CN109710990B - 基于bim技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法 - Google Patents
基于bim技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度‑成本协同控制方法,包括建立大坝仿真模拟三维实体模型;编制大坝混凝土浇筑仿真模拟信息模型;将大坝仿真模拟的三维实体模型及多项信息模型导入施工仿真模拟平台,通过数据信息的关联,集成碾压混凝土坝进度‑成本协同管理信息平台;展示施工进度计划、施工成本计划的实施情况;利用二次开发的平台插件和改进挣值法原理监测施工过程中的改进挣值指标,项目管理人员根据监测偏差的预警信息及时调整施工进度‑成本计划,达成进度‑成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度‑成本目标。通过本发明方法,可实现碾压混凝土坝施工过程可视化模拟、施工信息查询和跟踪监测,为项目管理者的决策和管理提供依据,提高了施工进度‑成本管理效率和协同性。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电施工管理及可视化领域,特别涉及一种基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法。
背景技术
碾压混凝土技术发展迅速,因其具有施工速度快、水泥用量少、造价成本低、质量安全可靠等优点,在大型水利水电工程中应用广泛,我国碾压混凝土坝的数量也越来越多。尽管如此,碾压混凝土坝的施工过程是一个十分复杂的***工程,施工强度大、工期紧张、施工过程控制要求严格,使得碾压混凝土施工过程中的管理和控制困难重重,进度与成本目标相互影响,加快进度压缩工期往往使施工成本上涨,节约成本控制资源投入往往使施工进度变慢。因此合理规划碾压混凝土坝的施工进度、成本使用及资源配置,对于碾压混凝土坝施工过程中实现进度-成本目标协同及联合管控来说至关重要。
目前碾压混凝土坝施工往往在施工前制定好详细的进度计划,安排好施工机械设备,并依据施工方案和组织设计预算施工成本,这一传统手段存在编制过程长、制定和模拟的进度与成本计划(方案)数量少、直观性差、进度与成本的联动性不强、计划(方案)出现偏差后调整困难等问题,难以满足施工过程进度-成本多次模拟、监测及控制调整等的要求。
建筑信息模型(BIM)是以信息集成共享为核心的工程领域新兴技术,BIM技术可以将施工过程中的进度、成本、资源等信息集成,增强相互之间的联动性,为协同管控创造可能,通过BIM技术的信息集成和可视化模拟可以直观的展示出进度及成本实施情况,因此,进一步研究基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,对于解决碾压混凝土坝施工过程中的管理和控制难题,提高项目管理水平和效率具有重要意义。
发明内容
本发明的发明目的是:针对碾压混凝土坝施工模拟直观性差、施工进度与成本联动性不强,施工过程中缺乏对进度及成本的有效监控,难以及时发现偏差并调整实施计划等问题,提供一种基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,实现碾压混凝土坝施工进度、成本的仿真模拟;施工面貌、浇筑强度及浇筑资源使用信息的查询;监测建造过程中改进挣值指标的动态变化情况及预警,实现虚拟建造过程可视化、施工进度-成本的仿真模拟和协同控制。
本发明采取的技术方案为:
基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,包括以下步骤:
步骤1:建立大坝仿真模拟三维实体模型:首先根据实际工程资料,利用三维建模软件构建大坝混凝土浇筑实体模型;
步骤2:编制大坝混凝土浇筑仿真模拟信息模型,包括施工进度、成本和资源信息模型;
步骤3:将大坝仿真模拟的三维实体模型及多项信息模型导入施工仿真模拟平台,通过数据信息的关联,集成碾压混凝土坝进度-成本协同管理信息平台;
步骤4:基于大坝三维实体模型和进度-成本信息模拟大坝混凝土施工过程,展示施工进度计划、施工成本计划的实施情况,并且实现快速查询某进度时点上的成本、资源使用信息;
步骤5:利用二次开发的平台插件和改进挣值法原理监测施工过程中的改进挣值指标,即监测施工进度-成本的执行情况,并在相应条件下做出偏差预警,项目管理人员及时调整施工进度-成本计划,达成进度-成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度-成本目标。
本发明一种基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,有益效果为:融合BIM技术和协同理论,分析三维模型、进度计划以及施工成本之间的内在关联,找到对应关系,对大坝三维模型的浇筑单元集成了进度属性和成本属性,构建基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本仿真模拟的5D信息可视化管理平台。该平台可对碾压混凝土坝浇筑施工过程进行可视化模拟,反映出坝体浇筑过程中施工进度和工程成本的变化情况,并通过开发插件将施工过程中任意时刻大坝的进度面貌、施工成本和浇筑强度信息以图形的形式直观显示出来,真实反映出大坝混凝土浇筑施工过程中成本随时间的变化情况;自动整理计算挣值指标并生成挣值曲线,管理者按项目实际情况设置挣值指标检查点和偏差预警阈值,再依据挣值监测动态信息及时对项目进度-成本的实施和BIM模型做出优化调整,实现碾压混凝土坝施工进度-成本的协同管控,对提高项目管理水平及效益具有重要的意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为基于BIM和协同理论的碾压混凝土5D信息集成平台架构图;
图2为碾压混凝土浇筑单元WBS结构构建及划分示意图;
图3为基于BIM的碾压混凝土施工仿真模拟及进度-成本协同控制流程图;
图4为改进挣值法监测碾压混凝土施工情况流程图。
具体实施方式
基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,包括以下步骤:
步骤1:建立大坝仿真模拟三维实体模型:首先根据实际工程资料,利用三维建模软件构建大坝混凝土浇筑实体模型;
步骤2:编制大坝混凝土浇筑仿真模拟信息模型,包括施工进度、成本和资源信息模型;
步骤3:将大坝仿真模拟的三维实体模型及多项信息模型导入施工仿真模拟平台,通过数据信息的关联,集成碾压混凝土坝进度-成本协同管理信息平台;
步骤4:基于大坝三维实体模型和进度-成本信息模拟大坝混凝土施工过程,展示施工进度计划、施工成本计划的实施情况,并且实现快速查询某进度时点上的成本、资源使用信息;
步骤5:利用二次开发的平台插件和改进挣值法监测施工过程中的改进挣值指标,即监测施工进度-成本的执行情况,并在相应条件下做出偏差预警,项目管理人员及时调整施工进度-成本计划,达成进度-成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度-成本目标。
步骤1中,所述三维建模软件采用Autodesk Revit软件,将大坝三维实体模型建立完成后,需要按照大坝WBS结构和浇筑方案中的分层情况为依据,在高程方向上对各个水平坝段进行划分,划分完成后,即形成了大坝三维仿真模拟模型中最小浇筑作业单元;
由于坝体施工时对基础强约束区、基础弱约束区及脱离约束区的应力控制要求不同,因此在浇筑层厚度划分和浇筑间歇期取值上可按照以下公式:
式(1)、(2)中,Hx(i)表示i坝段的某一混凝土块的高程,Tx(i)表示i坝段的某一块混凝土浇筑日期,m、n表示高程上紧邻的两个块,△h表示浇筑块层厚,△t表示浇筑间歇期,H表示当前浇筑块高程,L表示浇筑块边长。基础强约束区(0~0.2L):常态混凝土浇筑层厚度1.5m,间歇期5天;碾压混凝土浇筑层厚度1.5m,间歇期5天;基础弱约束区及非约束区(>0.2L):常态混凝土浇筑层厚度3.0m,间歇期7天;碾压混凝土浇筑层厚度3.0m,间歇期7天。
步骤2中,采用Primavera6.0(P6)软件编制大坝混凝土施工进度计划,进度计划编制过程是首先在项目节点下创建工作任务的WBS结构,然后在各WBS结构节点下添加相应的浇筑作业任务,每一项作业任务应与步骤1中所划分的大坝最小浇筑单元唯一对应,以保证进度信息模型导入BIM协同控制平台后与三维模型准确关联。设定好各浇筑作业任务之间的逻辑关系、作业开始日期及作业历时等信息,利用P6软件进度计算并制定甘特图(横道图)后保存为“.mpp”格式文件。
通过步骤1中建立的三维实体模型,Revit软件可迅速统计相关工程量,再参考工程所在地及企业的定额规范,计算出对应三维模型和进度计划的每个浇筑块作业的人工费、材料费、机械费、总成本等。
根据施工方案中浇筑机械的配置、浇筑范围及投入使用和拆除的时间等信息,确定各浇筑坝段(块)的施工资源,并将施工成本、资源信息一并保存到Access数据库文件中,用于插件开发和程序调用。
步骤3中,整个大坝混凝土浇筑施工过程的进度-成本模拟,采用AutodeskNavisworks软件,将大坝混凝土浇筑三维模型信息,施工进度、成本和资源信息导入该软件并关联,集成碾压混凝土坝进度-成本协同管理信息平台。
利用Autodesk Navisworks软件中的“TimeLiner”模块的数据源功能,将“.mpp”格式的施工进度文件导入,通过该接口将施工进度文件链接后,设置“规则”为“使用相同名称、匹配大小写”将列名称对应到选择集,实现作业任务、甘特图和三维模型的对接即进度信息与三维模型关联;将计算好的施工作业工程成本导入,通过映射规则将各施工作业任务的成本信息与工程构件匹配,完成成本信息与三维模型的关联。
步骤4中,将施工进度信息、成本信息与大坝三维模型在Navisworks软件中关联后,形成了大坝施工期5D进度-成本信息协同管理平台,利用“TimeLiner”的模拟功能,可以模拟大坝施工过程进度执行及成本使用情况,并以不同颜色区分构件的进度状态,Navisworks软件提供.NET API接口,基于Microsoft Visual Studio软件平台和C#语言编译停靠窗口插件,包括大坝浇筑施工任意时期的进度面貌查询、浇筑强度查询。
步骤5中,基于Microsoft Visual Studio软件平台和C#语言编译挣值监测及分析插件,实现大坝施工期进度-成本实施监测,为进度-成本计划调整和协同控制提供依据。
步骤5中,监测预警插件采用改进挣值分析法衡量项目施工过程中计划执行的情况。
挣值法应用已十分广泛,其计算过程简单,是传统的分析进度与成本偏差的控制方法,但不能反映施工质量和安全对进度和成本计划的影响,本发明对挣值要素进行优化,将质量和安全因素纳入挣值计算和分析体系,再开发插件将改进挣值法分析计算集成到平台中提升了挣值监测预警的工作效率。
考虑质量、安全因素对项目进度、成本的影响后,当在检查时点t1时,满足质量、安全标准下的已完成工作工程量为Q1,对应实际工期为t1+tZi+tAj,则t1时点考虑质量和安全要素下的实际完成工作工程量Q1 *可以表示为:
式中,tzi和tAj分别表示进行质量修复、安全整改对项目工期的影响时间,对tzi的计算做说明,tAj与其计算相似,假设对工程质量问题集合U中的各项进行质量修补所需工期的集合Yu={yu1,yu2,…,yun},则进行质量修复对项目工期的影响时间为:
式中:TFui为质量问题所在路径的总时差,根据上述参数和预算单价C0可计算考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用:EV*=Q1 *×C0及进度监测指标:SV*=EV*-PV(进度偏差=考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用-计划完成工作预算费用)、SPI=EV*/PV(进度绩效指数=考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用/计划完成工作预算费用)。
考虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用可表示为AC*=Q1×C1+Zf+Af,其中C1为实际单价,Zf和Af分别为质量不合格工序修复总成本、安全事故工序整改总成本,对Zf的计算做说明,Af与其计算类似:
Zf=∑(fui) (5)
式中,fui为第i项工序进行质量修补的费用,根据上述参数可计算成本监测指标:CV*=EV-AC*(成本偏差=已完成工作预算费用-虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用)、CPI=EV/AC*(成本绩效指数=已完成工作预算费用/虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用*)。
通过设置挣值监测点和偏差预警阈值来实现对进度-成本的监测预警。设成本偏差程度指标为α,进度偏差程度指标为β,则其计算公式如下:
通常根据项目实际情况设置预警阈值和监测间隔节点。假设偏差指标的允许偏移范围为±σ,偏差指标的极限偏移边界为±ε,当偏差指标的偏移范围在±σ到±ε之间,则发出预警信号,让管理者采取纠偏措施进行控制;当偏差指标的偏移范围在±ε之外,发出信号提醒管理者重新制定进度-成本基准计划,达成进度-成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度-成本目标。
本发明的一种基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,将大坝混凝土浇筑三维实体模型、施工进度计划、施工成本计划及资源使用信息等多维信息导入Navisworks施工仿真模拟平台中关联集成,形成碾压混凝土5D信息集成平台,平台架构如图1所示,后续施工可视化模拟及施工进度-成本实施监测和协同控制都依赖于该信息集成平台。
以某一碾压混凝土坝的混凝土浇筑施工为例,对本发明的基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法进行详细说明。施工仿真模拟及进度-成本协同控制实施步骤如下:
根据实际工程施工图,利用Revit软件建立该碾压混凝土坝混凝土浇筑部分三维实体模型,模型构建完成后,按照大坝WBS结构及浇筑分层对水平坝段进行划分,形成大坝三维仿真模拟模型中最小浇筑作业单元,大坝WBS结构划分及编码如图2所示,后续大坝施工进度计划、成本计划及资源使用信息的编制延用该结构划分及编码,以确保各最小浇筑作业单元唯一对应一份进度计划、成本计划及资源使用信息,便于在施工仿真模拟及协同控制平台中完成准确的模型-信息关联。
图3为碾压混凝土施工仿真模拟及进度-成本协同控制流程图,当三维仿真模型及多维度施工信息构建及编制完成并正确导入平台后,可以进行下一步的施工可视化仿真模拟,利用二次开发的插件可实现对任意时刻大坝进度面貌、浇筑强度、资源使用情况的查询,结合仿真模拟中显示的进度、成本情况,可以发现碾压混凝土浇筑过程中是否存在问题,例如:某时刻浇筑强度超出最大浇筑能力范围、某时刻某坝段的进度面貌未达到控制性节点要求等,发现问题后,可返回对进度计划、成本计划及资源使用计划进行调整,并将调整后的施工计划再次导入平台重新关联,迅速形成新的施工仿真模拟BIM模型,再一次执行施工仿真模拟,检验其可行性,直到找到最优的施工模型(计划)用来指导碾压混凝土坝施工。
图4为改进挣值法监测碾压混凝土施工情况流程图,实际施工过程中,通过实时数据的不断收集和更新,导入平台通过挣值分析插件计算考虑质量、安全因素下的碾压混凝土施工进度-成本的执行情况,并监测进度、成本指标的偏差程度,根据偏差指标的偏移范围向管理者发出采取纠偏措施或重新制定基准计划的预警指令,以此实现碾压混凝土坝施工进度-成本的协同管控。
本发明实施例上述方案,基于BIM技术和协同理论,并利用了Revit、Primavera6.0、Navisworks等软件的优势功能,实现了“三维模型+进度+成本及资源信息”的集成和协同控制,该方案具有学习成本低、BIM模型易搭建,修改(调整)迅速、可反复集成关联、通用性及交互性强等特点,具有一定的应用价值。
上述实施例中的描述,仅仅是对本发明的进一步说明,并不对其保护范围进行限制,本发明的保护范围应该以权利要求书为准。本领域内的技术人员可以清楚了解该实施例所采用的软件平台或二次开发插件,本发明所属技术领域的技术人员可以在不偏离本项发明技术思想(路线)的范围内对所描述的软件平台和二次开发插件进行的修改、补充或采用类似的方式代替都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜,属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (7)
1.基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:建立大坝仿真模拟三维实体模型:首先根据实际工程资料,利用三维建模软件构建大坝混凝土浇筑实体模型;
步骤2:编制大坝混凝土浇筑仿真模拟信息模型,包括施工进度、成本和资源信息模型;
步骤3:将大坝仿真模拟的三维实体模型及多项信息模型导入施工仿真模拟平台,通过数据信息的关联,集成碾压混凝土坝进度-成本协同管理信息平台;
步骤4:基于大坝三维实体模型和进度-成本信息模拟大坝混凝土施工过程,展示施工进度计划、施工成本计划的实施情况,并且实现快速查询某进度时点上的成本、资源使用信息;
步骤5:利用二次开发的平台插件和改进挣值法原理监测施工过程中的改进挣值指标,即监测施工进度-成本的执行情况,并在相应条件下做出偏差预警,项目管理人员及时调整施工进度-成本计划,达成进度-成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度-成本目标;
步骤5中,监测预警插件采用改进挣值分析法衡量项目施工过程中计划执行的情况:挣值法是传统的分析进度与成本偏差的控制方法,对挣值要素进行优化,将质量和安全因素纳入挣值计算和分析体系,再开发插件将改进挣值法分析计算集成到平台中;
考虑质量、安全因素对项目进度、成本的影响后,当在检查时点t1时,满足质量、安全标准下的已完成工作工程量为Q1,对应实际工期为t1+tZi+tAj,则t1时点考虑质量和安全要素下的实际完成工作工程量Q1 *能够表示为:
式中,tzi和tAj分别表示进行质量修复、安全整改对项目工期的影响时间,对tzi的计算做说明,tAj与其计算相似,假设对工程质量问题集合U中的各项进行质量修补所需工期的集合Yu={yu1,yu2,…,yun},则进行质量修复对项目工期的影响时间为:
式中:TFui为质量问题所在路径的总时差,根据参数Q1 *和预算单价C0,能够计算考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用:EV*=Q1 *×C0;以及进度监测指标:SV*=EV*-PV,进度偏差=考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用-计划完成工作预算费用;SPI=EV*/PV,进度绩效指数=考虑质量和安全要素下的已完成工作预算费用/计划完成工作预算费用;
考虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用能够表示为AC*=Q1×C1+Zf+Af,其中,C1为实际单价,Zf和Af分别为质量不合格工序修复总成本、安全事故工序整改总成本,对Zf的计算做说明,Af与其计算类似:
Zf=∑(fui) (5)
式中,fui为第i项工序进行质量修补的费用,根据上述参数能够计算成本监测指标:CV*=EV-AC*,成本偏差=已完成工作预算费用-虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用;CPI=EV/AC*,成本绩效指数=已完成工作预算费用/虑质量和安全要素下的已完成工作实际费用*;
通过设置挣值监测点和偏差预警阈值来实现对进度-成本的监测预警;设成本偏差程度指标为α,进度偏差程度指标为β,则其计算公式如下:
根据项目实际情况设置预警阈值和监测间隔节点;假设偏差指标的允许偏移范围为±σ,偏差指标的极限偏移边界为±ε,当偏差指标的偏移范围在±σ到±ε之间,则发出预警信号,让管理者采取纠偏措施进行控制;当偏差指标的偏移范围在±ε之外,发出信号提醒管理者重新制定进度-成本基准计划,达成进度-成本纠偏,实现二者协同管控,最终实现预定的进度-成本目标。
2.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤1中,所述三维建模软件采用Autodesk Revit软件,将大坝三维实体模型建立完成后,需要按照大坝WBS结构,Work Breakdown Structure,即工作分解结构和浇筑方案中的分层情况为依据,在高程方向上对各个水平坝段进行划分,划分完成后,即形成了大坝三维仿真模拟模型中最小浇筑作业单元;
由于坝体施工时对基础强约束区、基础弱约束区及脱离约束区的应力控制要求不同,因此在浇筑层厚度划分和浇筑间歇期取值上可按照以下公式:
式(1)、(2)中,Hx(i)表示i坝段的某一混凝土块的高程,Tx(i)表示i坝段的某一块混凝土浇筑日期,m’、n’表示高程上紧邻的两个块,△h表示浇筑块层厚,△t表示浇筑间歇期,H表示当前浇筑块高程,L表示浇筑块边长。
3.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤2中,采用Primavera6.0软件编制大坝混凝土施工进度计划,进度计划编制过程是首先在项目节点下创建工作任务的WBS结构,然后在各WBS结构节点下添加相应的浇筑作业任务,每一项作业任务应与步骤1中所划分的大坝最小浇筑单元唯一对应,以保证进度信息模型导入BIM协同管理信息平台后与三维模型准确关联;设定好各浇筑作业任务之间的逻辑关系、作业开始日期及作业历时信息,利用Primavera6.0软件进度计算并制定甘特图后保存为“.mpp”格式文件;
通过步骤1中建立的三维实体模型,Revit软件迅速统计相关工程量,再参考工程所在地及企业的定额规范,计算出对应三维模型和进度计划的每个浇筑块作业的人工费、材料费、机械费、总成本;
根据施工方案中浇筑机械的配置、浇筑范围及投入使用和拆除的时间信息,确定各浇筑坝段的施工资源,并将施工成本、资源信息一并保存到Access数据库文件中,用于插件开发和程序调用。
4.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤3中,整个大坝混凝土浇筑施工过程的进度-成本模拟,采用AutodeskNavisworks软件,将大坝混凝土浇筑三维模型信息,施工进度、成本和资源信息导入该软件并关联,集成碾压混凝土坝进度-成本协同管理信息平台;
利用Autodesk Navisworks软件中的“TimeLiner”模块的数据源功能,将“.mpp”格式的施工进度文件导入,通过Autodesk Navisworks软件提供.NET API接口将施工进度文件链接后,设置“规则”为“使用相同名称、匹配大小写”将列名称对应到选择集,实现作业任务、甘特图和三维模型的对接即进度信息与三维模型关联;将计算好的施工作业工程成本导入,通过映射规则将各施工作业任务的成本信息与工程构件匹配,完成成本信息与三维模型的关联。
5.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤4中,将施工进度信息、成本信息与大坝三维模型在Navisworks软件中关联后,形成了大坝施工期5D进度-成本信息协同管理平台,利用“TimeLiner”的模拟功能,能够模拟大坝施工过程进度执行及成本使用情况,并以不同颜色区分构件的进度状态。
6.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤4中,Navisworks软件提供.NET API接口,基于Microsoft Visual Studio软件平台和C#语言编译停靠窗口插件,包括大坝浇筑施工任意时期的进度面貌查询、浇筑强度查询。
7.根据权利要求1所述基于BIM技术的碾压混凝土坝施工进度-成本协同控制方法,其特征在于:步骤5中,基于Microsoft Visual Studio软件平台和C#语言编译挣值监测及分析插件,实现大坝施工期进度-成本实施监测,为进度-成本计划调整和协同控制提供依据。
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