CN115587399A - 基于bim的项目进度管理***及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于BIM的项目进度管理***及应用，数据模型结合三维数据模型表达方法与多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法生成，进度管理模型依据数据模型结构的分析，建立实时模型和产生对应的计算模型，对比模型将实时模型与计划模型叠加对比，为施工进度的纠偏与调整提供方案。本发明通过在项目过程中需要不断的调整目标，并采取合适的措施解决出现的问题，项目时常发生完成时间、总成本或资源分配偏离原有计划轨道现象，需要采取相应措施，使项目发展与计划趋于一致，若项目发生较大变化或严重偏离项目进程，则需重新安排项目进度并确定目标计划，调整资源分配及预算费用，从而实现进度平衡。

Description

基于BIM的项目进度管理***及应用

技术领域

本发明涉及管理***领域，具体涉及基于BIM的项目进度管理***及应用。

背景技术

国家电网基建要求扎实推动三维设计在建设管理、施工组织、档案移交等环节的标准化应用，建立基于三维设计应用的信息传递和数据共享模式，满足工程建设各个阶段的管理要求，探索利用三维设计成果进行过程标准化管理，传统的施工计划编制、进度管理方式逐渐难以应对现有的业务需要，主要表现在业主方、建设管理方进行远程管控施工现场进度缺少可视化直观模拟手段；

国外对工程进度4D模拟的研究主要基于BIM技术的应用，探究如何在三维建筑模型的基础上加上时间维度来实现工程进度的4D模拟是国外BIM技术在进度管理中应用的重要方面。

现有技术存在以下不足：现有管理***仍有许多局限之处，其一，***主要集中在工程施工阶段的进度的动态管理上，并未涉及工程设计等其他工程阶段，无法在项目初始阶段就参与进来；其二，***建立的三维复合模型仅仅是对建筑产品的形象尺寸模拟，并未包含其他建筑产品信息，不是真正意义上的建筑信息集成模型，因此需要一种基于BIM的项目进度管理***解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供基于BIM的项目进度管理***，所述***包括数据模型、进度管理模型以及对比模型；

数据模型结合三维数据模型表达方法与多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法生成，进度管理模型依据数据模型结构的分析，建立实时模型和产生对应的计算模型，对比模型将实时模型与计划模型叠加对比，为施工进度的纠偏与调整提供方案。

优选的，所述数据模型包括电网三维信息模型，电网三维信息模型通过扫描实体转换为表面模型，具体步骤为：

设扫描前的点为A(XA、YA、ZA)、B(XB、YB、ZB)……K(Xk、Yk、Zk)，扫描向量 V(XV、YV、ZV)，对这些点沿着扫描向量V扫面后得到An、Bn……Kn，这些点构成的线面网即为3DGIS的边界模型：

An＝A+V，Bn＝B+V……Kn＝K+V

对于曲线的扫描，选择曲线Curve＝(M1(X1、Y1、Z1)、M2(X2、Y2、Z2)……Mn(Xn、Yn、Zn))改曲线的切向量为Hn＝Xn-Xn-1，Yn-Yn-1，Zn-Zn-1则若有一点为A(XA、YA、 ZA，0)扫描过后的点A'，如下公式计算，其中N是曲面法线：

以此类推由实体模型向边界模型实现转换。

优选的，所述三维数据模型包括实体模型和网格模型，其中，实体模型用于描述部件的几何和拓扑信息，网格模型采用多边形面片构成物体的几何形状。

优选的，所述多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法包括以下步骤：

(1)为所需查询的物体生成一个查询对象ID；

(2)开始遮挡查询；

(3)渲染需要进行遮挡查询的物体；

(4)结束遮挡查询；

(5)提取通过遮挡查询的样本数量；

(6)删除查询对象ID，回收资源。

优选的，隐藏件的识别算法中，计算零部件在某个视点处的可见性值为：

其中：λ₁+λ₂+λ₃＝1；

其中，λ₁、λ₂和λ₃为权重，初始设定零件可见率、零件面积贡献率和零件体积贡献率占有同样的权重，即λ₁、λ₂以及λ₃都为1/3；

零件i在所有设置的视点都完成遮挡查询后，得到零件i的最大可见性值，即

定义临界参数F_T(0<F_T<1)，装配体中的某个零部件的F值大于临界参数时，装配体的外部进行观察零部件可见，否则零部件为隐藏件。

优选的，隐藏件的识别算法通过顶点在缓存中的位置以及顶点的度来共同评价顶点的优先值C(v)，而三角形环的优先值C(R)则为环中所有未输出三角形的顶点优先值之和

顶点优先值C(v)可通过以下公式计算：

C(v)＝C_p(v)+C_a(v)

其中，

上述公式中，p表示顶点v在缓存中的位置，s表示缓存空间的大小，a表示顶点v相邻的未输出三角形的数量，k₁、k₂、k₃为系数。

优选的，电网三维信息模型的模型图元数据结构包括基本数据和扩展数据，其中，基本数据包括几何数据、物理数据和功能数据，扩展数据包括技术数据、经济数据和和管理数据。

优选的，所述实时模型包括工序持续时间的统计分布，统计分布包括正态分布、贝塔分布、均匀分布以及三角分布，正态分布中，工序持续时间的均值、中位数、众数三者重合，工序持续时间大于或小于均值的概率相等，工序延误或提前的概率相等，贝塔分布中，分布范围处于[0，1]之中，贝塔分布的分布公式如下：

(1)均值：

(2)方差：

α，β的取值范围为0：0.1：10000，均值的取值范围为0.3：0.05：0.5，模拟结果分别存至矩阵中，第一列为α值，第二列为β值，第三列为方差值。

优选的，所述贝塔分布中，安全时间取用工序95％完工概率下的持续时间与50％完工概率下的持续时间之差，公式如下：

T_k＝[F(x)I_x＝0.95-F(x)I_x＝0.5]×t_k

式中，F(x)为贝塔分布的分布函数，T_k为工序k的安全时间，t_k为工序k的持续时间。

本发明还提供一种基于BIM的项目进度管理***的应用，进度管理***应用于变电站施工仿真模拟项目管理，基于D3Station平台，实现模型的解析和可视化展现，并支持查看模型的属性。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明对GIM三维产品模型的特点以及当前已有的三维模型的数据表达方式进行了分析，针对移动设备的特点，提出了一种能够在桌面设备快速显示的三维数据模型表达方法，这种数据模型具有绘制速度快、节约内存的优点，满足在桌面平台上高效浏览的需求，模型的安全性也得到保证，另外数据模型包含完整的几何信息、产品结构信息和属性，满足使用者在工程实际中的需求；本发明的文件体积小数据模型对原始模型中的参数和PMI等非几何信息进行了过滤，装配文件和零件文件的分离避免了相同模型的重复表达，几何数据的合理组织与压缩等措施使得模型数据量大幅减小，通过移动网络传输模型的效率相比原始模型得到大大提高，也有利于在移动设备上存储更多的三维模型；

2、快速读取数据模型充分考虑了移动设备的硬件和三维图形绘制***的特点，在数据模型生成阶段，即对数据进行了合理的组织和显示优化，将比较耗时的优化操作转移到计算能力更强的桌面计算机上执行，回避了部分桌面设备硬件性能较低的弱点，生成的数据模型可以充分利用移动终端的性能，加快了加载和绘制速度，使得低性能的移动设备上演示和交互三维模型成为了可能；

3、给出了数据模型的生成方式，并对其中的轻量化算法进行研究，提出了一种从多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法，该方法能够自动判断出装配模型内部的不可见零部件以及对外观影响较小的细微零部件，结合轻量化表达方法，可以在不破坏产品结构关系的情况下，减少图元绘制数量，提高绘制效率，另外，还提出了一种线性时间的顶点缓存优化算法，该算法采用有效的启发式搜索规则，在未知缓存参数的情况下依然能够获得良好的缓存优化效果，能有效加快数据模型的显示速度；

4、通过实际进展与项目计划间的对比分析，可发现较多偏差，并指出项目中存在的潜在问题，为避免偏差带来的问题，项目过程中需要不断的调整目标，并采取合适的措施解决出现的问题，项目时常发生完成时间、总成本或资源分配偏离原有计划轨道现象，需要采取相应措施，使项目发展与计划趋于一致，若项目发生较大变化或严重偏离项目进程，则需重新安排项目进度并确定目标计划，调整资源分配及预算费用，从而实现进度平衡。

附图说明

图1为本发明的技术路线示意图。

图2为本发明电网信息模型的数据结构图。

图3为本发明数据模型的数据结构图。

图4为本发明数据模型的生成流程图。

图5为本发明遮挡查询结果的统计示意图。

图6为本发明隐藏件的识别流程图。

图7为本发明发动机模型的简化示意图。

图8为本发明的三角形序列示意图。

图9为本发明的缓存优化流程图。

图10为本发明模型图元的数据结构图。

图11为本发明基于MVC的***体系结构图。

图12为本发明基于MVC的***体系结构实现流程图。

图13为本发明基于BIM的进度管理应用框架体系图。

图14为本发明BIM信息平台的整体框架图。

图15为本发明进度计划的4D模拟分析示意图。

图16为本发明网络图作业顺序分析图。

图17为本发明的进度监控视图。

图18为本发明计划进度模型与实际进度模型的对比图。

图19为本发明的变电站4D施工进度管理平台框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例1

请参阅图1所示，本实施例所述基于BIM的项目进度管理***，所述***包括数据模型、进度管理模型以及对比模型，其中，

数据模型：结合实体模型和网格模型的优点，充分考虑了低性能桌面端的使用需求，总体而言，具有以下特点和优点：

(1)文件体积小数据模型对原始模型中的参数和PMI等非几何信息进行了过滤，装配文件和零件文件的分离避免了相同模型的重复表达，几何数据的合理组织与压缩等措施使得模型数据量大幅减小，通过移动网络传输模型的效率相比原始模型得到大大提高，也有利于在移动设备上存储更多的三维模型；

(2)快速读取数据模型充分考虑了移动设备的硬件和三维图形绘制***的特点，在数据模型生成阶段，即对数据进行了合理的组织和显示优化，将比较耗时的优化操作转移到计算能力更强的桌面计算机上执行，回避了部分桌面设备硬件性能较低的弱点，生成的数据模型可以充分利用移动终端的性能，加快了加载和绘制速度，使得低性能的移动设备上演示和交互三维模型成为了可能；

(3)节约内存引用的运用使得相同的零件在内存中只保存一份，其他通过空间变换矩阵得到，可在很大程度上减少内存使用量，满足三维应用对内存较为苛刻的要求；

(4)完备的模型信息数据模型中具有完整的几何信息和产品结构信息，具有很高的可用性，满足移动网络环境下对三维模型的使用需求；

(5)保证数据安全性数据模型不包含模型的特征参数、造型参数等信息，模型不可再编辑，可以保证数据模型不被用于如逆向工程等其他目的。

首先对GIM三维产品模型的特点以及当前已有的三维模型的数据表达方式进行了分析，针对移动设备的特点，提出了一种能够在桌面设备快速显示的三维数据模型表达方法，这种数据模型具有绘制速度快、节约内存的优点，满足在桌面平台上高效浏览的需求，模型的安全性也得到保证，另外数据模型包含完整的几何信息、产品结构信息和属性，满足使用者在工程实际中的需求；

其次给出了数据模型的生成方式，并对其中的轻量化算法进行研究，提出了一种从多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法，该方法能够自动判断出装配模型内部的不可见零部件以及对外观影响较小的细微零部件，结合轻量化表达方法，可以在不破坏产品结构关系的情况下，减少图元绘制数量，提高绘制效率，另外，还提出了一种线性时间的顶点缓存优化算法，该算法采用有效的启发式搜索规则，在未知缓存参数的情况下依然能够获得良好的缓存优化效果，能有效加快数据模型的显示速度。

进度管理模型：通过分析工程项目进度管理的内容以及常用的进度管理技术方法，探究三维电网信息模型建立和施工进度数据创建，分析四维电网信息模型的建立，提出了BIM 数据与施工进度融合的实现方式，结合***功能需求及三维模型数据结构的分析，形成 BIM4D***的结构体系，并设计其实现流程。

对比模型：对施工现场实现进度信息采集的流程及将实时模型与计划模型叠加对比的方法进行了***的论述，进而为施工进度的纠偏与调整提供解决方案，解决将施工现场的实时模型与平台中关联好信息的计划模型进行对比，具体方式是利用摄像头对施工现场信息进行采集，通过图像配准、特征点匹配、运动结构、模型注册等技术重建施工现场模型，并与计划模型相重叠，为后续进度报表的输出以及三维进度展示提供实时数据基础；

在***中更新实际进展信息后，通过实际进展与项目计划间的对比分析，可发现较多偏差，并指出项目中存在的潜在问题，为避免偏差带来的问题，项目过程中需要不断的调整目标，并采取合适的措施解决出现的问题，项目时常发生完成时间、总成本或资源分配偏离原有计划轨道现象，需要采取相应措施，使项目发展与计划趋于一致，若项目发生较大变化或严重偏离项目进程，则需重新安排项目进度并确定目标计划，调整资源分配及预算费用，从而实现进度平衡。

实施例2

请参阅图2所示，数据模型中，主要思路是研究通用模型、产品模型、输变电工程等数据组织结构，提取数据共性归纳形成电网信息模型数据解析方案，并根据公司三维设计标准，建立检测指标，对数据格式与内容完整性和正确性进行检测，最后研究电网信息模型数据的高效处理与存储，参照地理信息数据组织方式，按照显示比例尺和数据精细程度研究金字塔方案，结合数据组成结构研究LOD策略，模拟数据从高空落下观察物体从模糊到清晰过程，从数据量上着手，研究数据几何纹理简化方案，保障数据清晰度的前提下，优化数据存储；

请参阅图3所示，对于电网信息模型(GIM)与GIS融合的技术框架最重要的影响因素往往是数据格式，由于电网信息模型与GIS数据拥有各自的数据格式，这些多源异构的数据格式如何在一个平台兼容就成为关键问题；

数据格式转换是目前主流的GIS与三维模型融合方式，数据格式的转化研究绝大部分集中在从IFC向CityGML的转换，也有部分研究侧重于CityGML向IFC的转换，从电网信息模型数据到GIS数据转换是精细化数据进行粗化处理的过程，解析电网信息模型包括几何和语义两个方面：

1)多层次几何信息提取和转换

电网三维信息模型大部分是实体几何构建法(CGS)，而GIS的表达格式大部分是表面边界法，因此需要进行几何信息转换，由一个实体转换为表面模型需要用到扫描法，扫描过后需要对扫描的模型进行三角形格网划分来得到3DGIS的表面模型；

对于直线边的扫描较为简单，设扫描前的点为A(XA、YA、ZA)、B(XB、YB、ZB)…… K(Xk、Yk、Zk)，扫描向量V(XV、YV、ZV)，对这些点沿着扫描向量V扫面后得到An、 Bn……Kn，这些点构成的线面网即为3DGIS的边界模型：

An＝A+V，Bn＝B+V……Kn＝K+V

对于曲线的扫描，我们选择曲线Curve＝(M1(X1、Y1、Z1)、M2(X2、Y2、Z2)……Mn(Xn、Yn、Zn))改曲线的切向量为Hn＝Xn-Xn-1，Yn-Yn-1，Zn-Zn-1则若有一点为A(XA、 YA、ZA，0)扫描过后的该点A'，如下公式计算，其中N是曲面法线：

以此类推可以由实体模型向边界模型实现转换；

2)语义信息的映射

除了单纯的几何信息转换外，语义信息的映射也是GIM与GIS融合的重要内容，单纯的数据格式转换并没有实现GIM与GIS的融合，模型的结构发生了变化但是模型的语义并没有发生变化；

一是几何表达形式的差异，电网信息模型中有边界描述、伸或旋转形成的扫描体、构造实体几何等3种表达形式，而GIS平台支持的数据标准仅有边界描述一种几何表达形式，在GIM模型转化为GIS平台可支持的格式后，利用拉伸或旋转形成的扫描体和构造实体几何方法表达的几何信息只能用边界描述方法表达，需要大量的坐标数据来表达多个面片信息，这必然会造成几何信息的丢失和数据量的增加，另一方面是对象语义的差异，由于电网信息模型和3DGIS对空间对象的表达和理解是不同的，也没有相关的对象语义标准化研究工作，因此，在GIM模型向GIS可支持的数据格式转化的过程中，语义信息的丢失也是不可避免的，因此还需要进行电网信息模型向3DGIS模型的几何语义重构；

电网信息模型语义丰富，往往在3DGISLOD4层次模型中可以找到映射，则对于LOD3-LOD0层级语义信息逐级递减，因此在转换的过程中需要进行语义过滤，对一些信息进行抽象化、过滤化，保留下有用的信息即可，以唯一ID值关联每个部件的语义信息与几何信息，为模型数据的管理提供索引信息；

3)空间尺度变化

将GIM实体模型三角网化为GIS支持的三角网模型后，由于GIM采用局部坐标***，在模型导入3D-GIS***中时，还需使用模型测量点与实际测量点位坐标建立定位参考信息，获取模型族坐标转换矩阵，将局部坐标系转换到全局坐标系下，完成模型在3D-GIS ***坐标系下的正确定位，不同的坐标系下的转换常用的三种模型是布尔莎七参数模型、莫洛金斯基模型、武测模型；

为了解决三维产品模型在性能和资源有限的移动设备上快速浏览的问题，丰富用户进行产品数据交流的渠道，需要利用桌面计算机对原始模型进行轻量化处理，得到供移动设备直接浏览的数据模型；

从当前三维模型数据共享存在的问题出发，分析三维产品模型的特点和当前已有模型表达方法存在的不足，提出了一种能够在移动设备上快速显示的数据模型表达方法，三维模型的表达方式一般而言可以分为两类，一种为实体模型，另一种为网格模型，具体如下；

1)实体模型：实体模型可以分为边界表示法(B-Rep，BoundaryRepresentation)、构造实体几何法(CSG，ConstructionSolidGeometry)和扫描法三大类表示方法，大多数三维***(Pro/E、UG、Catia、Inventor等)建立的三维模型都为实体模型；

实体模型能够极其准确地描述部件的几何和拓扑信息，然而实体模型却存在以下问题，限制了其在数据共享中的应用：

(1)实体模型中并不包含任何的三角面片信息，在进行显示之前通常需要进行大量的计算以将其离散为多边形网格，因此加载时间长，对于复杂的三维产品模型，漫长的加载显示时间更是让人难以接受；

(2)实体模型的数据结构复杂，文件体积庞大，其中的信息是面向各种用途的，对于使用者而言其中很多信息都是冗余信息，如校对、审核人员主要利用模型进行浏览和圈阅，他们只关注零件的结构几何信息，分析工程师在分析的过程中只需要利用简化后的产品几何信息，远程客户浏览模型的外观形状也仅需几何信息；

(3)浏览实体模型必须使用与建模者相同的三维***或者通用的三维浏览软件，而通用三维浏览软件通常为第三方开发，一般存在滞后性和稳定性不足等问题，三维***的多样性，导致了三维产品数据的异构性，影响了企业内部以及企业间的数据共享与交流，降低了生产效率；

(4)实体模型的保密性差，其中包含建模过程和特征参数等敏感设计信息，一旦被用于协同开发之外的其他目的，如逆向工程，将会对企业造成重大损失；

2)网格模型：网格模型是一种采用大量的多边形面片来逼近物体的几何形状的非精确模型表达方法，网格模型存在多种文件格式，如STL、VRML、PLY、OBJ等，其中最常见的是3DSystems公司推出并加以推广的STL文件格式，STL网格模型在制造业得到了广泛的应用，绝大多数的三维***都可以输出STL格式的模型文件，STL文件以三角面片的形式来描述模型的几何形状，每个三角面片记录了三角形的法矢以及三角形顶点的位置坐标， STL网格模型存在ASCII和二进制两种存储格式，ASCII格式的文件结构如下所示：

文件中的Nx，Ny，Nz分别表示三角面片法向量在xyz三个方向上的分量，V_1x，V_1y，V_1z分别表示顶点在xyz方向上的坐标值，其余皆为文件中的关键字；

从上述STL的例子可以看出，网格模型的数据结构简单，三角面片的表达方式使其可以利用硬件加速渲染过程，达到快速显示三维模型的目的，但是网格模型却存在以下问题：

(1)网格模型只包含了物体的显示信息，没有模型的装配结构关系，不能表达零件之间的关系，同时也缺乏属性等关键信息，难以满足工程实际要求；

(2)网格模型普遍没有经过压缩或者压缩比并不高，数据量较大，不利于模型的网络传输和存储；

由于传统三维模型在传递信息时存在着上述诸多不足，因此需要对三维产品模型的几何信息进行提取，并对其进行压缩和优化处理，同时简化提取需要的属性信息和产品结构信息等，从而获得规模小、效率高、便于快速浏览的数据模型，下面将对这种数据模型的表达方法进行介绍；

数据模型主要用于桌面设备的快速浏览与交互，因此在数据模型信息存储和表达机制的设计上必须充分考虑桌面设备的自身特点以及针对桌面图形***性能瓶颈的优化策略，为了使三维产品模型的轻量化能够满足桌面用户的需求，生成的数据模型必须满足以下几个条件：

(1)数据模型必须首先保证在桌面设备上的浏览体验由于嵌入式的体系结构，桌面设备的硬件资源和性能始终无法与桌面计算机相提并论，其计算和图形渲染能力相对有限，为了保证良好的浏览体验，模型必须具有较快的显示速度，能够满足实时交互的需求，数据模型文件应该合理组织，不能太过复杂，在保证显示速度的前提下可以适当牺牲压缩比等性能，同时还可采取一定的不依赖最新硬件支持的优化措施，以保证复杂模型在各种桌面设备都能获得较为流畅的体验；

(2)数据模型需保证其在工程领域的可用性轻量化过程一般会对产品模型的几何信息进行简化和压缩，并对尺寸、属性、配合、参数等信息进行简化提取，经过这个过程生成的数据模型会失去一部分信息，但是该过程绝不能破坏模型的可用性，具体表现为：在几何外观方面，不允许产生悬边、悬面以及孔洞，关键特征必须保留等，在非几何信息方面，由于屏幕尺寸以及交互方式的限制，桌面设备上的三维应用更多的只是以显示为主，因此建模过程、工程约束、特征等信息都可以简化或作为可选项存在，但是必须提取其装配和产品结构信息，否则数据模型便失去了在工程领域内进行数据共享的作用；

(3)数据模型需具有较小的文件体积由于桌面设备嵌入式体系架构的限制，其存储和内存容量都较小，且拓展困难，因此减小模型的体积就显得十分必要，一方面有利于通过网络传输模型，同时也可以节约内存，使在低性能的桌面设备上演示数据成为可能；

根据上述要求，提出如下的三维数据模型文件的设计方案：

(1)针对每个零件，将相同颜色的三角形网格数据组织在一起，对其进行几何压缩，并保存成单独的文件，根据颜色而非以面为基本单元组织数据，可以较大程度地保***传入数据的最大化，同时也可减少着色器的复杂程度以及渲染过程中的状态变化，在颜色列表中也只需记录一个颜色值，既减少了数据冗余，也起到优化渲染管线的作用；

(2)采用XML(ExtensibleMarkupLanguage)格式来描述模型产品结构和属性数据，XML 具有良好的可拓展性以及平台无关性，同时可以实现内容与形式的分离，非常适合用来描述结构性很强的装配模型，另外，XML的表达方式，使得加载过程可采用SAX方式顺序解析模型文件，而SAX解析方式不需要在内存中保存整个文档，因此非常适合内存资源有限的移动设备；

(3)采用引用的方式以减少冗余，在三维产品模型中通常存在许多外形相同的零件，通过引用可以避免产生数据冗余，从而减少轻量化文件的体积同时也能减少内存的使用量；

(4)以容器的形式管理数据，在轻量化文件中，所有的数据都被纳入不同的容器节点中，轻量化装配文件通过容器指向零件的几何数据文件，有利于数据的拓展和修改；

(5)采用细节层次(LevelsofDetail，LOD)技术，在几何数据中，加入零件的多分辨率表达，以零件的包围盒来支持零件的LOD模型，零件的包围盒对应粗糙模型，而实际零件模型则对应精确模型，通过牺牲显示质量，可以减少模型的绘制时间，便于用户进行三维模型的快速浏览和交互；

(6)对几何数据进行显示加速，显示加速主要体现在两个方面，一方面是轻量化中对零件的可见性进行预先判断，在装配文件中记录零件的可见性，在模型绘制时可以根据预先提供的可见性信息避免不可见零部件和细微零部件进入渲染管线，而在需要时也可手动将其显示出来，在绘制速度与可用性之间取得了较好的平衡，另一方面是对网格数据进行了顶点缓存优化，通过修改网格的三角形序列，以提高渲染过程中的顶点缓存命中率，加快数据模型的显示速度；

请参阅图4所示，数据模型文件采用多文档结构，装配文件与零件文件分开存放，装配体文件记录产品结构和属性信息，零件文件记录经过优化后的显示信息；

装配体文件记录了下级子装配体以及零件的相关信息，包括零部件名称、下级零部件相对路径、零部件的可见性、相对变换矩阵、几何显示属性等，结合零件几何信息就可以进行产品模型的快速显示和交互，装配体文件对原始模型中的属性信息进行了提取，包括产品的重量、面积、体积、重量单位等物理属性以及产品代号、阶段标记等类似的用户自定义属性，另外，装配体文件中记录了模型缩略图的名称、格式和相对路径，缩略图的存在使得用户可以在不打开模型文件的情况下就能大致了解到模型信息，避免加载复杂模型时耗费大量时间，装配体文件中并没有任何的几何信息，其数据量并不大，因此可以保持较小的文件体积；

零件文件用于记录该零件在自身物体坐标系下的显示信息，包括用于快速显示的三角网格数据和用于表示轮廓点和轮廓边的点和边信息，由于模型大多采用面着色的缘故，报告按颜色组织网格数据，当多个面的颜色相同时，在颜色列表中只需记录一个颜色值，网格数据先经过顶点缓存优化，然后通过索引的方式进行存储，即将零件显示信息保存为独一无二的顶点以及按顶点索引排列的三角形序列，对于三维产品模型而言，其拓扑关系比较复杂，同时考虑到移动设备较低的计算性能，因此在零件文件中并不对模型进行拓扑压缩，只进行几何压缩以降低顶点数据精度；

用户在查看数据模型文件的时候，首先可在缩略图的帮助下判断是否为希望浏览的模型，然后再选择是否打开模型文件，数据模型文件的加载首先从总产品结构开始遍历，得到全部轻量化子装配体和零件，然后构建整个场景并进行绘制，轻量化装配文件中，所有的零部件的矩阵都是相对于上一级零部件位置的变换矩阵，因此零件的所有上级节点的变换矩阵相乘就可以得到该零件在总装配体中的绝对位置，在文件的显示过程中，一开始可以将可见性属性标记为不可见的零部件裁减掉，并不送入渲染管线，在需要查看装配体的内部结构时，才将这部分几何数据送入渲染管线进行渲染；

当前平台图形三维图形绘制的主要瓶颈是庞大的模型数据量与终端有限的硬件性能之间的矛盾，模型简化与模型数据排布优化是两种可行的解决该瓶颈的方法，对模型进行简化可以减少需要绘制的图元数据量，对模型进行数据排布优化可以增加对硬件缓存的重用率，达到显示加速的目的，为此提出了一种针对装配体的隐藏零件识别算法，与轻量化表达方法结合，可以简化掉装配体中的一部分零件，减少绘制工作量，另外，为了提高顶点缓存命中率，本章对网格模型三角形排布进行研究，并提出了一种新的顶点缓存优化算法，这两种优化操作都在桌面计算机上进行，使得低性能的设备能够高效浏览数据模型；

在复杂三维产品模型中，零部件模型数量庞大，层次结构深，结构关系复杂，显示速度慢，为了满足在不同硬件上快速浏览三维产品模型的需求，提出了一种多层次的数据模型表达方法，数据模型需要从原始模型中提取几何、拓扑和相应的装配信息并进行合理的组织，因此利用常用三维***提供的二次开发工具开发相应的数据模型导出接口程序，能够根据工程实际达到需要的效果，效率和灵活性都比较高，这些开发工具都是向下兼容的，因此导出接口程序的稳定性比较好，不需要做经常性的变更；

请参阅图5所示，轻量化过程输入的是各种文件格式的三维产品模型，在桌面计算机上经过以下轻量化操作后，就能得到能够直接在终端桌面设备上快速显示的数据模型；

1)产品结构和属性信息的提取，提取装配体所有零部件的产品结构、零部件的名称和属性信息、以及各个零部件相对于上级装配体的变换矩阵等非几何信息，装配体的结构是一个明显的树状结构，在信息提取过程中，可以使用递归的方式来获得需要的信息，当模型的类型为装配体时提取信息并进行下一步的递归操作，若为零件则在信息提取完毕后退出递归，拥有了结构和属性信息才可以在脱离三维***的环境下进行数据模型的精确显示和属性查询；

2)几何数据三角化，针对装配体中的每一个零件进行三角化，得到支持快速显示的三角网格；

3)关键几何信息提取，提取模型中关键的边和点的信息，以支持某些特殊的显示需求；

4)隐藏零件识别与记录，从多个视点对整个装配体模型进行遮挡查询，通过多次的结果预先判断零件的可见性，并将结果记录在轻量化装配文件中，这部分内容将在下一节进行详细介绍；

5)顶点缓存优化，该步骤通过修改三维模型的三角形序列，以增加顶点缓存命中率，减轻内存带宽需求，加快模型的绘制速度，下文将对此进行详细介绍；

6)编码压缩，经过量化顶点位置、预测和熵编码三个步骤对零件文件的几何信息进行几何编码，除此之外，采用二进制方式存储文件，并使用Huffiman编码对装配文件进行压缩；

由于三维产品模型所包含的零部件数量庞大，其结构关系也很复杂，而在整个装配体中一般都存在处在模型内部的不可见零部件以及对外观影响较小的细微零部件，在这里将其通称为隐藏零件，由第二章分析可知，要实现桌面终端设备上三维模型的快速绘制，可剔除装配体中隐藏零件，减少送入绘制管线的图元数量，因此，在数据模型导出过程中，需要一种自动的方式对零件的可见性情况进行判断，得到该零件是否为隐藏零件，并在生成的轻量化装配文件中记录其可见性，当数据模型进行显示时，可以选择不绘制隐藏零件，在必要情况下也可以手动将其显示出来，既达到了简化的目的又保留了模型完整的产品结构；

隐藏零件识别的基本思路是从多个视点对装配体进行遮挡查询，得到装配体本身以及各个零部件的可见面积，然后综合所有查询结果以及零部件的体积信息，得到所有隐藏零部件；

为了对零件的可见性进行判断，利用OpenGL的遮挡查询技术，通过对模型进行遮挡查询，可以得到模型通过深度测试的像素数量，然后可根据查询结果来决定是否对该物体进行渲染；

为了使用遮挡查询，需要执行如下步骤：

Step1：为所需查询的物体生成一个查询对象ID；

Step2：开始遮挡查询；

Step3：渲染需要进行遮挡查询的物体；

Step4：结束遮挡查询；

Step5：提取通过遮挡查询的样本数量；

Step6：删除查询对象ID，回收资源；

利用遮挡查询技术可以减少需要绘制的图元数量，能够大幅提高绘制帧率，但是执行遮挡查询的开销非常大，主要表现在两个方面，一是每次查询都会额外增加了一次的绘制调用，导致其本身的开销较大，另外，等待查询结果会引起较大的延迟，影响了CPU和GPU 性能的发挥，由于普通桌面设备硬件渲染能力有限，同时，从OpenGLES3.0标准才开始支持遮挡查询，因此直接在普通桌面设备上利用该技术进行复杂三维图形的绘制加速依然存在很大的局限性，但是，可以利用遮挡查询功能，在数据模型的数据组织阶段综合从多个视点对装配体中的所有零部件预先进行可见性判断，模型绘制时可以根据其中的可见性信息来确定是否进行绘制以及绘制的时机，有利于三维模型的快速浏览；

为了能够全面地了解模型，使用者需要从多个角度对模型进行观察，为此，设置了多个视点以综合判断零件是否可见，这样简化后的三维模型依然能够正确地反映零件的外观，满足三维模型数据交流的目的，视点均匀分布在半径为三倍装配体包围球半径的球上，可以使得整个装配体刚好都在视锥体内，为了在算法复杂度和结果准确度上达到较为平衡的效果，视点的数量设置为12个，视点方向为该顶点指向三维模型包围球中心，分别从这些视点进行遮挡查询测试，获得零部件渲染后在屏幕上的像素数量，综合分析渲染结果，就可以最终确定零部件是否为隐藏件；

为了能够更加清晰的对算法进行描述，定义了以下变量：

(1)

表示对装配体进行渲染时，在视点j处单独对零件i进行遮挡查询得到的其通过深度测试的像素数量；

(2)

表示单独对零件i进行渲染时，在视点j处对零件i进行遮挡查询得到的其通过深度测试的像素数量；

(3)

表示对装配体进行渲染时，在视点j处对整个装配体进行遮挡查询得到的其通过深度测试的像素数量；

(4)V_i表示零件i的体积；

(5)V_T表示整个装配体的体积；

(6)

表示零件i在视点j的可见性值，用于衡量该零件是否可以认为是隐藏件；

在隐藏件识别算法中，通过下面的表达式来计算零部件在某个视点处的可见性值：

其中：λ₁+λ₂+λ₃＝1；

在上述公式中，λ₁、λ₂和λ₃为权重，这个表达式可以较好地将接近不可见的零部件以及不影响装配模型外观的细微零件都识别出，初始设定零件可见率、零件面积贡献率和零件体积贡献率占有同样的权重，即λ₁、λ₂以及λ₃都为1/3，在实际操作中可以根据具体效果进行相应的调整以获得更为满意的效果；

当零件i在所有设置的视点都完成遮挡查询后，就可以得到该零件的最大可见性值，即

根据实际需求定义一个临界参数F_T(0<F_T<1)，当装配体中的某个零部件的F值大于该临界参数时，则可以认为从装配体的外部进行观察该零部件是可见的，否则，认为该零部件为隐藏件；

请参阅图6所示，针对装配模型，利用上述零部件可见性判断算法，进行装配体中隐藏件的自动识别的流程；

需要注意的是隐藏件识别过程中，零件的遍历是一个递归的过程，当选择的零部件为子装配体时，一方面需要将子装配体作为一个整体进行多视点的遮挡查询测试，同时还需要读取该子装配模型，将该子装配体作为一个新的整体并进行隐藏件识别，得到其中的零部件在子装配体中的可见性信息；

对于较为复杂的三维模型，进行遮挡查询的开销比较大，为了提高识别效率，可采用物体的包围盒代替该物体进行遮挡查询，在轻量化过程中，可以通过三维***的开发接口获取物体的包围盒信息，并不需要单独对包围盒进行计算；

该过程输入的是轻量化过程中生成的网格模型，当装配体中的零部件都完成隐藏件识别工作后，就可以将相应的可见性信息记录到其轻量化装配文件中；

请参阅图7所示，对装配体模型的隐藏件进行简化后，可以减少需要绘制的图元数量，加快绘制速度；

发动机模型简化前后的具体信息如表1所示：

	零件数量	顶点数量	三角面片数量
				原始模型	368	404422	424720
简化后	152	317908	334655

表1

由表1可以看出，经过隐藏件识别并简化后大幅减少了发动机中的零部件数量，带来了模型顶点数量和三角面片数量的大量减少，当然，该操作的效果与模型自身息息相关，若模型形状复杂、外形封闭且拥有较多的细微零件等，识别出的隐藏件数量即较多，相反，则得到的简化模型无法获得明显的简化效果，由于在大多数被识别为隐藏件的零件都在装配体内部或者为体积较小的零件(如螺栓、螺母等)，因此去掉隐藏件后的三维模型的外观并无明显的变化，另外，轻量化装配体文件只是记录了装配体中零部件的可见性，并未从产品结构关系上去掉这些隐藏件，因此，在需要的时候也可以将所有零件都显示出来，丝毫不会影响装配模型产品结构的正确表达，充分保证了数据模型的可用性；

简化后装配体内部依然存在许多零件，这部分零件无法从外部观察到，但是并未将其视为隐藏件，装配体外部也存在一些较小的零件并被识别出，造成这种现象的原因主要在于提出的数据模型是一种多层次结构，总装配体文件中只记录了下一级子装配体和零件的信息，而子装配体由哪些零件组成、零件文件的位置等信息则统统记录在子装配体文件中，这种文件信息组织方式能够减少数据冗余，同时也能对用户的使用带来便利，例如对于一个汽车整车三维模型，用户希望查看汽车发动机部分，那么只需打开发动机装配文件就可以了，而不需加载极为复杂的汽车总装配体文件，为了让任意一级子装配体模型都能满足数据交流的目的，在进行隐藏件识别的过程中，零件必须针对上一级装配体判断其可见性，不能只关注其在总装配体中是否可见，因此限制了简化程度的进一步提高；

三维模型渲染时，图形处理单元需要从内存中读取模型的顶点数据，而移动设备的内存带宽有限，顶点数据的访问需要较长的时间，接下来，将从模型数据表达层入手，在轻量化中通过改变模型三角形排列序列，提高GPU的顶点缓存命中率，使得生成的数据模型具有渲染优化的效果，缩短绘制时移动设备GPU访问顶点数据消耗的时间；

为了缓解图形渲染过程中数据处理速度和访问速度的差距，人们在图形处理器中加入了顶点缓存(VertexCache)，顶点缓存中存储着经过变换和光照效果处理的顶点数据，若某个顶点不在缓存中，则需要从***内存或者图形处理器内存中读取数据，而对于命中的顶点缓存内容来说，则可以将数据直接用于下一阶段，避免重复的几何处理过程，能有效减轻数据读取的开销通常研究人员使用平均顶点失配率(AverageCacheMissRatio，ACMR)来描述图形处理器的顶点缓存命中率，ACMR在数值上等于绘制一帧时平均每个三角形需要从内存中读取的顶点数量，顶点失配率越低，意味着图形处理单元访问内存中的顶点数据的次数越少，三维模型渲染过程中顶点读取和几何变换需要的时间也越少，顶点失配率的最大值为3，即模型所有的顶点都不在顶点缓存中，三角形网格模型中，三角面的数量接近为顶点数量的两倍，因此顶点失配率的理论最小值为0.5，由于拓扑关系的复杂性以及顶点缓存容量大小的限制，理论最小值只能无限接近；

请参阅图8所示，顶点缓存命中率不仅与图形处理器硬件本身相关，还与网格数据的排列方式有着紧密联系，如果模型的三角形序列为T₀T₁T₂，那么当绘制T₁和T₂三角形性，这两个三角形的所有顶点都需要重新从内存中读取，若模型的三角形序列为T₀T₃T₄，那么绘制T₃时，三角形的两个顶点已经在顶点缓存中，GPU只需要再读取一个顶点即可，绘制T₄时同样也只需访问一个顶点即可，因此可以通过修改模型的三角形序列，增加模型局部性，以提高缓存重用率，由实体模型转换得到的网格模型并未考虑顶点命中率问题，还可以通过改变三角形的排列顺序进一步降低平均顶点失配率，对三维模型进行顶点缓存优化，能够减轻获取模型数据的负载，同时也能降低渲染操作需要的计算量，加快绘制过程；

在这方面，我们做了许多工作以实现对网格的渲染优化，Hoppe采用贪心算法对三角形网格的三角形序列进行重新排序，产生了具有很高顶点缓存命中率的三角形条带，采用后进先出的数据引用方式，对Hoppe的方法进行了改进，得到了任意缓存参数的缓存优化的三角形条带，这两种方法产生的ACMR值非常接近最小值，但是该方法产生的三角形条带数量较多，由于数据模型的层次深、零部件多，如果采用这种条带生成方式，整个装配体模型的三角形条带数量将会达到一个极为庞大的数量级，会导致过多的绘制函数调用，造成图形***超负荷，影响渲染速度，Bogomjakov等提出了一种通用绘制序列算法，使得到的三角形绘制序列在任意容量的顶点缓存中都能获得良好的顶点命中率，但速度较慢， Lin等基于贪心法对网格进行全局搜索，其启发式条件较多，得到了网格模型ACMR优化效果显著，但其时间复杂度较高；

Sander等提出一种基于三角形环的缓存优化方法，该方法只在上一次结果附近进行启发式搜索，在保证线性时间复杂度的同时有着良好的顶点缓存命中率，但其属于已知缓存参数(cache-aware)算法，当现实缓存小于理想缓存时，顶点缓存命中率将会严重下降；

实际中难以获得图形处理器的顶点缓存参数，同时为了保证优化后模型的通用性，应使缓存优化效果尽量不受现实顶点缓存参数的影响，因此，在文献的基础上，采用全新的启发式搜索规则，在保持线性的时间复杂度的前提下，既保证了绘制中良好的顶点命中率，又具有对不同容量缓存的适应性；

算法以一个采用先进先出(First-In-First-Out，FIFO)的容量为s的顶点缓存模拟器来模拟顶点进出缓存的情况，为了加快算法速度并保持较高的顶点缓存命中率，算法借鉴了基于三角形环操作的思路，通过不断搜索局部最优顶点作为Fanning顶点，然后将包含这个顶点的相邻未输出三角形输出，最终得到顶点缓存命中率高的三角形序列，搜索只在 candidate顶点中进行，若其中无法找到，则在顶点缓存中的其他顶点中查找，倘若顶点缓存中的所有顶点都已输出，那么将随机选择一个未输出顶点作为Fanning顶点进行输出，搜索过程不断持续，直到网格所有三角形均已输出为止；

已知缓存参数算法在理想缓存容量小于现实顶点缓存时，ACMR值的剧增的原因在于，当现实缓存小于设定的模拟缓存大小时，会使得原先假设命中的顶点在现实缓存中已经被置换出，GPU必须重新访问内存中数据，而三角形序列中后来的顶点又会加剧该现象，造成三角形序列的完全失序，影响最终的渲染效率；

为了克服这个问题，采用了全新的启发式搜索规则，即选择的Fanning顶点必须满足以下两个条件：

(1)对这个顶点的三角形环进行输出后，该顶点必须依然留在顶点缓存中；

(2)Fanning顶点必须其三角形环优先值最高的顶点，通过顶点在缓存中的位置以及顶点的度来共同评价顶点的优先值C(v)，而三角形环的优先值C(R)则为环中所有未输出三角形的顶点优先值之和

顶点优先值C(v)可通过以下公式计算：

C(v)＝C_p(v)+C_a(v)

其中，

上述公式中，p表示顶点v在缓存中的位置，s表示缓存空间的大小，a表示顶点v相邻的未输出三角形的数量，k₁、k₂、k₃为系数；

顶点优先值的计算中，较晚进入顶点缓存的顶点优先值较高，这样即使模拟缓存与真实缓存空间容量差距较大，顶点依然能够真正地命中顶点缓存，然而如果只考虑顶点位置这个因素，则会产生一条长而窄的三角形带，造成顶点缓存中的顶点难以被后续的三角形重用，因此，在搜索选择过程中还加入了对顶点的度的评价，包含该顶点的相邻未输出三角形的数量少则优先作为Fanning顶点，这样能够增加三角形序列的局部性，使得后续输出的三角形可以充分重用之前输出的三角形的顶点，减少长而窄的三角形带产生的可能性；

请参阅图9所示，顶点缓存优化操作的输入数据是由实体模型转换得到的网格模型，经过优化流程后，得到经过缓存优化的三角网格模型，进行编码压缩后，即可得到最终的数据模型：

Step1：建立网格顶点和三角形的邻接关系，初始化顶点优先值；

Step2：选择任意顶点作为Fanning顶点；

Step3：输出Fanning顶点相邻未输出三角形，将这些三角形的顶点作为下一次选择的candidate，更新顶点缓存中的内容，更新这些顶点的优先值；

Step4：对candidate中的顶点进行启发式搜索，首先判断三角形环输出后该顶点是否还在顶点缓存中，若多个顶点满足条件，则对这些顶点的三角形环优先值进行计算，选择优先值高的顶点作为下一次的Fanning顶点，若candidate中的顶点都不满足条件，那么就对顶点缓存中的其余顶点进行同样的搜索操作，若依然没有找到Fanning顶点，则说明顶点缓存中的包含这些顶点的三角形都已输出完毕，因此，重新任意选择一个顶点作为下一次的Fanning顶点；

Step5：当己输出三角形的数量小于模型总的三角形数量时，转Step3：否则，算法结束。

算法中邻接关系的建立过程并不需要记录边的信息，该步骤的时间消耗与网格的三角形数量成正比，三角形输出过程中，每个顶点最多为一次Fanning点，每个三角形最多被访问三次，而缓存更新操作只与缓存大小s相关，因此该操作过程消耗常数时间，三角形环优先值计算消耗的时间与模型平均的度有关，对于一个普通的模型而言，其为一个不大的常数，因此该步骤的时间消耗是一个常量，总的来看，算法时间复杂度保持在O(t)，后面的实验结果将会对这一点进行证明；

实验使用的测试平台为IntelCorei32.13GHzCPU，2.0GBRAM，实验中设定系数k₁＝0.3， k₁＝0.9，k₁＝0.3，对比顶点缓存优化算法为三角形扇法(FanSort)和通用绘制序列构造算法 (Bog)，三角形扇法和算法都设置顶点缓存大小为32，选择这两种算法进行对比的原因是，三角形扇法速度快、优化效果好，且算法是针对其难以适应不同容量缓存问题而进行改进的，而通用绘制序列构造算法则在任意容量的顶点缓存中都能获得良好的顶点命中率；

其中模型a是一个齿轮模型，三角面片数量为13884，模型b为建模软件生成的球体，三角面片数量为20480，模型c和d都来自于斯坦福大学三维扫描数据库，其中模型c的三角面片数量为49954，模型d三角面片数量为69451，模型e为一个电机模型，三角面片数量为91948，模型f为汽车后桥中的一个板状零件，三角面片数量为180311；

从表2的数据看到，FanSort拥有最快的处理速度，算法处理时间与模型的三角形数量成正比，比FanSort消耗时间稍长，主要原因在于算法为了保证对不同容量的顶点缓存有较好的适应性因而需要对三角形环的优先值进行计算，但依然比BoG算法快了许多倍；

表2

在实际绘制中运行于不同缓存容量时的平均顶点失配率变化比较，Fansort算法在现实顶点缓存容量小于理想顶点缓存容量时，ACMR值剧增，而算法和BoG算法在不同缓存容量下缓存失配率稳定，没有出现剧烈变化的情况，只是算法在优化效果上略微比BoG算法差一点；

综上而言，算法有着较快的处理速度和任意缓存容量下较好的顶点缓存命中率，能够提高渲染效能。

实施例3

进度管理模型中，以工程项目管理、运筹学、***学为指导，建立工程进度4D模拟管理体系与进度模拟模型，以管理体系为应用框架，进度管理为驱动，在实现工程进度与时间、人力、物资融合的基础上，更多地开发工程进度管理与BIM可视化之间的可结合点，加强工程施工阶段的过程控制，据此，形成建立BIM三维集成时间、资源的4D数字化进度管理模型；

项目进度管理的基本内容包括项目进度计划编制和项目进度计划控制，项目进度计划编制是指制定在规定时间内合理且经济的进度计划，项目进度计划控制是指在执行进度计划过程中，检查实际进度是否按计划要求进行，若出现偏差，及时找出原因，采取必要的补救措施或调整、修改原计划，直至项目完成；

1)项目进度管理的过程主要包括活动定义、活动排序、活动资源估算、活动时间估算、进度计划编制、进度计划控制等步骤，活动定义一般建立在项目范围确定和工作分解结构的基础上，确定可交付成果所包括的各项具体活动，活动排序需参考项目范围说明、活动清单和属性、里程碑清单，通过前导图、箭线图、条件图等方法完成，最终得到活动间的依赖和制约关系，活动资源估算是在确定工程量的基础上，计算每项活动所需的工时数和台班数，从而得到活动资源需求量；

活动时间估算在活动资源估算和逻辑关系确定的基础上，估算每项活动所需的工期，并进一步确定活动的开始时间和结束时间，在完成上述工作的基础上，可进行项目进度计划的编制，并利用目标计划进行项目进度控制，项目进度管理各过程的工作是在项目团队确定初步计划后进行的，项目进度管理实践中，各项工作间不存在界限，而是相互重迭和影响的，这里对进度管理过程做了明确界定，以便于进行理论分析；

2)活动定义、活动排序、时间估算完成以后，要综合考虑项目资源和其他制约因素，从而确定项目活动的开始结束时间、实施方案和措施，完成整个项目进度计划的编制，项目进度计划的编制，能够合理安排项目的时间，确保项目日标的达成，它是施工过程中项目进度控制的依据，能够为资源调配、时间调配提供依据；

3)项目进度计划编制完成了每项活动的进度安排，然而施工过程中难以预料的问题很多，在计划执行过程中经常会发生偏差，要求项目管理人员及时纠偏，并调整计划，使项目按照合同的要求完成，项目进度计划的控制是指项目进度计划制订完成后，在项目实施过程中，对实施进展情况进行检查、对比、分析、调整，以保证项目进度计划总目标得以实现的活动，项目进度控制是一种循环性的例行活动，主要包括：确定固定的报告期，控制项目的整个执行过程，将实际进程与计划进程相比，如出现项目延误，超出预算或不符合技术规格，必须采取措施使项目回到正常的轨道，如已根据变更修订了计划，则必须建立新的基准计划；

项目进度的动态监测主要包括进度执行的跟踪检查，整理、统计和分析收集的数据，对比实际进度与计划进度三项工作，实际进度与计划进度的对比，可利用甘特图、网络图、 s曲线、进度表格等形式直观反映两者间的差距，通过对比，可发现实际进度比计划进度超前、拖后还是保持一致，项目进度调整的过程包括：分析进度偏差的原因，分析偏差对后续工作的影响，确定影响总工期和后续工作的限制条件，采取相应的进度调整措施，实施调整后的进度计划；

随着项目管理理念的不断深入，进度计划技术得到快速发展，支持项目进度管理，并给项目带来极大效益，目前常用的进度计划技术工具包括甘特图、关键路径法、计划评审技术，进度计划技术的发展大概经历了甘特图、网络计划技术、关键链法三个阶段；

甘特图即横道图，被广泛应用于工期计划和进度安排，在甘特图中，项目活动在左侧纵向排列，显示工作内容，横轴表示进度时间，横棒表示项目活动时间，横道图能够显示每项工作的开始时间、结束时间和持续时间，甘特图具有简单、明了、易读的特点，能较清楚的表达工作任务的活动时差和逻辑关系，可用于WBS的任一层次，时间单位可从年到日甚至到时，甘特图除用于制作进度计划外，还可作为进度控制的工具，将实际进度状况以条形图的形式表示出来，直观的对比实际进度与计划进度间的额偏差，作为进度计划调整的依据，另外，甘特图可用于资源优化，编制资源计划及费用计划，甘特图是目前变电工程最常用的施工进度管理方法；

施工进度管理***应以时间计划为出发点，集成网络计划技术，实现进度、资源的综合管理，它应包括项目范围规划和责任分配、综合计划编制和优化、目标管理、计划反馈及分析和更新、报表与信息发布功能等；

项目范围规划和责任分配，项目范围定义与控制能够使项目参与方对项目应该做什么与不应该做什么达成一致的理解，范围定义能够将可交付成果进一步分解成更小的，且易于管理的工作包；

综合计划编制和优化，项目进度计划编制，应以施工进度计划为主导，相关职能部门制定各自业务计划，从而形成财务资金计划、设计计划、营销计划、采购计划等包括项目管理大部分内容的综合进度计划，项目部或承包单位在建安施工的主导计划编制完成后，可以在进度计划管理专业软件中结合工程进度编制施工作业的质量签证工作计划，设计审核部门也可以制定出相应的图纸需求计划，采购部门可以配套上采购计划，另外，质检部门或人员可以结合采购计划制订质量类文件送审/报验工作计划，承包单位质检部门或人员，还可以根据整个施工计划的安排，配套地编制出质量验评及相关工作计划，***门可以编制现场施工安全环境计划；

目标管理，工程项目目标计划的设立便于项目进度的跟踪与控制，能够将进度绩效与目标计划进行比较，对进度情况进行分析，发现偏差，并及时采取措施纠偏，或进行目标计划的更新，进度管理专业软件应具有目标的建立、维护功能，将现行计划保留成为目标的功能，具备主要目标(进度、资源、费用)与项目计划结合功能，一个项目可以有多个目标项目对比的功能，具有可视化项目组合分析对比功能，具有目标监控值设置、定期监控功能，具有警示提醒功能，便于实施计划例外管理，关键目标信息可逐层汇总功能，在EPS、项目、WBS等不同的层面可关联目标；

计划反馈及分析和更新，分析是控制决策与优化管理的基础，目标与实际反馈是分析的依据，进展分析的内容与深度对不同的管理层有不同的要求，对于工程建设项目需要的进展分析有：责任事项综述，近期的进度安排，工程量完成情况汇总，包括：本期完成、累计完成、计划要求完成、与目标计划的差值以及进度趋势，资源分析，包括：本期数、累计值、计划值、差值、劳动生产率、资源使用情况以及费用情况，由于目标的多样性，作业反馈确认时限的不一样，对于不同类型目标，可采用不同的分析周期控制措施；

报表与信息发布功能，反映计划安排的标准报表，反映实际进度的标准报表，反映计划安排与实际进度对比的标准报表，提供Web发布，将标准报表或图形发布成网页的功能；

项目进度数据的创建是实现基于BIM的进度管理的重要准备工作，Project等项目管理软件，集成了甘特图、网络计划等功能，应用基于GIM标准的电网信息模型承载着变电站大量可用信息，施工进度数据的创建可基于三维数据平台，应用WBS技术分解项目工作结构的基础上，以Project等项目进度管理软件为工具进行；

首先应收集项目的基本信息，然后确定项目的任务细节，在项目文件建立后，可以准备输入任务，输入任务的阶段在项目管理的过程中通常被称为活动定义；

活动定义通常在范围声明和工作分解结构WBS的指导下完成，根据项目的情况，可以先建立WBS，后建立任务列表，也可以同时建立WBS和任务列表，向Project软件中输入任务的方法有多种，可以直接添加所想到的任务，而不考虑是否符合顺序和相关任务组，随后再对其进行调整和组织，可以按顺序从头至尾对项目进行考虑，按顺序输入项目，可以先考虑项目的整个阶段，再添加任务和子任务；

也可以依照里程碑和可交付成果考虑项目要实施哪些工作，把这些工作作为任务输入，这样就建立了任务列表；

在开发出了任务列表，把任务进行了排序，并且建立了任务大纲，可能还定制了工作分解结构WBS编码，下一步就是制定任务进度计划，项目进度计划是完成任务、提交可交付物、通过里程碑，最终按时完成项目目标的路线图，制定准确可行并真实反映项目运作情况的进度计划，需要在软件中输入任务工期，确定任务之间的关系和依赖性，必要时安排个别任务进度以满足特定的时间需求，这样就得到一个真实项目进度计划的大纲，此时可以从软件中得知任务持续时间以及整个项目的持续时间；

项目任务的完成需要资源分配，随着任务的明确和进度计划的排定，必须在项目计划中实际指出资源，通过向项目中添加资源来提高进度计划的精确性，提前了解在己分配时间中是否有资源超负荷分配了过多的工作，依照资源工时跟踪项目的进展情况，跟踪项目中原料的使用、成本和消耗情况，确认所有任务都分配了负责的、可靠的资源，项目计划中有了任务和资源，需要把任务和资源匹配在一起，创建“分配”，人员、设备和材料资源分配给任务后，Project可以创建-个项目进度表，它不仅反映项目日历、任务工期、依赖性和限制性，还可以反映所分配资源的日历和可用性；

在定义了项目范围、安排了任务进度、分配了资源后，项目计划阶段并未结束，通常情况下，我们需要检查结果，以确定项目计划是否满足预期和要求，如果根据计划项目不能按时完成，就必须对项目计划进行调整直至满足预期和要求，在做出调整之后，仍需重新检查项目计划，为任务增加资源可能提前结束时间，但也可能造成成本的增加，如果分配更多的任务给已存在的资源，可能会造成这些资源的过度分配，为节省时间，又节省成本，可能要放弃个别任务、交付物或阶段，依照项目需求作出平衡后，项目计划可进入执行阶段；

请参阅图10所示，分析模型图元是整个3D信息模型的物质基础，所有构配件对象及其属性和操作都定义于此，换言之，模型核心数据都集中于模型图元，模型图元是3D信息模型数据的最终载体，为此要研究3D信息模型的数据结构也就归结为研究模型图元的数据结构；

电网信息模型中，模型图元的数据结构包括基本数据和扩展数据两种；

基本数据包括几何数据、物理数据、功能数据等，此类数据描述了模型构件的自身特征和属性，它是构件本身所固有的，随着时间和环境的变化，基本数据不会发生变化，扩展数据包括技术数据、经济数据、管理数据等等，此类数据多是项目管理过程中所产生的与模型图元关联的信息或资料，它受制于项目特定阶段和特定环境，并不描述模型图元本身特征，具有一定的独立性，电网信息模型能够集成扩展数据使得BIM技术和功能扩展成为可能，将大量的、非直接的、与模型元素相关联的各种数据整合到信息模型中，形成完整的、唯一的电网信息模型，才能大大扩展BIM功能与应用，实现BIM技术价值最大化，将时间数据整合到电网信息模型中，实现基于BIM技术的进度管理亦是如此；

通过对基于BIM技术的三维模型结构分析，可以得出：模型图元扩展数据是电网信息模型功能实现的根本，若使电网信息模型整合其他扩展功能，例如：进度模拟，费用计算等，必须将相应扩展数据整合到模型图元中，4D模型的建立仍使用3D模型的体系结构，两者间的主要区别在于模型图元数据结构的差异，在3D电网信息模型的基础上，将施工计划数据与模型图元的3D几何数据及关联数据进行整合，即可建立4D电网信息模型，实现4D模拟等功能；

应用MVC结构设计的应用程序提供为同一数据库可以显小多个视图的功能围，此结构多用于分布式应用***的设计，能够较好的实现数据层和表小层的分离，基于MVC开发的应用程序分为模型层、视图层和控制层三个模块，三者的分离使得同一模型可以多视图显示，用户通过某视图的控制层更改模型数据，依赖于此模型的其他视图会发生关联变更，只要数据发生变化，控制层会将变化通知所有视图，从而使得显示即时更新，结合***功能需求，基于BIM的4D***可采用MVC模式设计；

请参阅图11所示，***模型层能够实现***中的业务逻辑，通过三维平台解析GIM三维信息模型后，将模型构件空间数据导出至DWF三维模型库，并将模型构件的施工属性数据导出至SQL数据库中，通过类似Project的平台，创建施工进度数据，并存入SQL数据库中，然后，通过模型构件ID号建立三维构件与二维WBS元素的关联，从而实现空间数据与进度数据的集成，***视图层以不同的视图或显示形式将模型信息进行展示，基于 DesignReview展示施工进度，进行施工模拟，利用属性表控件实现构件施工开始时间、结束时间、工程量、材料等具体信息的显示，***控制层处理用户与***的交互操作，使模型和视图协调工作，设置独立的进度控制模块，便于对构件的施工开始和结束时间进行对比控制，基于MVC的***体系结构；

请参阅图12所示，基于BIM的4D***需建立在项目计划编制技术、三维电网信息模型技术的基础之上，综合应用数据库技术和***开发技术实现，对三维平台和Project软件分析后，可以构建基于MVC的***体系结构实现流程；

目前相关技术在进度管理中的应用是孤立的，虽然单独应用某项技术给项目管理带来了很大好处，但远远低于技术间集成应用的效益，BIM及其相关技术的出现为工程项目管理带来极大的价值和便利，尤其是项目全生命周期内信息的创建、共享和传递，能够保证信息的有效沟通，只有将相关信息技术进行集成，并构建基于BIM的进度管理体系，才能消除传统信息创建、管理和共享的弊端，更好实现工程项目进度管理信息化，从而提升项目管理的效率；

请参阅图12所示，***所提供进度信息的及时性、准确性和可获取性不高，无法满足项目参与各方各阶段的信息需求，效率低下，通过工程项目进度管理相关理论及技术的分析，结合BIM技术特点，将其自身优势和衍生功能糅合到进度管理中，构建基于BIM技术平台的进度管理框架体系，尝试弥补传统管理方式的不足，基于BIM的进度管理应用框架体系；

基于BIM的进度管理应用框架体系能够直观显示引入BIM技术后进度管理方法工具的提升和完善，基于BIM的进度管理是在现有进度管理体系中引入BIM技术，意在综合发挥BIM技术和现有进度管理理论与方法的价值，由于BIM技术模型能够承载项目全寿命周期管理中所需的信息，因此BIM技术产生的BIM信息平台及功能有利于项目进度管理的全过程，其效益渗透到进度计划与控制的各环节；

项目应在现有进度管理体系的基础上，以BIM信息平台为核心，建立BIM，WBS网络计划之间的关联，从而综合利用各种方法和工具，改善进度管理流程，增加项目效益；

请参阅图13所示，基于BIM的进度管理体系的核心是BIM信息平台，BIM信息平台可分为信息采集***、信息组织***和信息处理***三大子***，三大子***是递进关系，只有前序***工作完成，后续***的工作才能继续，工程项目信息主要来自于业主、设计方、施工方、材料和设备供应商等项目参与方，包括项目全生命周期中与进度管理相关的全部信息，信息采集***在完成项目信息的采集之后，信息处理***按照行业标准、特定规则和相关需求进行信息的编码、归类、存储和建模等工作，信息处理***可利用***结构化的信息支持工程项目进度管理，提供施工过程模拟、施工方案的分析、动态资源管理和场地管理等功能，BIM信息平台的整体框架。

实施例4

对比模型中，运用分析调研、实验验证等研究方法，通过分析信息采集技术对施工现场信息收集的实时性以及BIM对工程信息的集成性，针对输变电工程在施工方的管理需求及面临的问题，研究现场施工进度数据的收集手段、实时模型的重建方法，提出基于BIM的施工进度控制方法；

在关键链识别了之后，需要对缓冲区的大小进行计算，而缓冲区的大小是以工序的安全时间为基准来设置的，因此，下一步需要确定模型采用的工序安全时间的确定方法；

安全时间的确定方法多种多样，以下两种方法应用较多，各有优劣，两种方法中的参数均可进行调整，以达到适应施工实际情况的目的：

方法一：建立项目施工时期的不确定指标体系，将项目分为四个时段，包括工程项目策划和决策阶段、工程项目准备阶段、工程项目实施阶段、工程项目竣工验收，不同阶段项目的不确定指标数量不同，对进度影响大小不同，将工程项目整个施工时期中不同阶段的不确定性指标，进行综合评估，并通过对指标体系的计算，求出各个施工阶段的不确定性大小，按一定比例从各个施工阶段的工序中抽取安全时间；

方法二：假定完成一个工序所需的时间服从高斯分布或对数正态分布，分配给工序的时间越长，完成的概率越高，如果按95％概率上估计活动的完成，时间就显得特别的长， 95％概率上比50％概率上多出来活动的完成时间常用作项目任务的安全时间；

方法一较方法二更为复杂，需要根据项目特点构建不确定指标体系，实际工程若采用必然会增加更多的管理成本及时间成本，但根据该体系计算出实际项目的不确定性大小，抽取安全时间的方法更为科学，可信度更高，而方法二则较为简单，实际操作较为容易，且基本符合施工实际，但由于各个工序互有不同，相互影响，该种方法也有一定局限性，

由于方法二的简单易用性质，决定选择方法二进行工序安全时间取用的方法，在此基础上，选择符合项目工序持续时间特征的统计分布；

工序持续时间的统计分布，主要可采用正态分布和贝塔分布，而均匀分布、三角分布等则应用较少，这些分布虽然没有正态和贝塔分布普遍，但还是以一定可能性存在；

当采用统计分布进行工期模拟时，不同的分布模拟产生的工期会对结果产生较大影响，因此，各工序应尽量各自选择符合实际的统计分布，将采用MATLAB对工程进度进行模拟分析，分别介绍以上四种统计分布的特点，具体如下：

(1)正态分布，正态分布在理论和现实中都有着非常重要的地位，是分析其他分布的基础，在工序持续时间分布为正态分布的情况下，其均值、中位数、众数三者重合，工序持续时间大于均值或小于均值的概率完全相等，工序延误或提前的概率完全相等；

(2)贝塔分布，一般情况下，贝塔分布是一种具有明确端点的不对称单峰分布，根据其参数α，β值的不同，该分布形态有四种变化：左偏分布，右偏分布，其分布范围处于[0，1]之中，分布的数值较为稳定，适合对工序持续时间进行模拟估计；

(3)均匀分布，也叫矩形分布，它是对称概率分布，在相同长度间隔的分布概率是等可能的，在工序持续时间为均匀分布时，该工序完成的时间在一定范围内时是等可能的，在施工过程中出现的概率较低；

(4)三角分布，三角分布由三个参数决定，分布下限，众数，分布上限，既有离散型分布，也有连续型分布，经常用于商务决策，尤其是计算机模拟领域；

在实际现场施工中，对于工序持续时间的估算往往是十分宽裕的，这是因为在各方施工主体中存在多层上下组织关系，每当上级向下级指派任务时往往会考虑到任务存在的种种不确定性而为任务附加了一定的安全时间，当多层安全时间叠加后，实际给出安全时间便相当可观了，然而，尽管给出如此之多的安全时间，实际施工中大多数工序的持续时间仍然呈现出左偏分布的特点，人们往往在计划时间即将用完才完成这项工作或完成工作后等计划时间用完再上报工序成果，总之，工序中的安全时间大多数是被白白浪费了，根据关键链项目管理的思想，工序时间总会自动膨胀直至占用所有可用时间，时间越充裕，完成一项任务所需的时间就越多，该观点正解释了上述现象；

因此在不考虑人的心理及不良行为因素影响，并对工序安全时间进行削减的情况下，工序持续时间的分布应该是服从右偏分布的，假设将一项工序的总时间记为“1”天，实际施工中该工序执行时完成的时间大致偏向于“0.7～0.9”天，服从贝塔左偏分布，而在不考虑人的因素影响下，工序执行完成时间应偏向于“0.5-0.7”天，服从贝塔右偏分布，根据关键链项目管理的思想，为了消除人的因素的影响，应该去除工序的安全时间，故在进行工序的持续时间模拟时，工序持续时间的统计分布应采用右偏分布，被层层预留的安全时间将会作为缓冲集中处理，然而一项工序完成时间不可能出现“0”时间完成，安全时间再多也难以占据一项工作一半的时间，故应将右偏形态的贝塔分布图形整体向坐标轴右方移动，使得工序平均完成时间大致在“0.5-0.7”天内，且存在一定可能需要超出“1”天的时间才能完成该项工序；

基于上述内容，认为工序持续时间应采用起始值不为零的贝塔右偏分布进行模拟估计，同时，贝塔分布的参数的选择应有所要求其一，要确保贝塔分布为右偏分布，其二，由于工序各有特点，具有不同程度的不确定性，其持续时间的估计也可以通过对贝塔分布参数的选择进行一定区分；

从上文可知，贝塔分布共有四种形态的图形分布，分别是下滑型波形曲线，上升型波形曲线，左偏型曲线，右偏型曲线；

在概率论中，贝塔分布，也称β分布，是指一组定义在区间的连续概率分布，有两个参数α，β>0，其重要性质如以下公式所示，

(1)均值：

(2)方差：

可以看出，上述两式联立为二元二次方程组，拥有无穷组解，已知α，β，可以分别求出均值和方差，已知均值和方差却难以求出α，β的值，通过MATLAB设计模拟，规定α，β的取值范围为0：0.1：10000，由于需要的分布图形为右偏型图形，故规定均值的取值范围为0.3：0.05：0.5，并分别求出其方差值，模拟结果分别存至A11至A51矩阵中，第一列为α值，第二列为β值，第三列为方差值，然后通过A11至A51矩阵的数据便可以根据需要，选择合适的均值与方差，并挑选出相对应的参数组合进行工序持续时间的模拟，同时由于贝塔分布下滑型波形曲线与上升型波形曲线出现的条件不明确，故挑选出的参数组合应通过MATLAB进行模拟，绘出其分布图形，确认为右偏分布的情况下予以应用；

经MATLAB设计模拟可知，下滑型波形曲线与上升型波形曲线在方差较大的情况下才会出现：当均值小于0.5，方差较大时，出现下滑型波形曲线，而方差较小时则会出现右偏型波形曲线，当均值大于0.5，方差较大时，出现上升型波形曲线，而方差较小时则会出现左偏型波形曲线，且方差越大，曲线波动越大，因此可能下滑型波形曲线与上升型波形曲线的波峰出现在曲线波动的范围内，难以看出其偏态，其确切形态不再探究，主要应用方差较小的右偏型贝塔分布，同时，若方差太大也不适宜应用于工序持续时间的模拟，稳定性难以满足实际要求；

根据工程实践易知，一个工序的持续时间越大，该工序的不确定性程度就越大，越容易出现延迟，通过工序持续时间的划分，给出三种参数组合选择，分别对应于工序的不确定程度大小以求贝塔分布更加贴合实际情况，详情见表3；

工序不确定性程度	工序持续时间	(α，β)	均值	方差值
					大	t>80天	(3，3)	0.5	0.0357
中	40天≥t>10天	(2，3)	0.4	0.04
					小	t≤10天.	(1.5，3.5)	0.3	0.035

表3

对应以上三种情况，当对项目网络中的工序分别匹配不同参数的贝塔分布进行模拟时，为避免工序模拟时间过小，不符合实际现场施工，将上述三种参数的贝塔图形右移0.3个单位，同时设置贝塔随机分布数不小于0.15，因此确保每项工序的最小持续时间至少有原持续时间的45％，此种情况下，该工序的完成时间在原持续时间的60％-80％之间，且有一定概率超出原持续时间，较为符合实际情况，且不确定性较大；

综上所述，认为项目中工序皆服从右偏型的贝塔分布且相互独立，其安全时间取用工序95％完工概率下的持续时间与50％完工概率下的持续时间之差，公式如下：

T_k＝[F(x)I_x＝0.95-F(x)I_x＝0.5]×t_k

式中，F(x)为贝塔分布的分布函数，T_k为工序k的安全时间，t_k为工序k的持续时间；

基于BIM的进度计划与控制综合应用BIM，WBS与网络计划等技术，进度计划的编制以BIM模型信息为基础，应用传统进度管理软件界面，进行工作分解结构的建立，工期估算以及工作逻辑关系安排等步骤；

项目进度计划编制之前，首先完成项目的范围管理和工作定义，WBS被认为是目前规划和控制项目工作内容及范围最主要的工具之一，同样，基于BIM的项目进度计划的第一步是建立工作分解结构，一般通过相关软件或***辅助完成；

WBS建立与编码是链接BIM模型构件图元信息与作业进度、资源、费用等信息的关键，从而实现BIM模型信息在进度管理中的直接应用；

项目工作分解结构是把项目目标、任务、工作范围、合同要求按照***原理和要求分解成相互独立、相互影响、相互联系的项目单元，将它们作为项目的计划、实施、控制和信息传递等一系列项目管理工作对象，通过项目管理将所有的项目单元合并成一个工作整体，以达到综合的计划和控制要求，其实质上是项目任务的一种自上而下、层层分解的表达方式，使每项任务都被安排到整个项目结构的适当位置；

WBS是项目管理中编制时间计划的基础，工作分解结构方法利用***思想对项目进行分解，防止项目网络计划的缺项，对分解出的各单元进行工时估计、工期估计、资源分配、建立搭接关系、时间优化，以达到项目的时间计划的最优化管理，在项目实施过程中进行时间控制也是以分解的各单元为基础；

WBS为计算机辅助项目管理创造了条件，计算机应用于项目管理是现代项目管理的一个标志，在项目实施控制过程中，通过WBS编码***收集分类资源、进度信息，保证信息通过统一的和一致的注释方法注释出来，通过由计算机输入各层次工作单元的名称及搭接关系，可以自动生成横道图、网络图、4D模型，在项目实施过程中可以随时查看项目进展状态，由计算机自动生成进度周期性报告；

从创建过程来看，工作分解结构(WBS)是根据树形图将一个功能实体(项目)先分解为子项目，再逐级分解成若干个相对独立的工作单元，并确定每个工作单元的任务及其从属的工作(或称之为活动)，以便更有效地组织项目的进行；

基于BIM的进度管理体系中，WBS编制通过计算机实现，对于明显的、项目所必须的工作，可以直接利用BIM模型中的信息，查看模型或者导出明细表确定；

对于具有一定隐蔽性的工作，要以经验为基础，或参考先前项目实践，列出完整的项目所必需的工作，通过计算机软件***，完成WBS元素的输入与编码，并构建项目作业与BIM模型构件的联系；

基于BIM的进度***，可以添加数量不限的WBS里程碑，这些里程碑也可用于计算挣值，里程碑在WBS层级分配，每个里程碑都指定了权重，用以指示其对项目进度的重要性，当将某个WBS里程碑标记为已完成时，模块将使用其权重来计算WBS层级所包含的所有作业的完成百分比，将完成百分比应用于该WBS层级下的所有作业，然后汇总到该WBS，例如，如果某个WBS特定层级包含10项作业，并且给其中的5项作业输入了实际完成日期，还给该WBS层级分配了4个权重相同的WBS里程碑，但只有其中的一个标记为已完成，模块将使用已完成的WBS里程碑来计算WBS层级的完成百分比，即25％，即使WBS层级所包含的作业已经完成了50％；

如果某个WBS元素一共有4个加权里程碑，所有里程碑的权重值都为1.0，则将其中一个标记为“已完成”就意味着该WBS元素已完成了25％，如果该里程碑的权重为9.0，而其他3个的权重都为1.0，则将该里程碑标记为“已完成”就意味着该WBS元素已完成了75％，模块使用以下公式可根据加权里程碑计算完成百分比：已完成里程碑的实际权重/ 所有里程碑的总权重，将上述公式应用于以上示例中，则已完成里程碑的权重为9.0，除以所有里程碑的总权重12.0，结果为75％的完成百分比；

WBS挣值基于BIM的***能够为特定WBS元素定义挣值设置，从而实现WBS挣值分析，挣值是一种根据项目费用与进度来度量项目执行情况的方法，该方法将工作的预算费用与实际费用进行比较，挣值分析通常用于wBS元素，也可以对作业或作业组进行挣值分析；

使用工作分解结构的挣值功能，可指定计算选定WBS元素的挣值设置，“挣值”费用指自项目数据日期开始以来已实际完成的作业的预算总费用，其计算如下所示：挣值＝完成时预算×执行完成百分比，完成百分比的计算方法取决于给作业的WBS选定的挣值方法；

项目进度计划是完成任务、提交可交付物、通过里程碑，最终按时完成项目目标的路线图，制定项目进度计划与时间管理最相关，制定准确可行并真实反映项目运作情况的进度计划，需要确定作业工期，作业间逻辑关系，并分配资源，估算成本，设定预算；

工作分解结构对项目作业进行定义后，需要逐一估计作业时间，作业时间是指作业持续的时间，估算作业时间是时间计划的核心，工作时间的估算不是简单地依靠数学运算，但还需要根据项目团队的能力以及可以利用的专业人员、设备和资金做调整，作业时间估算，需要考虑影响工期的内外因素，可以结合经验、历史资料、调研、德尔菲法、建模等方式进行；

基于BIM的进度计划，在完成工作分解结构时，实现了WBS编码与模型构件ID号的关联，选定作业即可查看对应模型构件的基本数据信息，因此作业时间的估算可以利用模型构件的几何、功能等数据，通过工程量信息的取得，结合具体计算方法完成，通过***数据库中，其他项目模型经验和历史信息参考，完成作业工期估算；

基于BIM的进度***可以来查看与编辑选定作业的详细进度信息，包括计划开始与完成日期、实际开始与完成日期、自由浮时、总浮时、限制条件、计划工期与实际工期等，还可以查看与编辑作业的劳动力与非人工单位费用数值、材料费用值，另外，***提供PERT分析帮助工期估算，可以分别设置乐观工期、预期工期和悲观工期，***自动加权平均显示计算工期，对于***中作业详细进度信息的编辑也直接反映到模型图元扩展数据的改变；

当作业工期确定后，创建项目进度计划的下一步是建立作业间的逻辑关系，来指明某项作业是否必须在另一项作业开始或完成后才可开始，分配逻辑关系后，通过项目进度计算得出各项作业的最早与最晚日期；

紧前作业到后续作业的逻辑关系通常有四种：

完成-开始(FS)：只有当紧前作业完成后，后续作业才能开始；

完成-完成(FF)：后续作业的完成取决于紧前作业的完成；

开始-开始(SS)：后续作业的开始取决于紧前作业的开始；

开始-完成(SF)：只有当紧前作业开始时，后续作业才能完成；

在后续作业不能随着紧前作业开始或完成而同时开始或完成的情况下，可以为该关系定义延时，延时是指从一项作业开始或完成到后续作业开始或完成之间的时间数，延时可为正值或负值，例如，具有三天延时的开始-开始关系，表示在紧前作业开始三天后，后续作业才可开始；

基于BIM的进度计划，分配逻辑关系的方法有多种，可以使用作业网络图来直观地显示连接作业的逻辑流程，或使用横道图来根据时间查看逻辑关系，也可以直接选择WBS作业将关系分配到项目的其他作业，在完成逻辑关系的设定后，即完成网络图和横道图的制定，可通过***选择多项作业应用网络计划或横道图进行计划分析，并可查看选定作业的四维动态模拟；

随着项目作业的明确和进度计划的排定，必须在项目计划中实际指出资源，通过向项目中添加资源可以提高进度计划的准确性，依照资源工时跟踪项目的进展情况，跟踪项目中原料的使用、成本和消耗情况，确认所有任务都分配了负责的、可依靠的资源，资源包含执行所有项目作业的人工与非人工资源，例如工程币和设备，通常是按时间计算的，并常分配到其他作业，材料资源，例如供给及其他耗材，则按单价计算，而不按小时计算；

基于BIM的进度管理体系可以添加资源并创建资源分层结构，使其反映组织资源结构，并支持将这些资源分配到作业，可以设定无层级限制的资源分类码，用于资源的分组与汇总，并生成资源报表与概况，进而分析资源分配，调整项目计划，以避免造成资源超额分配、资源使用出现高峰与低谷时期，此外，***可以编制资源计划来集成资源、费用和进度，以便对项目进行有效控制，通过***分配资源并指定其在作业中预期使用的预算数量后，可以在项目进行过程中，使用“作业剖析表”、“资源剖析表”、“作业直方图”、“资源直方图”来跟踪其使用情况；

进度计划初步完成以后，需对计划进行分析，以确认计划本身的合理性，对于高层次计划的分析主要包括：项目计划内容的是否全面，作业是否为WBS最小级别的详细划分、是否便于计划的控制：主要资源、费用分配，作业工期，施工工序逻辑关系，施工工序限制条件，施工工序时差，主要工序交接点，工作产品及文档是否分配到相应的WBS与作业上等内容，基于BIM的进度管理体系提供了网络优化、进度目标对比分析、挣值分析、4D 模拟分析等功能，各种分析结果对合理确定项目控制目标具有很大作用；

请参阅图14所示，进度计划工期分析，首先应审核重大里程碑的一致性，确保总目标是否与合同规定日期一致，其次找出关键线路，并分析关键线路上工作持续时间是否可以接受，另外，在综合考虑制约条件下，开工里程碑日期与完工里程碑日期是否符合项目要求，通过多方制定完成的分级计划，分析检查汇总后的计划与原计划间工作工期是否存在较大偏差，项目参与方应相互沟通，并达成一致；

请参阅图15和图16所示，基于BIM的进度管理***提供WBS工作列表视图、横道视图、网络视图、4D视图来进行作业工期和逻辑关系的合理性分析，通过横道视图或网络视图，可以方便找出关键线路与关键工作，并以不同颜色显示，如果需要调整关键线路与关键工作，可直接在视图中进行修改和编辑，另外，通过4D视图，可直接对工作进行模拟仿真，能够更形象的展示工作进展，发现工作间逻辑关系的合理性与否；

若为时间约束性项目，完成时间应该绝对优先于其他因素，但仍需平衡预算约束并满足项目范围，如果要提前项目的完成时间，首先要对进度计划本身进行检查，确认所有事先设定的进度控制因素的精确性和必要性，在作业列表或甘特图中，审查并更新日期约束、工期、作业依赖性及作业日历，为了影响结束时间，只需对关键作业进行调整，可缩短关键路径作业序列，使另外一个作业序列变成当前的关键路径，并保证该路径在目标完成时间前结束；

资源的使用是项目中最重要的限制，在资源分配到工作后，需要检查工作量和工作资源配置，保证所有资源能够较好利用并分配到合适的作业，避免出现分配不足或者过度分配的现象，当资源分配不足时，资源没有直接执行项目工作时，导致不能按时完工，质量下降，成本增加，当资源过度分配时，资源需要持续不断的过度工作，工时超出可用时间，将为工时支付更多的费用；

在工作开始之前，可以查看进度计划并分析资源分配，发现分配不足或过度分配现象，做出必要的调整，以最大化资源贡献，降低资源分配带来的风险，审查的目的是最大化工作负荷，可以减少资源成本的浪费，也可以最充分利用关键资源，基于BIM的进度管理***提供资源分配分析功能，通过查看资源工作表中选定资源的详细信息，核对资源以确定能否通过修改可用性来反映项目对资源的真实需求情况，可以通过调整项目范围，增加或减少WBS工作项，平衡资源负荷，可以使用限量延迟某资源的开始，或通过调整工期，拆分或延迟工作直到资源有时间执行，还可以通过调整预算费用，投入更多的资金增加资源，在具有相同的技能和可用性前提下，可以把分配不足的资源添加到工作中来减少或替代过度分配资源，资源分配分析；

通过对施工现场各方位布置摄像机，可采集施工现场实时进度信息，集成用于生成实时模型的图像，将这些图片用于进度管理，需处理以下问题，一是对施工现场的已建建筑进行三维重建形成实时模型，然后将重建模型与计划模型进行对比，最后计算出进度统计信息，三维重建需要如下流程：

1)图像配准是摄像机从施工现场各个方位拍摄了大量照片，选取在一个时间点从不同角度拍摄的图片，形成一个组，对这个组的图片进行特征点匹配，所谓特征点是能够反映场景初始结构的点，特征点的检测可使用SIFT特征检测器，特征检测器通常被称为角点检测器，但它们并不是仅选择角点，而是选择在所有方向上以预定比例具有大梯度的任何图像位置，使用SIFT特征检测器，是因为它具有很好的不变性，可以缩放比例，视域和照明变换，并且在计算机视觉领域具有广泛的应用，SIFT译为比例不变特征变换，它可以将图像数据转换为相对于局部特征的比例不变的坐标，SIFT图像特征点形成的步骤如下：

1、尺度空间极值检测，搜索所有尺度和图像位置，通过使用高斯微分函数来识别潜在的对于尺度和旋转的兴趣点；

2、关键点定位，在每个候选的位置上，都需要通过一个拟合精细的模型来确定位置和尺度，关键点要根据关键点的稳定性来选择；

3、方向的确定，根据图像局部的梯度方向，将一个或多个方向分配给每个关键点的位置，所有后面对图像数据的操作都是相对于每个特征的方向、尺度和位置的变换，从而为这些变换提供了不变性；

4、关键点描述，在每个关键点周围的邻域内，以选定的尺度来测量图像局部的梯度，这些梯度被变换成一种表示形式，这种表示形式允许比较大的局部形状的变化和照明变化；

通过SIFT对特征点的获取，会形成大量特征，这些特征会在整个尺度和位置范围内密集地覆盖图像，通常情况下，特征点获取的数目取决于图像的内容和各种参数的选择，但是有个典型尺寸，即500*500像素的图像将产生约2000个稳定的特征点，而要在杂乱的背景中检测出小物体，则至少需要从每个物体中正确匹配3个特征，以进行可靠的识别。

2)特征点检测到之后，开始图像匹配和识别，方法如下：首先，从一组参考图像中提取SIFT特征点并将其存储在数据库中，通过将新图像中的每个特征点分别与以前的数据库进行比较，然后根据特征向量的欧几里得距离找到候选匹配特征，进而匹配新图形；

在采集来的图片数据集上检测到特征点后，需要对这些特征点进行匹配，匹配方法是 SIFT描述符，在以检测出的关键点为中心的像素窗口上捕获强度梯度，然后，将这些像素分类为4*4的采样窗口，其中每个采样窗口和强度梯度直方图都存储在8个基本方向上，那么描述符就成为4*4*8-128个维度的特征向量，SIFT描述符通过计算两个相匹配的强度梯度直方图的距离函数来匹配特征点，特征点匹配通过使用最近邻域匹配法，如果特征的数量足够大，可以使用KD树匹配方案来代替为了最大限度地减少计算量，还可采用ANN优先级搜索算法；

匹配特征时会出现错误匹配，为了消除错误，采取比率测试法，具体方式如下：对图像i中的特征描述符，可在图像j中找到两个最近的邻域，他们的距离分别为d1和d2，如果d1/d2<0.6，则是我们要找的匹配项，如果图像i中的多个特征与图像j中的同一个特征匹配，由于其中一个是错误匹配项，那么将删除这些错误匹配项；

由于重建算法对错误匹配的敏感性，需进一步完善除错方法，即一旦在图像对中检测到匹配特征，就使用RAXSAC稳健地估计该图像对的基本矩阵，基本矩阵强制要求相应的特征在视点转换下必须一致，即：P，'FP，-0(P，和P，是点坐标，而F是基本矩阵)，在我们的模型中，在RANSAC的每次迭代中，使用八点算法计算基本矩阵，然后对该问题进行归一化以提高对噪声的鲁棒性；

将RNASAC离群值阈值设置为最大图像尺寸的0.6％，即图像最大宽度或高度的0.006 倍(对于2144*1424的二维图像尺寸，大约为12和9的像素)，通过对基础矩阵的八个参数运行LevenberMarquardt算法，可以精炼RANSAC返回的基础矩阵，通过使用上述建议的阈值可实现移除错误匹配的目的；

如果图像对中的匹配项较少，即使通过RANSAC迭代拟合了基础矩阵后，仍然存在很高的错误匹配率，因此，设置一个匹配项为20的阈值，如果图像对的匹配项小于阈值，则该匹配项没有参考价值，予以删除，在找到所有图像对之间的一致匹配之后，将这些匹配组织到轨道中，轨道将配的关键点跨多个图像连接起来，用于下一阶段的三维重建，在下一阶段的三维重建过程中，至少跟踪两个关键点。

3)SFM译为运动结构，旨在重建未知的3D场景结构，并根据图像之间的一组特征对应关系来估计未知摄像机的位置和方向，束调整是从大量稀疏图像中获得强大3D重建的关键工具，它在图像分辨率、时间、焦距可变性和照明度变化方面都很可靠；

首先，估计一个图像对的外部参数和固有参数，由于束调整容易陷入不良的局部极小值，因此，许多研究人员建议初始图像跟相机参数应该选择良好，且SPM初始图像对不仅应具有大量匹配项，而且还应具有较大的基线，以便可以可靠地重建初始的竣工场景，用单应性变换很难描述的图像对满足此条件，2D图像单应性是一种投影变换，它将点从一个平面映射到另一个平面，使用RANSAC查找所有图像对之间的单应性，其离群阈值为图像宽度和高度最大值的0.4％，并存储与估计单应性呈离群的特征匹配百分比；

选择初始图像对，使其与已恢复的单应性图像的像素百分比最低，这样的图像对至少匹配100个，通过使用Niste的五点算法估算这对相机的外部参数，然后对图像对中可见的轨迹进行三角测量，对此初始对进行两帧束调整后，向优化中添加另一个摄像机，选择检查被估计的轨迹最大数量的摄像机，而后使用直接线性变换(DLT)技术来初始化新的摄像机外部参数，对于此RANSAC步骤，使用图像宽度或高度最大值的离群阈值0.4％，对于新相机的焦距以及固有相机矩阵的估算，可使用EXIF-JPEG图像的可交换图像文件格式标签的焦距进行初始化；

从这组初始参数开始，在模型保持不变的情况下，运行束调整算法，只允许新摄像机和它观测到的关键点发生改变，最后，将新摄像机观察到的点添加到优化算法中，当至少有一个现有的己被恢复的摄像机观测到该关键点时，则对该关键点进行三角剖分，三角剖分之后，便能够很好地估计出摄像机的位置，通过考虑所有可以用来三角剖分该关键点的射线对并找到具有最大分离角的射线对来对条件进行估计，如果这个最大分离角大于阈值，则对该点进行三角剖分，一旦新的关键点被添加，就运行另一次全局束调整以重建新的场景，最后，通过稀疏束平差库使解的误差最小，对所有摄像机都执行此过程，直到没有摄像机可以观察到更多可靠的重建3D的点为止，这样，就实现了施工现场模型的重建；

4)通过进度管理***生成的进度模型有三种表示方式，一种是在传统BIM平台中，在计划模型上以色差显示竣工模型的方式或者以计划模型的方式显示竣工模型，另一种是将虚拟的模型叠加于施工现场，同样以颜色区分对进度加以区分，管理者可非常直观地看到施工进度，第三种是以已建成建筑的真实外观来展示工程进度，下面介绍具体实现过程；

将重建的模型与计划模型对齐以确定每个摄像机的绝对地理坐标，绝对坐标通过对图像的平移、旋转和统一比例转换进行估计，估计的方法使用单元四元数的绝对取向的封闭形式解，进而可以将重建的模型注册到计划的模型中，将计划模型注册为已建成的场景，通过将实时重建的稀疏3D点集注册到计划3D模型的控制点集中，以最大程度地减少重建点集与模型之间的残差平方和，对齐之后，由摄像机重建的模型就会叠加在现场正在建设的场地上，这样，在以模型反映进度的角度来说：

第一种方式就是，管理者在检查的这一天就可以看到计划模型的虚拟3D图像叠加在施工现场建筑工程相应的位置，如果在检查这一天的进度计划全部完成，就会全部显示为深绿色，如果哪一项进度计划在检查那一天在建而未完成，那么，这一部分就显示浅绿色，如果哪一项工作在检查这一天，在进度计划上还没有开始，那么，这部分就会显示为红色；

第二种方式是建筑的真实外观展示，BIM进度管理***可将计划模型以现实世界中的外观进行展示，形成这样的效果需要个数据：是一组关键点，其中每个关键点都包含一个 3D位置和一种从关键点所在的所有现场图像中平均出来的颜色组成，二是一组摄像机，同时已知外部参数(平移和旋转)和固有参数(焦距以及高度和宽度方向的失真)，三是每个关键点和所有观察关键点的摄像机之间的映射，通过映射可存储获取关键点的摄像机的列表、该点在图像局部坐标中的位置以及SIFT关键点索引，这些数据在***存储的同时，摄像机会被渲染成视锥，通过在重建的场景中访问摄像机，摄像机视锥就会被纹理映射成分辨率图像，在将计划模型与重建的场景配准后，计划模型就把重建的稀疏场景覆盖起来，并将覆盖的重建稀疏图像以计划模型的图像进行展示，这样，呈现在管理者面前的就是已建成建筑的真实样子；

第三种方式是传统BIM进度管理的三维展示方式，即在BIM平台上，以在计划模型上显示色差的方式来体现进度。

无论计划制定的如何详细，都不可能预见到全部的可能性，项目计划实施中仍然会产生偏差，跟踪项目进展，控制项目变化是实施阶段的主要任务，基于BIM的进度计划结束后，进入项目实施阶段，实施阶段主要包括跟踪、分析和控制三项内容，跟踪作业进度，实际了解分配的资源何时完成任务，检查原始计划与项目实际进展之间的偏差，并预测潜在的问题：采取必要的纠偏行动，保证项目在完成期限和预算的约束下稳步向前发展；

进度计划阶段，在基于BIM的进度管理***下，综合应用WBS、横道图、网络计划、BIM等多种技术，完成进度安排，分配资源并预算费用，在实施阶段，可以使用基于BIM 的进度管理***提供的进度曲线、甘特图、4D模拟等功能进行项目进度的跟踪与控制；

经过分析并调整后的项目计划，实现了范围、进度和成本间的平衡，可以作为目标计划，项目作业均定义了最早开始时间、最晚开始时间等进度信息，所以***可提供多个目标计划，以利于进度分析，项目目标计划并不能一成不变，伴随项目进展，需要发生变化，在跟踪项目进度一定时间后，目标进度与实际进度间偏差会逐渐加大，此时原始目标计划将失去价值，需要对目标计划作出重新计算和调整，在***中输入相应进度信息后，项目计划会自动计算并调整，形成新的目标计划；

基于BIM的进度管理***提供目标计划的创建与更新，还可将目标计划分配到每项工作，更新目标计划时，可以选择更新所有作业，或利用过滤器来更新符合过滤条件的作业，还可以指定要更新的数据类型，对目标计划做出更新后，***会自动进行项目进度计算，并平衡资源分配，确保资源需求不超过资源可用量，平衡过程中，***将所有己计算作业的资源需求作为平衡过程中的最大可用量，在作业工期内，如果可用资源太少，则该作业将延迟，选择要平衡的资源，并添加平衡优先级后，可以指定在发生冲突的情况下将优先平衡的项目或作业，另外，对资源信息进行更改后，需要根据BIM模型提供的工程量重新计算费用，以便得到正确的作业费用值；

在项目计划创建后，需要继续跟踪项目进展，基于BIM的进度管理***提供项目表格、甘特图、网络图、进度曲线、四维模型、资源曲线与直方图等多种跟踪视图，项目表格以表格形式显示项目数据，项目横道图以水平“横道图”格式显示项目数据，项目横道图/ 直方图以栏位和“横道图”格式显示项目信息，以剖析表或直方图格式显示时间分摊项目数据，四维视图以三维模型的形式动态显示建筑物建造过程，资源分析视图以栏位和“横道图”格式显示资源/项目使用信息，以剖析表或直方图格式显示时间分摊资源分配数据；

所有跟踪视图都可用于检查项目，首先进行综合的检查，然后根据工作分解结构、阶段、特定WBS数据元素来进行更详细的检查，还可以使用过滤与分组等功能，以自定义要包含在跟踪视图中的信息的格式与层次；

在项目实施阶段，需要向***中定期输入作业实际开始时间、形象进度完成百分比、实际完成时间、计算实际工期、实际消耗资源数量等进度信息，有时还需要调整工作分解结构，删除或添加作业，调整作业间逻辑关系，项目进展过程中，更新进度很重要，实际工期可能与原定估算工期不同，工作一开始作业顺序就可能更改，此外，还可能需要添加新作业和删除不必要的作业，定期更新进度并将其与目标计划进度进行比较，可以确保有效利用资源，参照预算监控项目费用，及时获得实际工期和费用，以便在必要时实施应变计划；

实施阶段，在维护目标计划，更新进度信息的同时，需要不断的跟踪项目进展，对比计划与实际进度，分析进度信息，发现偏差和问题，通过采取相应的控制措施，解决已发生问题，并预防潜在问题，基于BIM的进度管理体系从不同层次提供多种分析方法，实现项目进展全方位分析，实施阶段需要审查进度情况，资源分配情况和成本费用情况，使项目发展与计划趋于一致，

①进度情况分析进度情况分析主要包括里程碑控制点影响分析、关键路径分析以及计划与实际进度的对比分析，通过查看里程碑计划以及关键路径，并结合作业实际完成时间，可以查看并预测项目进度是否按照计划时间完成，关键路径分析，可以利用***中横道视图或者网络视图进行；

请参阅图17所示，关于计划进度与时间进度的对比一般综合利用横道图对比、进度曲线对比、模型对比完成，***可同时显示三种视图，实现计划进度与实际进度间对比；

请参阅图18所示，可以设置视图的颜色实现计划进度与实际进度的对比，另外，通过项目计划进度模型、实际进度模型、现场状况间的对比，可以清晰的看到建筑物的成长过程，发现建造过程中的进度情况和其他问题；

②资源情况分析项目进展中，资源情况的分析主要是在审查工时差异的基础上，查看资源是否存在分配过度或分配不足的情况，基于BIM的进度管理体系，可通过***中提供资源剖析表、资源直方图或资源曲线进行资源分配情况分析，资源视图可结合甘特图跟踪视图显示资源在选定时间段中的分配状况和使用状况，并及时发现资源分配问题，资源分配；

③费用情况分析大多数项目，特别是预算约束性项目，实施阶段中预算费用情况的分析必不可少，如果实际进展信息表明项目可能超出预算，需要对项目计划作出调整，基于 BIM的进度管理***，可利用费用剖析表、直方图、费用控制报表来监控支出。

在***中输入作业实际信息后，***自动利用计划值、实际费用，计算挣值来评估当前成本和进度绩效，长期跟踪这些值，还可以查看项目的过去支出与进度趋势，以及未来费用预测，挣值分析；

在***中输入实际进展信息后，通过实际进展与项目计划间的对比分析，可发现较多偏差，并指出项目中存在的潜在问题，为避免偏差带来的问题，项目过程中需要不断的调整目标，并采取合适的措施解决出现的问题，项目时常发生完成时间、总成本或资源分配偏离原有计划轨道现象，需要采取相应措施，使项目发展与计划趋于一致，若项目发生较大变化或严重偏离项目进程，则需重新安排项目进度并确定目标计划，调整资源分配及预算费用，从而实现进度平衡；

项目进度的纠偏可以通过赶工等改变实施工作的持续时间来实现，但通常需要增加工时消耗等资源投入，要利用工期一资源或工期一费用优化来选择工期缩短、资源投入少，费用增加少的方案，另一种途径是改变项目实施工作间的逻辑关系或搭接关系实现，不改变工作的持续时间，只改变工作的开始时间和结束时间，如果这两种途径难以达到工期缩短的目的，而出现工期拖延太严重时，需要重新调整项目进度，更新目标计划；

项目进展中，资源分配的主要纠偏措施为：调整资源可用性，调整分配，如增加资源，替换资源，延迟工作或分配等，拆分工作以平衡工作量，调整项目范围，成本纠偏的主要措施为：重新检查预算费用设置，如资源的每次使用成本，作业的固定成本等，缩短作业工期或调整作业依赖性降低成本，适当添加、删除或替换资源降低成本，缩小项目范围降低成本；

对进度偏差的调整以及目标计划的更新，均需考虑资源、费用等因素，采取合适的组织、管理、技术、经济等措施，这样才能达到多方平衡，实现进度管理的最终目的。

实施例5

请参阅图19所示，本实施例所述基于BIM的项目进度管理***的应用，平台功能设计如下：

(1)实现变电站施工仿真模拟项目管理，支持工程的创建、删除、导入、导出；

(2)支持变电站设计成果GIM格式和建筑成果IFC格式的数据导入；

(3)支持常规三维模型格式的导入，包括：STL、Dgn、Dwg等格式；

(4)支持数据的查询、修改及删除等操作，实现对地形数据的管理及调整，基础地理信息数据包括影像数据、数字高程模型数据、基础矢量数据；

(5)影像数据包括卫星影像、航空影像、扫描地形图等；

(6)数字高程模型数据包括等高线、离散点、栅格数据，其中栅格数据是由等高线或离散点经转换得到的；

(7)基础矢量数据包括行政区划、地名、居民地、交通、水系、植被分布、农林用地等；

支持GIM模型、IFC模型、常规三维模型(stl、dgn、dwg、rvt、3ds、dae)的单个和整体模型的导入，并基于D3Station平台，实现模型的快速解析和可视化展现，并支持模型属性的查看；

支持Dem高层数据、Dom影像数据、倾斜摄影等地形数据的导入，基于D3Station平台，实现地理信息数据的解析和可视化展现，支持基础地理信息数据包括影像数据、数字高程模型数据、基础矢量数据的展示，影像数据包括卫星影像、航空影像、扫描地形图等，数字高程模型数据包括等高线、离散点、栅格数据，其中栅格数据是由等高线或离散点经转换得到的，基础矢量数据包括行政区划、地名、居民地、交通、水系、植被分布、农林用地等，电网专题数据包括风区、覆冰区、污秽区、地震区划、舞动区、雷害区、鸟害区等，输电线路通道数据包括线路通道范围内重要的产业规划区、环保水保、矿产厂区等区域及交叉跨越数据，勘测数据包括测量、水文、气象、地质、物探等专业数据；

模型结构，解析GIM、IFC模型结构，支持模型结构功能面板，查看模型的层级结构，并可根据模型结构进行模型高亮定位，不仅是导入的模型会纳入模型树结构，通过场地布置的模型也将纳入树结构，

模型管理包括：

人物模型：内置丰富种类的人物模型，人物种类包括：设计师、监理、总工程师等，属性包括：人物的高度、人物的动画动作、人物的材质；

车辆模型：内置丰富种类的车辆模型，车辆种类包括：普通汽车、检修车、等，属性包括：车辆的长度、车辆的宽度、车辆的高度、车辆的材质；

植被模型：内置丰富种类的植被模型，植被种类包括：普通树木、乔木类树木、灌木类树木等，属性包括：树木的高度、树木的材质；

土方构件模型：内置基坑、土方等截面信息，属性包括：对应构件的截面尺寸，对应构件的材质，构件通过线状绘制方式进行放置；

建筑构件模型：内置地面、墙面、道路、隔离栏等截面信息属性包括：对应构件的截面尺寸，对应构件的材质，构件通过线状绘制方式进行放置，内置大门、窗户等模型，属性包括：对应模型的尺寸信息、材质信息；

安全防护模型：内置丰富种类的安全防护模型，安全防护模型种类包括：安全警示灯，安全警示牌等，属性包括：安全防护模型的材质；

绿色文明模型：内置丰富种类的绿色文明模型，绿色文明模型的种类包括：LED屏幕，九牌一图等，属性包括：绿色文明模型的材质；

临电设备模型：内置丰富种类的临电设备模型，临电设备模型的种类包括：灯塔、开关箱、电箱、电灯、摄像头等，属性包括：临电设备模型的材质；

机械设备模型：内置丰富种类的施工机械设备模型，机械设备模型包括：吊车、塔吊、电焊机、推土机、压路机等，属性包括：机械设备的高度，长度，宽度，机械设备的材质；

FBX编辑器：实现模型动作的编辑，通过关键帧的添加，将导入的模型以位移、旋转的方式，进行动画制作，能够对所有导入模型进行动画编辑处理，实现模型的动画制作，并在施工仿真模拟过程中进行体现，可对不同种类的模型进行相应动作的动画编辑工作，FBX编辑器是目前实现施工仿真模拟的重要组成部分；

场地布置：提供变电站场地布置区域，可在三维视口中放置各类模型，支持调用并放置模型管理模块中，包括：人物模型、车辆模型、植被模型、土地构件模型、建筑构件模型、安全防护模型、绿色文明模型、临电设备模型、机械设备模型，选择对应模型，填写模型相关参数，快速实现变电站内场地布置模型的放置，模型放置后，模型结构也将快速实现刷新联动。

施工管理人员导入工程计划列表，并随着工程施工填报实际进度时间，实现工程计划、实际统一管理，真实反应实际差异，便于掌控不同人物施工进度情况，构建变电站施工项目树结构，支持变电站项目的整体施工项目的新建、删除、导入、导出、计划进度信息填写、实际进度信息填写，新建支持项目创建以及副子集的创建，删除支持项目删除以及副子集的删除，导入支持常规EXCEL、ACCESS、MPP格式文件的导入，导出支持EXCEL、ACCESS、 MPP格式文件的导出，计划进度信息填写可手动填写或通过导入文件自动填充，实际进度信息填写可手动填写或通过导入文件自动填充；

获取模型结构中的树结构数据，通过分析施工计划和三维模型的对应关系，将施工里程碑计划、一级网络计划、二维网络计划任务建立关联关系，赋予模型时间属性，构件4D 展现基础条件，将模型与项目列表中的各个项目进行绑定，不可重复绑定，支持多个绑定，实现树结构模型与项目计划列表的绑定关系，为施工进度4D模拟提供数据支撑；

通过施工项目树结构列表，联动显示各个项目的时间轴信息，可快速查看每周、月、季度的项目进展，直观的查看计划进度与实际进度的时间轴，并将计划进度时间与实际进度时间存在差异的部分，在时间轴中进行标红显示；

通过计划进度与实际进度信息列表、模型的绑定关系、项目时间轴，生成变电站的整体生长动画，可控制动画的播放、暂停、加速、减速，依据项目整体施工计划的开始时间、结束时间，通过模型生长的方式，动态展现不同阶段下，项目整体建设进度，同时支持单个施工计划进度可视化展现，实现不同维度、颗粒度的动态进度展现，支持同时对计划进度与实际进度模拟的动画展示；

可自定义设备的部件间的安装顺序，获取当前设备模型，通过FBX编辑器，拆解设备模型，利用FBX添加关键帧，将各个部件通过位移、旋转的组合，将设备从头到尾的安装过程和顺序进行仿真模拟，并生成设备安装模拟仿真动画；

实现模型的路径设置，可设置模型位移位置，时间，速度，变电站施工仿真模拟通过调用不同施工车辆模型(运输车辆、吊装车辆等)、设定车辆运行轨迹、通道距离、输出安全间距等参数，模拟不同场景、不同工序下施工车辆进场，校验车辆运输安全间距，优化施工车辆进场时序；

通过FBX编辑器，组合施工机械施工设备与吊装设备，利用添加添加关键帧的方式，将整体模型进行拆分，以各个部件通过位移、旋转的组合，还原设备吊装模拟过程；

硬碰撞校验，实现在设备安装模拟、机械路径模拟、设备吊装模拟、安装工艺模拟过程中，在该模拟状态下变电站模型形态下，检测是否会发生实体间的碰撞，如碰撞则校验不合格，高亮显示模型碰撞的部分；

软碰撞校验，实现实现在设备安装模拟、机械路径模拟、设备吊装模拟、安装工艺模拟过程中，在该模拟状态下变电站模型形态下，通过电气间隙参数距离的设置，检测是两物体间的距离是否满足电气间隙要求，如距离校验不合格，进行提示，并将设备或建筑间的安全值和实际值进行标注；

通过直接导入项目施工进度计划Project文件自动生成工程进度计划，包括计划名称、计划内容、负责人、计划开始时间、计划完成时间等内容，可在此基础对各项施工进度计划内容进行细化，满足施工管理人员实际工作需要，避免在***中重复编制进度计划而增加工作负担；

进度管理模块可编辑各分项工程的人员投入计划，通过接入智慧工地人员闸机中的人员进出场数据，对比实际入场人员和计划入场人员的数量，对人力安排不足的情况进行提示，分析可能对分项工程施工进度的影响，辅助管理人员调整施工人员投入，保障按期完工；

按GIM层级结构与工程进度计划任务进行关联，实现以工程进度的三维模型模拟，实时展示工程建设进度情况，同时通过颜色在三维模型上予以标记延期、正常、未施工项内容，为现场人员进度管理提供辅助决策支持，综合运用无人机、倾斜摄影技术建立真实还原施工现场的实景模型，可作为工程进度管理的过程记录文件，作为建管总结、进度分析的依据，为进度管理提供了基于现场实景的数据支撑手段；

通过BIM施工模拟技术对三维设计模型进行拆解、重组，对施工工艺复杂、施工顺序要求严格的施工项目进行施工模拟，并生成施工模拟动画，提供给施工班组及技术人员进行技术交底，避免了现场文字方案交底晦涩导致工艺流程不清的问题。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述***包括数据模型、进度管理模型以及对比模型；

数据模型结合三维数据模型表达方法与多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法生成，进度管理模型依据数据模型结构的分析，建立实时模型和产生对应的计算模型，对比模型将实时模型与计划模型叠加对比，为施工进度的纠偏与调整提供方案。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述数据模型包括电网三维信息模型，电网三维信息模型通过扫描实体转换为表面模型，具体步骤为：

设扫描前的点为A(XA、YA、ZA)、B(XB、YB、ZB)……K(Xk、Yk、Zk)，扫描向量V(XV、YV、ZV)，对这些点沿着扫描向量V扫面后得到An、Bn……Kn，这些点构成的线面网即为3DGIS的边界模型：

An＝A+V，Bn＝B+V……Kn＝K+V

对于曲线的扫描，选择曲线Curve＝(M1(X1、Y1、Z1)、M2(X2、Y2、Z2)……Mn(Xn、Yn、Zn))改曲线的切向量为Hn＝Xn-Xn-1，Yn-Yn-1，Zn-Zn-1则若有一点为A(XA、YA、ZA，0)扫描过后的点A'，如下公式计算，其中N是曲面法线：

以此类推由实体模型向边界模型实现转换。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述三维数据模型包括实体模型和网格模型，其中，实体模型用于描述部件的几何和拓扑信息，网格模型采用多边形面片构成物体的几何形状。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述多个视点进行遮挡查询以识别装配体中的隐藏件的方法包括以下步骤：

(1)为所需查询的物体生成一个查询对象ID；

(2)开始遮挡查询；

(3)渲染需要进行遮挡查询的物体；

(4)结束遮挡查询；

(5)提取通过遮挡查询的样本数量；

(6)删除查询对象ID，回收资源。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：隐藏件的识别算法中，计算零部件在某个视点处的可见性值为：

其中：λ₁+λ₂+λ₃＝1；

其中，λ₁、λ₂和λ₃为权重，初始设定零件可见率、零件面积贡献率和零件体积贡献率占有同样的权重，即λ₁、λ₂以及λ₃都为1/3；

零件i在所有设置的视点都完成遮挡查询后，得到零件i的最大可见性值，即

定义临界参数F_T(0<F_T<1)，装配体中的某个零部件的F值大于临界参数时，装配体的外部进行观察零部件可见，否则零部件为隐藏件。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：隐藏件的识别算法通过顶点在缓存中的位置以及顶点的度来共同评价顶点的优先值C(v)，而三角形环的优先值C(R)则为环中所有未输出三角形的顶点优先值之和

顶点优先值C(v)可通过以下公式计算：

C(v)＝C_p(v)+C_a(v)

其中，

上述公式中，p表示顶点v在缓存中的位置，s表示缓存空间的大小，a表示顶点v相邻的未输出三角形的数量，k₁、k₂、k₃为系数。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：电网三维信息模型的模型图元数据结构包括基本数据和扩展数据，其中，基本数据包括几何数据、物理数据和功能数据，扩展数据包括技术数据、经济数据和和管理数据。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述实时模型包括工序持续时间的统计分布，统计分布包括正态分布、贝塔分布、均匀分布以及三角分布，正态分布中，工序持续时间的均值、中位数、众数三者重合，工序持续时间大于或小于均值的概率相等，工序延误或提前的概率相等，贝塔分布中，分布范围处于[0，1]之中，贝塔分布的分布公式如下：

(1)均值：

(2)方差：

α，β的取值范围为0：0.1：10000，均值的取值范围为0.3：0.05：0.5，模拟结果分别存至矩阵中，第一列为α值，第二列为β值，第三列为方差值。

9.根据权利要求8所述的基于BIM的项目进度管理***，其特征在于：所述贝塔分布中，安全时间取用工序95％完工概率下的持续时间与50％完工概率下的持续时间之差，公式如下：

T_k＝[F(x)I_x＝0.95-F(x)I_x＝0.5]×t_k

式中，F(x)为贝塔分布的分布函数，T_k为工序k的安全时间，t_k为工序k的持续时间。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于BIM的项目进度管理***的应用，其特征在于：进度管理***应用于变电站施工仿真模拟项目管理，基于D3Station平台，实现模型的解析和可视化展现，并支持查看模型的属性。

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