同时，对Naviworks 软件的编辑意愿不够强烈，导致Naviworks 更多地用来审阅进度模型，项目进度信息更多的是由BIM 工程师来进行维护，这对建筑信息技术在项目中的落地应用不利，也会造成现场进度管理从技术层面脱节或者滞后。因此研究提出一种结合二次开发技术的应用模式（图6），该模式可以解决目前借助于RevitNaviworks 软件体系进度管理时信息加工与维护的问题，在原始的建筑信息模型中绑定涉及到进度管理的构件选择集，以及进行施工进度模拟TimeLiner 所依赖的任务名称、任务序号、起止时间等关键信息（图6）。模型经由Navisworks Export Plugin 转换成NWC 格式文件，NWC格式文件会携带绑定的关键信息，借助于Navisworks 提供的.NET API 技术可实现携带信息的批量化一键处理，如自动构件选择集、自动创建任务名称、计划的起止时间等，该模式可大大提高信息维护的便捷性，同时可以加速同步的信息到结果的转化效率。目前Navisworks API 提供的接口还不够全面，也希望厂商能提供更多的API 接口，助力Navisworks与业务模式实现融合。

图6 基于Navisworks二次开发技术的本地化应用模式

4 应用总结与展望

本文梳理了项目进度管理的一般流程以及建筑信息模型技术对进度管理应用的几种流程。在项目应用中，项目进度的管理主要集中在前期策划阶段，项目进度到中后期在管理上往往较为被动。同时影响项目进度的外部因素也较多，亟待通过建筑信息模型技术实现项目进度的精准管理，实现项目进度管理的科学性、合理性、可控性。同时笔者也在应用中发现，目前的项目进度管理与BIM 技术的结合应用有了不错的实践性尝试，但是应用面不够。同时对进度管理这一业务性工作覆盖不够，在应用研究中发现，专业性较强的工具型软件对进度管理响应的工作内容覆盖全，尽管在应用中还有一些不完善之处，项目管理人员同时也形成了一个应用习惯，更习惯应用这些单独的工具型软件。

装配式建筑的高效建造必然是离不开建筑信息模型技术，新技术的应用并不是对之前工作方式与应用工具的摒弃，而是建立起一套与装配式建筑匹配的信息化、数字化的体系工具，同时也更符合项目进度管理应用习惯的工具。在已经研究的应用架构基础上，针对后期的应用以及业务覆盖还有很多工作需要进行，更多的要从现场管理人员的业务为落脚点，借鉴与完善已有的工具功能，在BIM 技术生态中实现进度信息流转、多端多点的融合应用，只有这样才能真正形成BIM 技术在项目中的落地，也才能够通过BIM 技术手段实现装配式建筑进度的精细化、信息化管理，同时助力装配式建筑整体建造效率的提升。