摘要：目前，常規(guī)的建筑施工進(jìn)度編制方法主要通過對施工任務(wù)進(jìn)行分解，按照不同的施工任務(wù)進(jìn)行施工資源的分配，由于缺乏對施工持續(xù)時(shí)間的有效預(yù)估，導(dǎo)致編制效果不佳。對此，提出基于BIM技術(shù)的建筑施工進(jìn)度編制及優(yōu)化方法。首先，對施工進(jìn)度單元的信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，并利用IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體來表達(dá)和識別BIM構(gòu)件。結(jié)合定額計(jì)算法對施工活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行估算，在此基礎(chǔ)上，對不同施工進(jìn)度單元所消耗的施工資源進(jìn)行計(jì)算。最后以施工資源投入方差最小值作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建出施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數(shù)，從而生成施工進(jìn)度編制及優(yōu)化方案，并對該方法進(jìn)行編制效果檢驗(yàn)。經(jīng)測試結(jié)果表明，采用該方法對施工進(jìn)度進(jìn)行編制優(yōu)化后，擬定的施工計(jì)劃與實(shí)際施工進(jìn)度高度契合，具備良好的施工進(jìn)度編制效果。

關(guān)鍵詞：施工進(jìn)度；編制優(yōu)化；BIM技術(shù)；施工資源優(yōu)化

中圖分類號：TU723"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0093-05

Research on the Preparation and Optimization of Building

Construction Progress Driven by BIM Technology

LI Mei

（Quanzhou Medical College，Quanzhou Fujian 362000，China）

Abstract：At present，the conventional construction progress preparation method is mainly through the decomposition of construction tasks，according to different construction tasks for construction resources allocation，due to the lack of effective estimation of the construction duration，the preparation effect is not good.In this regard，the construction progress preparation and optimization method based on BIM technology are proposed.First，the information structure of the construction progress unit is constructed，and the entities in the IFC standards are used to express and identify the BIM components.The duration of construction activities is estimated with the method of quota calculation，and on this basis，the construction resources consumed by different construction progress units are calculated.Finally，the minimum of variance of construction resources input is taken as the optimization goal，and the equilibrium optimization function of construction cycle and construction resources is constructed，so as to generate the construction progress preparation and optimization scheme，and the effect of this method is tdsted.The test results show that the proposed construction plan is highly consistent with the actual construction progress，and has a good effect of construction progress.

Keywords：construction progress；compilation and optimization；BIM technology；optimization of construction resources

0 引言

建筑施工進(jìn)度計(jì)劃是施工過程的時(shí)間軸，用以控制施工的期限、成本和質(zhì)量。它是施工過程的重要環(huán)節(jié)，其編制的合理性和有效性直接影響到施工的工期和資源的利用效率。然而，當(dāng)前建筑施工中常存在僅重視工期而忽視如何高效資源利用的問題，導(dǎo)致材料堆積、租賃設(shè)備閑置、工期延誤等一系列問題，不僅增加了施工成本，也降低了施工效率。BIM（建筑信息模型）技術(shù)的引入，為建筑施工進(jìn)度的編制和優(yōu)化提供了新的解決方案。BIM技術(shù)能夠通過參數(shù)化的建模方式，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各個(gè)專業(yè)的信息集成與共享，為項(xiàng)目的決策和實(shí)施提供全面的技術(shù)支持。在施工階段，BIM技術(shù)可以通過模擬施工過程、預(yù)測可能出現(xiàn)的施工問題、提前制定解決方案等方式，優(yōu)化施工進(jìn)度計(jì)劃。對于施工進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化，應(yīng)首要考慮施工作業(yè)的時(shí)間安排的合理性。傳統(tǒng)的編制方法往往只注重工期的安排，而忽視了資源的利用效率。BIM技術(shù)可以通過對施工過程的全面模擬，精確預(yù)測各階段所需的資源，包括人力、物力、財(cái)力等，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用[1]。

在現(xiàn)有的研究中，許多學(xué)者都試圖通過數(shù)學(xué)優(yōu)化模型來解決施工進(jìn)度計(jì)劃的問題。這些研究多以工期和費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)，通過建立數(shù)學(xué)模型來尋求最優(yōu)解。然而，由于實(shí)際施工過程中的復(fù)雜性和不確定性，這些模型往往難以完全解決實(shí)際問題。而BIM技術(shù)的引入，為解決這一問題提供了新的可能。它可以實(shí)現(xiàn)對施工過程的精細(xì)模擬，考慮到各種可能的施工情況和干擾因素，從而制定出更加切實(shí)可行的施工進(jìn)度計(jì)劃[2]。

總的來說，BIM技術(shù)對于建筑施工進(jìn)度的編制和優(yōu)化具有重要的意義。它通過模擬施工過程、優(yōu)化資源利用和提高項(xiàng)目管理效率等多種方式，為解決當(dāng)前建筑施工中存在的問題提供了新的解決方案[3]。然而，盡管BIM技術(shù)在某些方面已經(jīng)顯示出了它的優(yōu)勢，但如何更好地將BIM技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的建筑施工過程中，仍需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。對此，本文提出一種BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的建筑施工進(jìn)度編制及優(yōu)化研究，旨在對施工周期進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而幫助決策人員制定出更為可行的施工計(jì)劃。

1 BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的建筑施工進(jìn)度編制及優(yōu)化研究

1.1 基于BIM技術(shù)的建筑施工進(jìn)度單元識別

進(jìn)度單元指的是建筑施工進(jìn)度計(jì)劃的基本單元，具體包括構(gòu)件信息、進(jìn)度計(jì)劃時(shí)間信息、施工資源配置信息以及構(gòu)件關(guān)系信息等。因此為對建筑工程的施工進(jìn)度進(jìn)行編制和優(yōu)化管理，本文首先構(gòu)建出完整的施工進(jìn)度單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合BIM技術(shù)對不同構(gòu)件單元進(jìn)行識別。首先結(jié)合施工進(jìn)度編制需求，本文對建筑施工進(jìn)度單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析，由此得到進(jìn)度單元信息結(jié)構(gòu)（見表1）[4]。

針對上述構(gòu)建出的施工進(jìn)度單元信息結(jié)構(gòu)，本文采用BIM技術(shù)中的IFC實(shí)體類型識別和名稱識別結(jié)合的方式，識別建筑施工進(jìn)度單元中的構(gòu)件。IFC標(biāo)準(zhǔn)定義了一套完整的建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)類型，通過對IFC Product實(shí)體類型、IFC Building Element的派生實(shí)體類型進(jìn)行調(diào)取，可以在BIM模型中對不同類型的構(gòu)件進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)識，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件的有效管理和精確控制。除了利用IFC實(shí)體類型進(jìn)行識別外，為了更方便地支持人工調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃和費(fèi)用估算等操作，還需要利用構(gòu)件的名稱來輔助識別構(gòu)件。因此本文通過名稱識別，為每個(gè)構(gòu)件賦予一個(gè)唯一的名稱標(biāo)識，從而在BIM模型中快速地找到所需的構(gòu)件信息[5]。

本文根據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)，采用IFC Product實(shí)體對建筑實(shí)體進(jìn)行定義。IFC Product實(shí)體類型一般被看作是具有幾何形體描述和空間屬性描述的物體。利用派生實(shí)體IFC Building Element，本文描述出了BIM模型中的各種不同類型的構(gòu)件。通過對IFC Building Element派生實(shí)體下屬子類型進(jìn)行調(diào)取，例如IFC Wall，IFC Floor等，從而實(shí)現(xiàn)對不同類型構(gòu)件的精細(xì)化描述與控制。對此，建立了BIM構(gòu)件與IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體的對應(yīng)關(guān)系（見表2）。

以上述對應(yīng)關(guān)系作為映射準(zhǔn)則，可以利用IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體來表達(dá)和識別BIM構(gòu)件，從而完成對于施工進(jìn)度單元的有效識別。

1.2 施工進(jìn)度單元資源消耗計(jì)算

針對上述的施工精度單元的識別結(jié)果，本文首先對施工持續(xù)時(shí)間進(jìn)行估算，在此基礎(chǔ)上對平均進(jìn)度單元的施工資源消耗量進(jìn)行計(jì)算，從而為后續(xù)的施工精度編制提供幫助[6]。

在本文規(guī)劃出的施工進(jìn)度單元的信息結(jié)構(gòu)中，施工時(shí)間信息包括施工活動(dòng)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，在兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)的時(shí)間即為施工持續(xù)時(shí)間。對此，本文采用定額計(jì)算法，結(jié)合建筑施工的工程量和人物排班情況，對施工活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

T=（1）

式（1）中：T為建筑施工活動(dòng)的期望持續(xù)時(shí)間，d；Q為子項(xiàng)目下的施工工程量，m3；W1為施工人員，人；W2為施工機(jī)械配備的數(shù)量，臺；S為在標(biāo)準(zhǔn)施工條件下，施工資源的消耗標(biāo)準(zhǔn)，即施工定額；C為在工程周期內(nèi)，工人的工作排班周期，d。通過式（1），可以得到施工活動(dòng)的預(yù)計(jì)持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)，可以對施工進(jìn)度單元所消耗的資源量進(jìn)行計(jì)算[7]。

在施工項(xiàng)目中，每個(gè)進(jìn)度單元的完成都需要依賴一定的人工消耗。由于資源的限制，往往會(huì)有多個(gè)同類型的進(jìn)度單元同時(shí)進(jìn)行施工[8]。例如，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，可能會(huì)有多根柱子同時(shí)進(jìn)行鋼筋綁扎工作。然而，如何確定同時(shí)施工的相同類型進(jìn)度單元的數(shù)量，是需要解決的關(guān)鍵問題。為了解決這個(gè)問題，本文引入了平均進(jìn)度單元人工消耗量和人工總量兩個(gè)指標(biāo)，并以扎綁鋼筋工作作為說明對象。假設(shè)在建筑工程的施工過程中，在某個(gè)單元結(jié)構(gòu)下共安裝了n個(gè)鋼筋混凝土柱，那么其對應(yīng)的綁扎施工單元個(gè)數(shù)也為n，由此可以得到該施工單元下的平均進(jìn)度資源消耗量H，具體計(jì)算公式如下：

=（2）

式（2）中：Hi為進(jìn)行綁扎鋼筋工作所需要的工人數(shù)量，人。假設(shè)某一時(shí)段內(nèi)施工區(qū)域下的施工人員總量為M，那么在該時(shí)段下，可以同時(shí)進(jìn)行鋼筋綁扎工作的施工進(jìn)度單元總數(shù)m的計(jì)算公式如下：

m=

（3）

根據(jù)上述得到的施工進(jìn)度單元總數(shù)，本文可以計(jì)算出單位施工周期下，施工工程完成建筑項(xiàng)目所需要的施工資源消耗總量Hsum，具體計(jì)算公式如下：

H=n×（4）

式（4）中：r為不同施工模式下的材料費(fèi)率，%。通過上述步驟即可計(jì)算出不同施工進(jìn)度單元下，施工資源的消耗量，該消耗量可以用于施工資源的分配，從而幫助編制施工計(jì)劃。

1.3 施工進(jìn)度計(jì)劃動(dòng)態(tài)編制及優(yōu)化方案生成

施工進(jìn)度計(jì)劃的編制與優(yōu)化實(shí)際上是對既定施工周期內(nèi)的施工資源進(jìn)行“盤活”，從而使現(xiàn)有的施工資源能夠發(fā)揮出最大的施工作用。因此，針對上文中計(jì)算出的施工進(jìn)度單元下的施工資源消耗情況，本文通過構(gòu)建施工工期與施工資源之間的優(yōu)化函數(shù)，從而生成施工進(jìn)度計(jì)劃的編制和優(yōu)化方案。首先，從宏觀上來分析，施工資源的投入與施工周期的長短呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，因此可以得到施工周期與資源投入之間的關(guān)系公式：

R=R=TR（5）

式（5）中：R為施工工程的資源需求總量，m3；I為施工進(jìn)度單元下全部工序的總數(shù)；Ri為第i道施工工序下的施工資源期望值，m3；Ti為第i道施工工序下的施工周期，d；R0為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)施工資源的需求量；m3。然后本文以單位時(shí)間內(nèi)施工資源投入方差的最小值作為優(yōu)化目標(biāo)，由此構(gòu)建出的關(guān)于施工周期與施工資源的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)公式：

F=（6）

式（6）中：T為施工總工期，d；R（t）為t時(shí)段內(nèi)施工資源的需求函數(shù)，m3；Rm為施工資源的平均需求量，m3。通過上述目標(biāo)函數(shù)，即可調(diào)節(jié)施工資源與施工周期之間的關(guān)系，由此本文所構(gòu)建出施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)編制和優(yōu)化方案的生成流程（見圖1）。

根據(jù)上述動(dòng)態(tài)編制及優(yōu)化流程可以看出，本文首先結(jié)合BIM技術(shù)對施工進(jìn)度單元進(jìn)行識別，然后將基礎(chǔ)的BIM模型導(dǎo)入進(jìn)IFC格式中，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度單元的有效劃分。分別對施工資源和施工持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，對施工進(jìn)度單元的邏輯順序進(jìn)行確定，從而生成施工計(jì)劃。最后，通過制定出的施工進(jìn)度計(jì)劃合理性進(jìn)行判定，并進(jìn)行人工調(diào)整，從而優(yōu)化預(yù)先制定好的邏輯順序，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度優(yōu)化[9]。

通過上述步驟即可完成對于施工進(jìn)度計(jì)劃的動(dòng)態(tài)編制及優(yōu)化，通過以施工資源投入方差最小值作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建出施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數(shù)，在此基礎(chǔ)上通過對進(jìn)度單元的邏輯順序進(jìn)行分配，從而生成施工進(jìn)度計(jì)劃。將本節(jié)內(nèi)容與上述提到的施工進(jìn)度單元識別、施工資源消耗量計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合，至此，BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的建筑施工進(jìn)度編制及優(yōu)化方法設(shè)計(jì)完成。

2 實(shí)驗(yàn)論證

為了證明本文提出的BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的建筑施工進(jìn)度編制及優(yōu)化方法在實(shí)際編制效果方面優(yōu)于常規(guī)的建筑施工進(jìn)度編制方法，在理論部分的設(shè)計(jì)完成后，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對本文方法的實(shí)際編制效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)說明

為驗(yàn)證本文提出的方法在實(shí)際編制效果方面的優(yōu)越性，本次實(shí)驗(yàn)選取了兩組常規(guī)的施工進(jìn)度編制方法作為對比對象，分別為基于資源共享的施工進(jìn)度編制方法和基于三維模型的施工進(jìn)度編制方法。通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺，采用三種編制方法對同一個(gè)施工工程對象進(jìn)行計(jì)劃編制，對比不同方法的實(shí)際編制效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)對象

本次實(shí)驗(yàn)選取的實(shí)驗(yàn)對象為福建省泉州市某學(xué)校建筑工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目總面積達(dá)到15 000 m2，包括一棟新的教學(xué)樓和一處改建的體育館。施工工程項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)形式包括鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。其中，教學(xué)樓采用了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，以提高建筑的抗震性能和承載能力。同時(shí)，為了滿足教學(xué)樓的高效使用要求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還采用了無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，以增加樓層空間利用率。該項(xiàng)目的施工速率及資源量見表3。

以上述施工計(jì)劃作為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)對象，分別采用三種編制方法對施工計(jì)劃進(jìn)行編制分析，待施工計(jì)劃制定完成后，對項(xiàng)目進(jìn)行模擬運(yùn)行，從而比較實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃施工進(jìn)度的擬合程度。

2.3 施工進(jìn)度編制對比結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)以不同施工進(jìn)度編制方案下的擬定計(jì)劃與實(shí)際施工進(jìn)度之間的擬合程度作為對比指標(biāo)，用于衡量不同方法的編制效果，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，相較于常規(guī)方法，本文方法下的施工計(jì)劃更貼近真實(shí)施工進(jìn)度，由此可以證明本文方法的施工進(jìn)度編制及優(yōu)化效果更好。

3 結(jié)語

本文針對常規(guī)的施工進(jìn)度優(yōu)化編制方法在編制效果方面不夠理想的問題，通過結(jié)合BIM技術(shù)，提出一種新型的施工進(jìn)度編制方法。通過構(gòu)建施工進(jìn)度單元的信息結(jié)構(gòu)，并利用國際IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體精準(zhǔn)表達(dá)和識別BIM構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了施工信息的全面集成與高效管理。結(jié)合定額計(jì)算法，有效提升了施工活動(dòng)持續(xù)時(shí)間的估算精度，進(jìn)而精確計(jì)算了各施工進(jìn)度單元的施工資源需求。此外，本文以施工資源投入方差最小化為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了施工周期與施工資源的均衡優(yōu)化函數(shù)，不僅確保了施工進(jìn)度的合理性，還實(shí)現(xiàn)了施工資源的高效利用與優(yōu)化配置。測試結(jié)果表明，該方法編制的施工進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際施工進(jìn)度的擬合度顯著提高，驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。在未來的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化該編制方法，并將其應(yīng)用在實(shí)際建筑工程施工計(jì)劃制定的工作中。

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編輯：楊 洋