论文基于BIM的4D虚拟建造技术在工程项目进度管理中的应用

1、基于bim的4d虚拟建造技术在工程项目进度管理中的应用赵 彬，王友群，牛博生（重庆大学建设管理与房地产学院，重庆 400045）摘 要：进度目标是建设项目的三大目标之一，进度管理也是施工管理中的重要环节，有着特殊的地位和作用。本文从工程项目进度管理通常存在的问题出发，对传统方法和基于bim技术的4d虚拟施工在进度管理中的应用过程进行了比较，分析了传统进度管理方法在解决上述问题上存在的局限性，论证了采取bim技术进行进度管理的优越性及可行性。关键词：bim；虚拟施工；进度管理0 引言一个工程项目能否在预定的时间内交付使用，直接关系到投资效益的发挥，尤其是对生产性或商业性项目来说更是如此。因此，对

2、工程进度进行有效地控制，使其顺利达到预定的目标，是业主、监理工程师和承包商进行项目管理的中心任务，同时也是项目实施过程中的一项必不可少的重要环节1。进度控制的目标与投资控制、质量控制的目标三者是对立统一的关系，一般说来，进度快就要增加投资，但工期提前也会提高投资效益；进度快也可能影响质量，而质量控制严格就可能影响进度；但如果因质量控制严格而避免了返工，又会加快进度。包括进度控制、质量控制与投资控制等在内的工程管理是一个系统工程，处理好三者之间的关系就是既要进度快，又要投资省、质量好10。但是，由于复杂的影响因素和传统方法自身存在着局限性，使得施工过程中的某些问题往往会在不同的项目中重复出现，让

3、项目管理者在进度管理中顾此失彼，防不胜防。究其原因，多数是由于传统管理方法存在缺陷而造成的，为了更好的解决这些问题，必须探索进度管理方法的技术创新。1 bim与4d虚拟施工bim（building information modeling，即：建筑信息模型）带给建筑业的是一次根本性的变革，它将建筑从业人员从复杂抽象的图形、表格和文字中解放出来，以形象的三维模型作为建设项目的信息载体，方便了建设项目各阶段、各专业以及相关人员之间的沟通交流。项目各方之间的充分交流减少了建设项目因为信息过载或者信息流失而带来的损失，提高了从业者的工作效率以及整个建筑业的效率。基于bim技术的4d虚拟施工是将设计阶段

4、所完成的3d模型附加以时间的维度，构成4d模拟动画，其主要目的是按照工程项目的施工计划模拟现实的施工过程，在虚 拟的环境下发现施工过程中可能存在的问题和风险，并针对问题对模型和计划进行调整作者简介：赵彬（1966-），男，重庆人，硕士，重庆大学建设管理与房地产学院副教授，研究方向为工程项目管理、建设管理教育。修改，反复的模拟检查和调整使施工计划过程达到优化。即使发生了设计变更、施工图更改等情况，也可以快速的对进度计划进行联动修改。此外，在项目评标阶段，三维模型和虚拟动画可以使评标专家形象的了解投标单位对工程施工组织的编排情况、主要的施工方法、总体计划等，从而对投标单位的施工经验和实力做出初步评

5、估4。2 进度管理中普遍存在的问题 在实际的工程项目进度管理过程中，虽然有各种详细的进度计划以及网络图、横道图等技术做支撑，但是“破网”的事故还是经常发生，对整个项目的经济效益产生着直接的影响，通过分析，主要有以下原因：2.1建筑设计缺陷带来的进度管理问题设计阶段的主要内容是完成施工所需图纸的设计，通常一个项目的整套图纸少则几十张，多则成百上千张，有时甚至数以万计。图纸所包含的数据庞大，设计者和审图者的精力有限，存在错误是必然的；再者项目各个专业的设计工作是独立完成的，这就导致各专业的二维图纸所表现的内容在空间上很容易出现碰撞和矛盾。上述问题没有被提前发现，而是到施工阶段才表现出来，就势必会对

6、工程项目的进度产生影响。2.2施工进度计划编制不合理造成的进度管理问题 工程项目进度计划的编制很大程度上依赖于项目管理者的经验。虽然有施工合同、进度目标、施工方案等客观条件的支撑，但是项目的唯一性和个人经验的主观性难免会造成进度计划出现不合理的地方，并且现行的编制方法和工具相对抽象，导致不易对进度计划进行检查。计划出了问题，那么按照计划所进行的施工过程必然也不会顺利。2.3现场人员的素质造成的进度管理问题 随着施工技术的发展和新型施工机械的应用，工程项目施工过程越来越趋于自动化和机械化。但是，保证工程项目顺利完成的主要因素还是人。施工人员的素质是影响项目进度的一个主要方面，施工人员对施工图纸的

7、理解，对施工工艺的熟悉程度等等因素都对项目能否按计划顺利完成产生影响。2.4因参与者众多，沟通和衔接不畅导致的进度管理问题建设项目往往会消耗大量的财力和物力，如果没有一个详细的资金、材料使用计划是很难完成的。在实际的项目施工过程中，由于专业的不同，施工方与业主和供货商的信息沟通不充分、不彻底，业主的资金计划、供货商的材料供应计划与施工进度不匹配，同样也会造成工期的延误。2.5施工环境的影响工程项目既受当地的地质条件、气候特征等自然环境的影响，又受到交通设施、区域位置等社会环境的影响。项目实施过程中任何不利的环境因素都有可能对项目进度产生严重影响。因此，必须在项目的开始阶段就充分考虑到这些环境因

8、素的影响结果，并提出相应地应对措施。3 传统方法解决这些问题的缺陷和局限性 以上问题产生的根本原因是因为传统进度管理办法本身的局限性造成的，加强管理和增加项目进度检查频率只能在一定程度上降低问题发生的概率，不可能从根本上解决。这是因为：3.1 二维cad设计的项目形象性差在过去，由于计算机技术和信息技术的落后，人们无法将建筑设计的成果用三维模型表达，实体模型又无法包含项目实体的所有信息，而且制作复杂，十分不便。二维三视图作为一种基本表现手法，将现实中的三维建筑用二维的平、立、侧三视图表达。特别是cad技术的应用，用电脑屏幕、鼠标、键盘代替了画图板、铅笔、直尺、圆规等手工工具，大大提高了出图的效

9、率。虽然如此，由于二维图纸的表达形式与人们现实中的习惯维度不同，所以看懂二维图纸存在一定困难，要求通过专业的学习和长时间的训练才能做到对图纸正确认识。同时，由于当代人们的需求和建筑设计的发展，异形曲面的应用更加频繁。鸟巢、国家大剧院、悉尼歌剧院等外形奇特，布局复杂的建筑物越来越多的出现在我们身边。这种趋势对二维的图纸设计带来了很大困难。即使能够完成，制作、认识、理解图纸也会变得更有难度。另外，二维cad设计可视性不强的缺陷造成设计师无法有效检查自己的设计成果，很难保证设计质量，并且对设计师与建造师之间的沟通制造了障碍。3.2 网络计划抽象、往往难以理解和执行 网络计划图虽然是现在项目进度管理的

10、主要工具，但是由于其自身的缺陷和局限性，使得工程项目的进度管理工作任然存在问题。首先，网络计划图计算复杂，理解困难，只适用于专业内部的使用，不利于对外界的沟通和交流。其次，网络计划图表达抽象，不能直观的展示项目的计划进度过程，也不方便进行项目实际进度的跟踪。此外，网络计划图要求项目工作分解细致，逻辑关系准确，这些都依赖于个人的主观经验，实际操作中往往会出现各种问题，很难完全做到。3.3 二维图纸不方便各专业之间的协调沟通 二维图纸由于其可视化程度的限制，使得各专业之间的工作相对分离。无论是在设计阶段还是在施工阶段，都很难对项目进行整体性表达。各个专业单独工作或许十分顺利，但是一旦将各专业结合起

11、来协同作业就会产生碰撞和矛盾，对整个项目的顺利完成带来困难。3.4 传统方法注重经验，无法做到规范化和精细化管理随着项目管理技术的不断发展，规范化和精细化管理已成为形势所趋。但是传统的进度管理方法很大程度上依赖于项目管理者的经验，很难形成一种标准化和规范化的管理模式。这种经验化的管理方法由于受主观因素影响较重，注定了与精细化管理无缘。所以，引进新的管理技术，更新传统的管理方法已势在必行。4 传统的进度管理方法与基于bim的4d虚拟施工在项目进度管理中的比较传统方法虽然可以对前期阶段所制定的进度计划进行优化，但是由于其可视性弱，不易协同，以及横道图、网络计划图等工具自身存在缺陷，所以项目管理者对

12、进度计划的优化只能停留在部分程度上，即优化不充分。这就使得进度计划中可能存在某些没有被发现的问题，当这些问题在项目的施工阶段被表现出来时，对建设项目产生的影响就会很严重（见图1）。指导施工完 成施工过程进度计划优化进度计划施工图纸施工方案工作分解结构逻辑关系资源限制持续时间工期要求问题1问题2问题3问题n解决解决解决解决图1 传统方法的进度管理过程基于bim技术的项目进度管理通过反复的施工过程模拟，让那些在施工阶段可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，逐一修改，并提前制定应对措施，使进度计划和施工方案最优，再用来指导实际的项目施工，从而保证项目施工的顺利完成（见图2）。问题1问题2问题3问题n

13、解决解决解决解决指导施工完 成模拟施工最优模型bim模型时间维度4d虚拟动画模拟过程图2 基于bim技术的进度管理过程5 bim技术在工程项目进度管理中的优越性和可行性5.1 4d bim模型包含了完整的建筑数据信息 bim模型之所以区别于其他的建筑模型是因为它不是一个干瘪的外形模型，bim模型包含着丰富的建筑信息，从构件材质到尺寸数量，它几乎能够表达实体建筑所包含的全部信息。因此，通过将建筑模型附加进度计划而成的虚拟施工可以间接的生成材料和资金的供应计划，并且与施工进度计划相关联，根据施工进度的变化进行联动更新，将这些计划在施工阶段开始之前与业主和供货商进行沟通，让其了解项目的相关计划，从而

14、保证施工过程中资金和材料的充分供应，避免因为资金和材料的不到位对施工进度产生影响。对三维模型的各个构件附加时间参数就形成了4d模拟动画，计算机可以根据所附加的时间参数模拟实际的施工建造过程。通过虚拟施工，可以检查进度计划的时间参数是否合理，即各工作的持续时间是否合理，工作之间的逻辑关系是否准确等等，从而对项目的进度计划进行检查和优化。通过将修改后三维建筑模型和优化过的四维虚拟施工动画展示给项目的施工人员，让他们直观的了解项目的具体情况和整个施工过程。这样可以帮助施工人员更深层次的理解设计意图和施工方案要求，减少因信息传达错误而给施工过程带来不必要的问题，提高施工进度和质量，保证项目决策尽快执行

15、4。5.2虚拟施工技术基于立体模型，具有很强的可视性和操作性bim的设计成果是高仿真的三维模型，设计师可以以第一人称或者第三人称的视角进入到建筑物内部，对建筑进行细部的检查。可以细化到对某个建筑构件的空间位置、三维尺寸和材质颜色等特征进行精细化修改，从而提高设计产品的质量，减低因为设计错误对施工进度造成的影响。还可以将三维模型放置在虚拟的周围环境之中，环视整个建筑所在区域，评估环境可能对项目施工进度产生的影响，从而制定应对措施，优化施工方案。5.3 基于bim的4d模拟施工技术更方便建设项目各专业之间协同作业 bim模型也是分专业进行设计的，只不过各专业模型建立完成以后可以进行模型的空间整合，

16、将各专业的模型整合成为一个完整的建筑模型。计算机可以通过碰撞检查等方式检测出各专业模型在空间位置上存在的交叉和碰撞，从而指导设计师进行模型修改。避免因为模型的空间碰撞而影响建设项目各专业之间的协同作业，从而影响项目的进度管理。6 结语从上述的分析与工程实践的检验中我们发现，bim技术可以从根本上解决部分突出的因传统方法存在缺陷所导致的工程进度管理问题。尽管bim技术在施工领域的应用还处在初期阶段，仍然需要各方的积极探索，但是可以预见，基于bim的虚拟施工技术对于我国工程项目管理的发展有着十分重要的意义。参考文献1徐伟，李建伟.土木工程项目管理m.上海：同济大学出版社，2000：447-5172

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19、2010，31(4)12李恒，郭红领，黄霆，陈镜源，陈景进.建筑业发展的强大动力：虚拟施工技术j.中国建筑信息，2010，(2)application of 4d-construction virtual prototyping based on bim in schedule management of construction projectzhao bin, wang youqun, niu bosheng（faculty of construction management and real estate, chongqing university, chongqing 400045, china）abstract：schedule is one of three most important goals of construction project, schedule managemen