CN111783270B - 一种基于bim技术的施工进度数字模拟方法 - Google Patents

一种基于bim技术的施工进度数字模拟方法 Download PDF

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Abstract

一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法，包括以下步骤：前期准备；进度计划表、三维模型导入；模型资源化及赋予任务，包含在设计阶段的初始模型资源化及赋予任务以及在施工实际中的动态模型资源化及赋予任务；任务设定；模拟制作流程；资源导出。对于模型资源化及赋予任务分为对BIM上甘特图显示的关键线路和非关线路的资源动态调配，并及时反馈到BIM平台进行实时更新，指导作业，穷尽项目内的资源进行资源内部调度，使得项目整体的运行成本最低，且不影响总工期。

Description

一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法
技术领域
本发明涉及施工进度控制领域，具体涉及一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法。
背景技术
BIM技术是一款具有成熟的施工进度计划管理功能的可视化4D施工模拟软件，提供具有高度数据互用性的数字技术，推动施工行业从传统的二维规划和独立的工作流演变为高度协作、高效的四维可视化及VDC项目管理流程。它专门提供单个技术解决方案，助力分析、编辑和跟踪整个项目并实现精确可视化，包括项目进度和临时任务。该可视化功能和拥有丰富数据的环境有助于所有人员参与到清晰可见的流程中，包括招标、施工以及移交优化各个类型的施工项目，使项目可以持续改进、避免浪费和增加价值。
将空间信息与时间信息整合在一个可视化的4D模型中，直观、精确地反映整个建筑的施工过程。在施工建造过程中合理的制定施工计划、以动态的形式精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学的进行场地布置，对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，达到缩短工期、降低成本、提高质量的目的。
但现有技术BIM技术运用到施工进度的管控还不成熟，尤其对于制约施工进度的各类资源的调度、分配问题，前后工序的衔接问题，而目BIM技术中提供了甘特图的直观显示功能，但其规划是否最优，突发情况下的回旋余地等具体动态管控缺少管控方法，这些都制约了施工进度的管控。
发明内容
根据背景技术提出的问题，本发明提供来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。
一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法，包括以下步骤：
步骤1：前期准备，具体包含项目进度计划表的收集、熟悉施工组织设计方案、三维模型的创建、三维模型的梳理及优化，此步骤依据不同施工工程的类型以及各施工单位实际的情况制定的施工组织设计方案进行；
步骤2，进度计划表、三维模型导入，对于施工进度计划表，BIM平台提供了可直接导入功能，避免了人为创建时间进度时造成的失误且节省了大量时间，提高了工作效率；
步骤3：模型资源化及赋予任务，包含在设计阶段的初始模型资源化及赋予任务以及在施工实际中的动态模型资源化及赋予任务；
所述模型资源化，即使每个构件或者施工包匹配相应的类别，所述赋予任务，即将各类资源，包含人力、材料、设备等资源指派到选定的任务，使得在BIM模型中使模型与进度计划相关联；
步骤4，任务设定，对建筑物的一种外观展示方式，包括初始状态的颜色、透明度、呈现方式、结束状态后的颜色及透明度等等，让模拟过程更清晰明确；
步骤5，模拟制作流程，动画制作是后期表现的一个重要环节，通过“动画编辑器”功能模块，该功能模块分两部分：一是FocusTime，FocusTime对应于进度计划表中工作完成的情况；二是Camera，Camera应匹配FocusTime，即镜头随着关键点移动，以此完成模拟制作；
步骤6：导出，对于施工模拟通常会以视频的成果形式展示，同样BIM平台中提供了该功能，在动画制作完成后即可导出视频。
进一步地，在所述步骤3中，所述的动态模型资源化及赋予任务包括甘特图中关键线路的资源动态调配和非关键线路的资源动态调配。
对关键线路的资源动态调配包含以下步骤：
将所述将关键工序紧缺的资源量Q确定，即工日数、台班数；
将与之并行的非关键工序的相关资源进行汇总，若汇总量不小于关键工序紧缺的资源量Q时，将非关键工序中的资源量从大至小选择，直至满足所需的资源量Q，供关键工序的调度使用；若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，将不足的部分从后续尚未开始的非关键工序的相关资源进行调取；
将后续的非关键工序的相关资源进行排序，从的后续可供选择的非关键工序中的资源量进行汇总，若汇总量不小于关键工序不足的资源量时，将非关键工序中的资源量从大至小或在时间上由远及近进行选择，直至满足所需的资源量，供关键工序的调度使用，如若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，即所有的非关键工序的自由时差FFi-j为0即所有能调出的最大量依旧不足量时，需要继续从非关键工序的相关资源进行进一步地调度；
此时最大调出量即任意一并行或后续非关键工序的总时差TFi-j为0时的调出量的最大值，当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值满足紧缺量时，若存在多个工序的调出量满足需求时，选择并行的非关键工序进行调度，不存在并行的可调配工序时可选择时间间隔本工序最远的非关键工序进行调度；当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值不满足紧缺量时，则此时穷尽本项目内所有资源依旧满足不了资源的紧缺量，此时必须从外部进行资源调配。
进一步地，所述非关键工序在允许被调走的资源量为可调配总量的2/3，预留总时差TFi-j为0时的调出量的1/3。
非关键工序资源动态调配时，考虑其紧缺量是否小于其自由时差FFi-j为0所能调出的资源量，若小于，则其对后续工序无影响，不做处理，若达到和超过时，则可依据关键线路的资源调配步骤从与之并行或后续的非关键工序调度资源，保证其不成为关键工序。
有益效果：与现有技术相比，本发明利用BIM技术对施工进度进行数字化模拟，并针对实际中的资源紧缺进行内部的动态调度管控，实现资源在空间、时间上的最优化调度，在最低成本下保证工期不受影响；从非关键工序上调度资源时，优选其自由时差之内的可调配资源，即保证对后续工作不产生影响，不足时在某个非关键工序的总时差内进行资源的调配，以防止其成为关键工序；在调度是时，有限考虑与之并行的非关键工序满足空间调度的成本最低化，或与之时间间隔最远的非关键工序满足时间上可回旋余地；通过本发明可穷尽项目内的资源进行资源内部调度，项目整体的运行成本最低，且不影响总工期。
具体实施方式
接下来对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。
一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法，包括以下步骤：
步骤1：前期准备，具体包含项目进度计划表的收集、熟悉施工组织设计方案、三维模型的创建、三维模型的梳理及优化，此步骤依据不同施工工程的类型以及各施工单位实际的情况制定的施工组织设计方案进行；
步骤2，进度计划表、三维模型导入，对于施工进度计划表，BIM平台提供了可直接导入功能，避免了人为创建时间进度时造成的失误且节省了大量时间，提高了工作效率；
步骤3：模型资源化及赋予任务，包含在设计阶段的初始模型资源化及赋予任务以及在施工实际中的动态模型资源化及赋予任务；
所述模型资源化，即使每个构件或者施工包匹配相应的类别，所述赋予任务，即将各类资源，包含人力、材料、设备等资源指派到选定的任务，使得在BIM模型中使模型与进度计划相关联；
步骤4，任务设定，对建筑物的一种外观展示方式，包括初始状态的颜色、透明度、呈现方式、结束状态后的颜色及透明度等等，让模拟过程更清晰明确；
步骤5，模拟制作流程，动画制作是后期表现的一个重要环节，通过“动画编辑器”功能模块，该功能模块分两部分：一是FocusTime，FocusTime对应于进度计划表中工作完成的情况；二是Camera，Camera应匹配FocusTime，即镜头随着关键点移动，以此完成模拟制作；
步骤6：导出，对于施工模拟通常会以视频的成果形式展示，同样BIM平台中提供了该功能，在动画制作完成后即可导出视频。
在BIM平台中如何使模型与进度计划相关联是比较重要的一步，即步骤4是核心步骤，在对应的时间段可视化对应的资源情况，在甘特图中依次选择项目名称，在资源栏中选择相对应的资源，右键点击该资源，选择“指派到选定任务”，完成对每一工序的资源指派。
步骤4中，初始设计阶段的初始模型资源化及赋予任务，根据施工组织设计完成即可，经后续步骤可以在BIM平台中进行资源化查看，即可视化看见各工序之间的衔接关系、并行关系以及各工序所配备的资源条件；
在实际施工过程中，不可控的因素过多，在实际中只考虑人力、材料、设备的影响，实际上目前的BIM技术也只提供此三类的资源的管控，实际中为保证工序顺利进行，往往会超出物料所需量进行设计，因此关键在于人工数、台班数的影响，而进度管控的最终目标是项目的总工期不逾期，因此在施工进程中，初始设计阶段的初始模型资源化及赋予任务必然需做到动态管控。
从BIM中的横道图可以显然地得到本施工的总工期T，即横道图中衔接最长的一天线路所显示的时长，即所谓的“关键线路”，在所述的关键线路上的工序为关键工序，动态管控的核心在于关键工序的管控。
通俗的，开始的第一个工序的起始时间为0，对于任意一个工序Pi-j，其都存在几个关键参数：最早开始时间ESi-j、最早完成时间EFi-j、最迟开始时间LSi-j、最迟完成时间LFi-j、总时差TFi-j、自由时差FFi-j，工作持续时间Di-j；
其中，最早开始时间ESi-j是指在各紧前工作全部完成后工序Pi-j开始的时间、最早完成时间EFi-j是指在各紧前工作全部完成后工序Pi-j完成的时间、最迟开始时间LSi-j是指在在不影响总工期的前提下工序Pi-j必须开始的最迟时间、最迟完成时间LFi-j是指在在不影响总工期的前提下工序Pi-j必须完成的最迟时间、总时差TFi-j是指在在不影响总工期的前提下工序Pi-j可利用的机动时间，自由时差FFi-j是指在在不影响其今后工序的前提下工序Pi-j可利用的机动时间，工作持续时间Di-j是指完成工序Pi-j的时间。
以上数据皆可由BIM横道图的显示数据直接或根据定义按数学含义关系唯一地计算得出，其计算关系如下，其中，Ph-j为Pi-j的紧前工序、Pj-k为Pi-j的紧后工序：
EFi-j＝ESi-j+Di-j；
ESi-j＝max{EFh-i}或ESi-j＝max{ESh-i+Dh-i}；
LSi-j＝LFi-j-Di-j；
LFi-j＝min{LSj-k}或LFi-j＝min{LFj-k-Dj-k}；
对于最为关键的资源管控判断依据总时差TFi-j、自由时差FFi-j的计算式如下：
TFi-j＝LSi-j-ESi-j或TFi-j＝LFi-j-EFi-j；
FFi-j＝ESj-k-EFi-j或FFi-j＝ESj-k-ESi-j-Di-j。
依据总时差TFi-j、自由时差FFi-j对施工进程中各类资源的紧缺进行调度，具体分为针对关键线路上关键工序的调度和非关键线路上的工序的调度，可以知道，关键线路上的关键工序直接影响着总工期是否预期，而非关键线路上的工序只有在超过了本工序的总时差TFi-j进而使得关键线路发生改变进而影响总工期，换句话说，关键线路上关键工序必须得到优先保证，非关键线路上的工序只有在超过了本工序的总时差TFi-j才需要进行调度资源保证。
在施工进程中，当关键工序因资源紧缺导致总工期延误时，本实施例采用的是项目内部的资源调度，因项目的工作量在初始时做好预算，进程中项目外调度使得预算产生较大偏差，内部调配在时间、空间转移成本最低，可以大幅提高资源、时间的利用率。由以上阐述可知，本实施例采用从其后或并行的非关键工序中进行相关资源调度，在资源调走后，此非关键工序的工作持续时间Di-j必将延长，因此调出量需得到严格控制，最大的调出量即使得其自由时差FFi-j为0，具体的，按如下方法进行调度：
将关键工序紧缺的资源量Q确定，即工日数、台班数；
将并行的与之并行的非关键工序的相关资源进行汇总，若汇总量不小于关键工序紧缺的资源量Q时，将非关键工序中的资源量从大至小选择，直至满足所需的资源量Q，供关键工序的调度使用；若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，将不足的部分从后续尚未开始的非关键工序的相关资源进行调取；
将后续的非关键工序的相关资源进行排序，从的后续可供选择的非关键工序中的资源量进行汇总，若汇总量不小于关键工序不足的资源量时，将非关键工序中的资源量从大至小或由远及近进行选择，直至满足所需的资源量，供关键工序的调度使用，如若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，即所有的非关键工序的自由时差FFi-j为0即所有能调出的最大量依旧不足量时，需要继续从非关键工序的相关资源进行进一步地调度；
此时最大调出量即任意一并行或后续非关键工序的总时差TFi-j为0时的调出量的最大值，当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值满足紧缺量时，若存在多个工序的调出量满足需求时，选择并行的非关键工序进行调度，不存在并行的可调配工序时可选择时间间隔本工序最远的非关键工序进行调度；当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值不满足紧缺量时，则此时穷尽本项目内所有资源依旧满足不了资源的紧缺量，此时必须从外部进行资源调配。
在一个较佳的实施例，为防止被调走资源的非关键工序因资源调走而在甘特图中成为关键工序，本实施例在允许被调走的资源量添加一定的限制，优选可调配总量的2/3，即预留总时差TFi-j为0时的调出量的1/3。
当非关键工序因资源紧缺时，考虑其紧缺量是否小于其自由时差FFi-j为0所能调出的资源量，若小于，则其对后续工序无影响，不做处理，若达到和超过时，则可依据以上关键线路的资源调配步骤从与之并行或后续的非关键工序调度资源，保证其不成为关键工序。
在每一次调度变更后，在BIM平台上的甘特图中形成动态的可视化显示，后续步骤同步进行动态更新。
本发明利用BIM技术对施工进度进行数字化模拟，并针对实际中的资源紧缺进行内部的动态调度管控，实现资源在空间、时间上的最优化调度，在最低成本下保证工期不受影响；从非关键工序上调度资源时，优选其自由时差之内的可调配资源，即保证对后续工作不产生影响，不足时在某个非关键工序的总时差内进行资源的调配，以防止其成为关键工序；在调度是时，有限考虑与之并行的非关键工序满足空间调度的成本最低化，或与之时间间隔最远的非关键工序满足时间上可回旋余地；通过本发明可穷尽项目内的资源进行资源内部调度，项目整体的运行成本最低，且不影响总工期。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：前期准备，具体包含项目进度计划表的收集、熟悉施工组织设计方案、三维模型的创建、三维模型的梳理及优化，此步骤依据不同施工工程的类型以及各施工单位实际的情况制定的施工组织设计方案进行；
步骤2，进度计划表、三维模型导入，对于施工进度计划表，BIM平台提供了可直接导入功能，避免了人为创建时间进度时造成的失误且节省了大量时间，提高了工作效率；
步骤3：模型资源化及赋予任务，包含在设计阶段的初始模型资源化及赋予任务以及在施工实际中的动态模型资源化及赋予任务；
所述模型资源化，即使每个构件或者施工包匹配相应的类别，所述赋予任务，即将各类资源指派到选定的任务，使得在BIM模型中使模型与进度计划相关联；
步骤4，任务设定，对建筑物的一种外观展示方式，包括初始状态的颜色、透明度、呈现方式、结束状态后的颜色及透明度，让模拟过程更清晰明确；
步骤5，模拟制作流程，动画制作是后期表现的一个重要环节，通过“动画编辑器”功能模块，该功能模块分两部分：一是FocusTime，FocusTime对应于进度计划表中工作完成的情况；二是Camera，Camera应匹配FocusTime，即镜头随着关键点移动，以此完成模拟制作；
步骤6：导出，对于施工模拟通常会以视频的成果形式展示，同样BIM平台中提供了该功能，在动画制作完成后即可导出视频；
并且，在步骤3中，动态模型资源化及赋予任务包括甘特图中关键线路的资源动态调配和非关键线路的资源动态调配；
其中，关键线路的资源动态调配，包含以下步骤：
步骤31，将关键工序紧缺的资源量Q确定，即工日数、台班数；
步骤32，将与之并行的非关键工序的相关资源进行汇总，若汇总量不小于关键工序紧缺的资源量Q时，将非关键工序中的资源量从大至小选择，直至满足所需的资源量Q，供关键工序的调度使用；若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，将不足的部分从后续尚未开始的非关键工序的相关资源进行调取；
步骤33，将后续的非关键工序的相关资源进行排序，从后续可供选择的非关键工序中的资源量进行汇总，若汇总量不小于关键工序不足的资源量时，将非关键工序中的资源量从大至小或在时间上由远及近进行选择，直至满足所需的资源量，供关键工序的调度使用，如若汇总量小于关键工序紧缺的资源量Q时，即所有的非关键工序的自由时差FFi-j为0即所有能调出的最大量依旧不足量时，需要继续从非关键工序的相关资源进行进一步地调度；
步骤31，此时最大调出量即任意一并行或后续非关键工序的总时差TFi-j为0时的调出量的最大值，当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值满足紧缺量时，若存在多个工序的调出量满足需求时，选择并行的非关键工序进行调度，不存在并行的可调配工序时可选择时间间隔本工序最远的非关键工序进行调度；当总时差TFi-j为0时的调出量的最大值不满足紧缺量时，则此时穷尽本项目内所有资源依旧满足不了资源的紧缺量，此时必须从外部进行资源调配；
非关键线路的资源动态调配，考虑其紧缺量是否小于其自由时差FFi-j为0所能调出的资源量，若小于，则其对后续工序无影响，不做处理，若达到和超过时，则可依据关键线路的资源调配步骤从与之并行或后续的非关键工序调度资源，保证其不成为关键工序。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的施工进度数字模拟方法，其特征在于：
所述非关键工序在允许被调走的资源量为可调配总量的2/3，预留总时差TFi-j为0时的调出量的1/3。
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BIM-based draft schedule generation in reinforced concrete-framed buildings;Wang, Z.;Rezazadeh Azar, E.;《Construction Innovation》;20190405;第19卷(第2期);第280-294页 *
BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用研究;卢乃斌;《江西建材》;20190731;第176-177页 *

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