基于BIM 的装配式建筑工程施工进度管控方法

2024-05-21杨旭

中国建筑金属结构 2024年4期

杨旭

（福州市建总投资发展有限公司，福建福州 350000）

0 引言

在当今建筑行业中，装配式建筑工程以其高效、环保、节能等优势，逐渐成为发展趋势。然而，装配式建筑工程的施工进度管控却是一项复杂且富有挑战性的任务。传统的施工管理方法已难以满足现代建筑工程的需求，因此，寻求一种更为先进、高效的技术手段来提升施工进度管控能力显得尤为重要。建筑信息模型（BIM）技术作为一种新兴的数字化工具，在建筑行业中得到了广泛应用。该技术通过三维数字化模型，将建筑工程的物理和功能特性进行集成管理，为项目的规划、设计、施工和运营等阶段提供了强大的信息支持。近年来，随着BIM技术的不断发展和完善，其在装配式建筑工程施工进度管控中的应用也逐渐显现出其独特的优势。

近年来，众多学者已经对进度管控方面进行研究，并已经取得一定研究成果。如张志伟等[1]基于BIM+智慧工地平台开展桩基施工进度管理方法的研究。再如白宇等[2]基于BIM 技术，提出了一种施工进度精细化管控方法，并将其运用于实际工程之中。尹欣等[3]亦提出并建立了一种基于BIM 技术的钢结构施工智能管控平台。以上三种方法均可用于施工进度管控，在一定程度上也证明了BIM 技术适用于装配式建筑工程施工进度管控，可提供丰富的数据支持，帮助施工单位制定更为科学合理的施工进度计划，提高施工效率。虽然该技术在装配式建筑工程施工进度管控中的应用具有广阔的前景，但目前在实际应用过程中仍面临一些挑战和问题，为此提出BIM 技术在装配式建筑工程施工进度管控中的应用研究。

1 装配式建筑工程施工进度管控方法设计

1.1 基于BIM 搭建装配式建筑工程施工进度模型

BIM 技术在装配式建筑工程施工进度管控中的应用过程可以分为工程施工进度模型搭建、施工进度偏差分析以及施工进度优化三部分，以此来实现对工程施工进度的管控，其架构图如图1 所示。

图1 基于BIM 技术的进度管控架构图

为了借助BIM 技术对工程施工进度进行管控，首先选取BIM 软件搭建工程进度模型，收集装配式建筑工程总进度计划编制以及被分解完成的二级进度计划信息，同时还需要收集建筑工程其他相关信息，包括建筑面积、高度、结构等基础数据，将建筑的基础数据导入到BIM 软件中，建立建筑3D 模型。在使用BIM 软件建立装配式建筑工程3D 模型前，对装配式建筑工程中各个阶段的问题进行详细的检查，以便能及时地找到问题并进行改进。

将收集的进度信息导入到BIM 软件中，利用BIM 软件中Project 对工程各个施工项目进度任务录入，不需要考虑施工的次序，直接添加施工项目进度任务，创建完所有的施工进度任务后，对其顺序进行重新统一调整[4]。而工程的装配式构件安装施工项目进度任务要按次序输入，在对前期的工程资料进行总结与分析之后，对施工工序进行有秩序的安排，并根据施工次序对主要工序和次要工序进行排序添加，以此在BIM 软件中生成了建筑工程施工进度数据，并创建一个有序的施工列表，用于模拟施工进度计划[5]。将施工进度数据转换成DWF/DWFX文件，利用BIM 软件中Naciswork 将文件集成到之前构建的建筑3D 模型中，构建了工程进度BIM 模型，该模型将建筑三维立体空间与进度时间融合[6]。在此基础上，在BIM 模型上添加进度影响因素，考虑到装配式建筑施工进度主要受到天气条件、施工机械维修、施工物资供应以及施工勘察设计影响，因此在BIM 模型中建立进度影响因素集，用公式表示为：

式中，K表示建筑施工进度影响因素集；C表示施工天气条件；L表示施工物资供应及时率；M表示施工机械维修率；E表示施工勘查设计准确率[7]。以此形成一个系统的进度信息模型，该模型采用正序模拟和逆序模拟方式，以月份、星期和天数为时间单位模拟建筑工程施工进度，为后续进度偏差分析奠定基础。

1.2 施工进度偏差量化

在建立的建筑工程进度BIM 模型基础上，通过模拟施工进度，分析各个因素对建筑工程施工进度的影响，评估建筑进度风险，量化出建筑工程施工进度偏差。建筑工程进度BIM 模型对施工进度的模拟分为计划、执行、检查以及处理四个环节，具体如图2 所示。

图2 装配式建筑工程施工进度BIM 模拟示意图

如图2 所示，在施工进度BIM 模型中对每个项目施工计划（Plan）进行模拟执行（Do），采用赋权法对施工进度风险进行检查（Check），其用公式表示为：

式中，εi表示装配式建筑工程第i个施工项目进度风险指数；j表示施工进度BIM 模型中设置的影响因素数量；ijϖ表示第i个施工项目第j个影响因素权重系数；Kij表示第j个影响因素值（天气条件为恶劣天气数量）[8]。在施工进度BIM 模型中设置一个阈值，通常情况下该阈值取值为0.35，当超出阈值则表示当前执行的施工进度计划存在较大的风险，需要对其进行处理（Action）[9]。建筑工程施工进度计划处理的依据为进度偏差，因此在进度模型处理（Action）环节中对进度偏差进行量化。依据施工进度计划模拟时，需要对施工工期延长率、施工等待时差以及施工开始工期增加率进行计算，其中施工工期延长率计算公式为：

式中，H表示建筑工程第i个项目施工工期延长率；Wi表示第i个项目原计划施工工期天数。每个施工项目完成后需要等施工设备、材料、勘查等准备工作完成后再进行下一步项目施工，因此根据两个项目搭接关系系数计算出施工等待时差：

式中，T表示建筑工程第i个项目施工等待时差；γ表示两个项目搭接关系系数；F表示原进度计划中第i个项目施工等待时差。对于施工开始工期增加率可以根据原计划施工开始工期和BIM 模拟施工开始工期计算，其计算公式为：

式中，N表示建筑工程第i个项目施工开始工期增加率；ν0表示BIM 模拟施工开始工期[10]。根据以上计算得到的数据，计算出装配式建筑工程第i个项目施工进度偏差，计算公式为：

式中，α表示装配式建筑工程第i个项目施工进度偏差；ρ表示第i个项目计划施工进度时长，以此完成对建筑工程施工进度偏差的量化。

1.3 施工进度管控

根据量化到的建筑工程施工进度偏差，对建筑工程施工进度计划进行优化和调整，在装配式建筑工程施工进度BIM 模型中设定施工工期延长率、施工等待时差以及施工开始工期增加率均为零，将其代入到公式（3）（4）（5）中，求出不延长施工工期、不增加施工开始工期以及没有施工等待时差情况下，第i个项目施工工期天数、施工开始工期以及两个项目搭接时长等进度参数[11]。通过在BIM 模型中设计施工进度计划调整规则，对进度计划进行调整，根据施工进度管控需求，此次设计四个调整规则：

规则1：最大限度地降低天气风险。在此基础上，对施工过程中的不良天气情况进行精细辨识与预报，根据不利的气象条件，制定出相应的对策，并对具体的施工计划与方案进行优化。

规则2：调整材料供给计划。根据装配式建筑工程施工需求，对工程施工所需材料进行重新整理，储备足够的施工材料，合理地设计出物流计划，提前将施工材料运到工地，并对其进行有效管理。

规则3：调整建筑工程施工机械设备管理计划。对工程建设中需要的机械设备进行重新核算，对机械设备进行定期维护和检查，以保证设备的正常运转。

规则4：调整工程勘查设计，采用科学合理的方法和技术，对建筑工程施工现场进行综合勘探，及时调整勘查设计方案，降低勘查设计不合理引起的进度设计变更的可能性，为建筑工程施工提供可靠的数据支持。

综上，根据BIM 模型中识别到的风险比较高的进度影响因素，选择相应的规则，以此降低进度风险，实现对建筑工程进度计划的调整，实现装配式建筑工程施工进度管控。

2 实验论证

2.1 工程案例概况

以某商业综合体项目为例，该项目工程类型为商业建筑，使用装配式混凝土剪力墙结构，是典型的装配式建筑工程，工程占地面积为11 523.14m2，建筑面积为11 267.84m2，工程由1栋主楼和2 栋副楼组成，建筑高度分别为56、34m，建筑楼层分别为10 和8 层，建筑整体使用年限均为50 年，耐火等级为一级。该工程合同设计工期为510d。以此为基础，开展后续研究。

2.2 实验结果与讨论

利用本文设计方法对该装配式建筑工程施工进度管控，为了保证实验数据与实验结果具有一定的说明性，将本文方法与文献[1]方法、文献[2]方法对比分析。该工程施工项目共8 个，表1 统计了8 个施工项目实际进度与计划进度对比数据，通过对比实际施工进度与计划进度，分析三种方法应用下施工进度提前与延误情况。为了进一步检验方法的适用性，对建筑工程成本降低率进行了统计。施工进度管控的主要目的是降低施工成本，提高工程经济效益，而成本降低率可以反映出施工进度管控的经济性能，成本降低率计算公式为：

表1 工程计划进度与实际施工进度对比（单位：d）

式中，YRK表示建筑工程施工成本降低率；YH表示实际施工成本；YH0表示施工成本预算值。三种方法应用下工程施工成本降低率结果如表2 所示。

表2 装配式建筑工程成本降低率

对比表1 中数据可以看出，在设计方法应用下该装配式建筑工程施工进度比计划进度提前了37d，每个项目施工进度都在计划进度内完成，而文献[1]方法施工进度仅比计划进度提前3d，而且项目2、3、8 出现了施工进度延误情况，文献[2]方法施工进度仅比计划进度提前9d，部分项目也出现了施工进度延误情况，因此在工期缩短情况来看，本文设计方法优势更大一些。对比表2 中数据可以看出，该装配式建筑工程施工成本降低率综合值为14.15%，文献[1]方法、文献[2]方法分别为1.46%、1.75%，远远低于本文方法，因此从经济性方面本文设计方法也具有良好的优势。通过以上对比和分析证明了，本文方法更适用于装配式建筑工程施工进度管控。