基于BIM 4D的综合管廊工程施工进度管理

来源: www.sblunwen.com 作者:vicky 发布时间:2018-09-23 论文字数:49536字
论文编号: sb2018090509354822859 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇工程管理论文,本研究探索基于BIM 4D的施工进度管理在综合管廊工程中的应用,研究成果丰富了BIM 4D施工管理应用的基础理论,同时为建筑企业在BIM 4D实施应用的初步探索阶段提供参
本文是一篇工程管理论文,本研究以BIM 4D技术为基础,针对综合管廊特性开展综合管廊施工进度优化及动态控制研究,具有重要的理论研究意义和实践应用价值。

1  绪论

1.1  研究背景及意义
1.1.1  研究背景
(1)国家政府积极推进综合管廊建设发展
随着我国城市建设的快速发展,综合管廊工程在全国范围内逐渐推广,它不仅可以解决城市建设过程中路面反复开挖、空中线网集中等问题,还可以减少管线事故、提升城市形象,促进城市集约化和转型发展。目前,国家政府正在积极推动国内综合管廊工程的发展。近年来,国务院出台了《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》及《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》,大力推动综合管廊工程的建设,在全国范围内积极部署综合管廊工程建设的试点工作。2015 年 1 月,住房和城乡建设部、财政部等五部门联合发出通知,要求开展地下管线普查工作,并以中央财政为综合管廊试点城市提供专项资金支持。住房和城乡建设部随后也相继颁发了《城市工程管线综合规划规范》以及《城市地下综合管廊工程规划编制指引》等相关综合管廊建设标准,对综合管廊的设计和建设发展起到至关重要的作用。各个城市新区、园区、开发区积极跟进国家发展的步伐,贯彻落实各相关文件,根据道路建设新功能要求,同步建设综合管廊工程,打造经济发展的新动力。 
(2)国家政府大力支持建筑行业信息化发展
建筑业信息化是建筑行业的一项重要发展战略,也是建筑业转变发展方式、提质增效的必然要求,对建筑业绿色发展、提高人民生活品质具有重要意义。其中,BIM 技术作为国家建筑行业信息化发展的重要支撑,已成为当前国家、地方政府、相关部门、各级企业关注的焦点。2014 年 7 月,住房和城乡建设部颁发了《关于建筑业发展和改革的若干意见》,提出推动 BIM 等新兴信息技术在工程建设管理全生命周期中的应用,提高工程建设的综合效益。随后,住房和城乡建设部又相继发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》以及《建筑信息模型应用统一标准》,进一步针对 BIM 技术的应用提出了具体目标和基本要求。同时,2016 年住建部发布的《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》中明确指出,大力推进 BIM、GIS 等信息技术在综合管廊建设中的应用,建立综合管廊集成管理信息系统。由此可见,运用 BIM 技术开展综合管廊建设工作是一项势在必行的选择。
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1.2  国内外研究综述
1.2.1  国外研究综述
(1)BIM 技术的发展
20 世纪 70 年代,
BIM 概念就已被提出。但真正应用始于 2003 年,美国总务管理局(General Services Administration,GSA)推出了 3D-4D-BIM 计划。经过多年探索,BIM技术在国外已相对发展成熟。深入分析国外上 BIM 领域的发展趋势,可以得出:国外 BIM领域的并不局限于某个单一研究方向,各个方向之间的交叉研究较多,研究热点集中在BIM 应用功能、BIM 实施方案、信息数据流转、项目管理问题等几个方面。BIM 技术兴起之初,国外重视 BIM 的实施及信息表达、交付等问题。如:2009 年,英国建筑业 BIM标准委员会(AEC)在 IFC 标准、NBIMS 标准的基础上颁布了英国建筑业 BIM 标准;2010 年,俄亥俄州政府颁布 BIM 协议,日本宣布推行 BIM 技术,韩国颁布 BIM 应用指南。随着 BIM 技术的发展,国外对于可视化、仿真模拟及优化问题在 BIM 实施过程中的应用问题更为关注,同时,基于 BIM 的工程项目管理、施工管理等也成为了重点研究趋势。随着信息技术的普及及全球信息化趋势的加强,BIM 与互联网、云计算、大数据等其他先进信息化技术的集成应用也将成为值得深入研究的领域。
国外诸多学者在 BIM 领域进行了深入探索。Succar B确定了针对 BIM 实施框架的相关概念(领域、阶段、步骤),并建立了知识可视化模型来表示 BIM 在建筑、工程、建设、运营领域的概念及其之间的关系,对行业利益相关者运用 BIM 具有指导意义。Tang PB总结了各国先进的自动建模方法,基于土木工程和计算机科学技术对其算法进行了深入研究,将建模过程分为几何建模、对象识别和对象关系建模三个阶段,并总结了 BIM建模过程中可能存在的问题,在 BIM 建模方面具有一定的研究基础。Vanlande R总结出 5 种 BIM 模型的数据存储及交换方法,并创新性地开发了 Active 3D 协作平台,在 BIM数据储存和交换方面提供了新思路和新方法,解决了 BIM 应用过程中不同阶段、不同软件之间存在的信息壁垒问题。Gu Ning提出需要同时考虑技术工具因素和非技术策略因素来促进 BIM 在建筑行业的发展,并构建“BIM 决策协作框架”集成多学科操作模式,从而达到协同工作的目的。Eastman CM认为 IFC 标准并不能完全实现完整的建筑信息模型之间的互操作性,并定义了特定的程序——信息交付手册(IDM),能够捕获精准的信息并实现交换。Jung Y提出了实际项目的 BIM 应用框架,从三维空间和六个类别来处理 BIM 理论和实践中的变量,为 BIM 领域应用前景评估和驱动因素识别提供了依据。
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2  相关概念、理论及研究框架构建

2.1  综合管廊工程概述
综合管廊工程实施城市各类管线的统一规划、统一设计、统一建设和管理,作为保障城市运行的重要基础设施和“生命线”,对实现人民生活需求、提高城市综合承载力以及提升城市景观形象具有重要的作用。
2.1.1  综合管廊工程的概念
综合管廊,即地下城市管道综合走廊。住房和城乡建设部颁布的《城市综合管廊工程技术规范》中明确综合管廊的概念界定:在城市地下建造一个市政隧道空间,将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体,设有专门的检修口、吊装口和监测系统,实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。综合管廊工程是城市发展需求下产生的一种新兴市政基础设施,能有效解决城市“马路拉链”、“空中蜘蛛网”、交通拥堵等问题,提高城市能源供给,改善城市市容环境,确保城市安全运行。 
综合管廊工程一般建设于车辆通行繁多的城市主要道路,或者建设于城市其他地下工程附属地段。综合管廊工程的结构主要由建筑结构、入廊管线、管廊节点、附属设施四个部分组成,如表 2-1 所示。

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2.2  施工进度管理理论与方法
施工进度管理一般包括施工进度计划编制及优化、施工进度控制三项工作,施工进度计划常用的表达方式有横道图、网络图等,施工进度优化一般综合考虑工期、资源、费用等要素,施工进度控制一般采用动态循环控制原理。
2.2.1  施工进度管理的内涵
施工进度管理是指通过全面分析工程项目的建设目标、各项施工工序内容、工作持续时间和工序逻辑关系,拟定经济合理、具体可行的计划,并将制定的计划作为进度管理目标,据此阶段性地检查、对比施工过程,分析工程实施中是否出现偏差,采取各种有效的组织协调方案和控制措施,确保预定进度目标实现。由此可知,施工进度管理的内涵分为施工进度计划和施工进度控制两个层次。
施工进度计划是依据工程项目总体目标,结合工程的特定环境,通过工程的工作任务分解、作业时间估计和工序逻辑关系建立等一系列步骤,形成符合工程目标要求和实际约束的工程计划排程方案。它是施工现场各项施工活动在时空上的表现,通过提前计划拟定工程项目的开竣工时间、各项工序的施工期限,估计施工现场的人、材、机等资源数量及调配情况以及临时设施、水电供应等需求数量等,主要研究施工的合理期限和在既定的条件下确定工程施工分期和施工程序,在时间安排上使各施工环节协调一致。 
施工进度控制是在施工进度计划的基础上,通过采集实际进度的实施现状,进一步对比分析与进度计划之间的提前或滞后状态。当施工进度出现偏差时,分析偏差产生的原因及对后续工作的影响,然后制定适当的进度调整方案,得到新的进度计划以指导后续施工过程,循环重复以上步骤,直到施工任务全部完成。施工进度控制的主要目的是在施工质量和成本约束下,实现整个工程的进度总体目标。
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3  综合管廊工程 BIM 4D 施工模型构建 ...................... 23
3.1  构建流程与平台选择.......................... 23
3.1.1  模型构建原则 ....................... 23
3.1.2  模型构建流程 .................... 23
4  基于 BIM 4D 与遗传算法的施工进度优化 .................. 39
4.1  施工进度优化的理论分析 ......................... 39
4.1.1  基于 BIM 4D 的进度优化 .................. 39
4.1.2  基于遗传算法的进度优化 ...................... 39
5  基于 BIM 4D 的施工进度动态控制 ........................ 52
5.1  施工进度控制原理及流程 ...................... 52
5.1.1  施工进度控制原理 ..................... 52
5.1.2  施工进度控制流程 .................. 53

6  工程实证—以某综合管廊工程为例

6.1  项目概况及实施方案
选取的某综合管廊工程位于 HZ 市新区,该工程由 HZ 市文化旅游投资集团有限公司投资建设,某大型勘测设计研究院有限公司负责设计,某大型建筑工程局有限公司负责总承包施工。综合管廊工程的 BIM 4D 技术应用涉及到工程项目的不同参与方、不同阶段和不同应用点。
6.1.1  项目概况
某综合管廊工程为 HZ 市新区配套基础设施,主要收容 110kV 和 10kV 电力管线、热力(DN1000)、给水(DN400)、再生水(DN300)和广电、移动、联通等管线,建成后为整区域的开发建设提供基础设施保障。HZ 市新区面积 27.75 平方公里,区内综合管廊规划为“一环四纵”,位于西二环、陈仓路、博望路、翠屏路、康定路等相关地段,总长约33.397Km,如图 6-1 所示。

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7  结论及展望

7.1  结论
施工进度管理是工程项目管理的一项重要内容,笔者重点研究 BIM 4D 技术在综合管廊施工进度管理中的应用。通过对 BIM 技术发展、施工进度管理 BIM 4D 应用的相关文献和资料的梳理,建立将 BIM 4D 引入综合管廊工程施工进度管理中的实施框架。从综合管廊工程 BIM 4D 施工模型构建、施工进度优化、施工进度动态控制三个方面提出基于BIM 4D 的施工进度管理方法和流程,并以某市综合管廊工程为例,分析 BIM 4D 施工进度管理平台搭建方法及其在施工进度管理中的具体应用。结合理论分析和工程实证,得出研究结论如下:
(1)相比传统的施工进度管理方法,基于 BIM 4D 的施工进度管理方法在综合管廊等复杂工程中更具优势。传统方式下存在施工进度计划潜在冲突难以识别、施工进度计划与实际工作脱节、施工信息传递效率低下、实际施工进度跟踪分析困难等诸多问题。通过比较分析传统方式和 BIM 4D 方式下的施工进度管理差异,表明 BIM 4D 施工进度管理在进度管理流程、进度控制方式、资料数据管理等方面均具有明显优势。针对综合管廊的工程特点和实际需求,BIM 4D 技术的应用具有充分必要性和可行性。
(2)综合管廊工程 BIM 4D 施工模型是实施进度管理的基础。BIM 4D 施工模型构建分为三个步骤:BIM 3D 施工模型建立、施工进度计划编制、模型与进度任务链接。根据综合管廊工程施工阶段的要求,确定 BIM 3D 施工模型细度等级为 LOD400,梳理了场地模型、主体结构模型、机电模型及管线模型包含的图元类型和图元信息。建立了 BIM 3D模型中的构件与 WBS 节点、施工资源具有多对多的对应关系,基于三者之间的对应关系进行施工进度计划编制、3D 模型构件与进度任务链接,最终构成 BIM 4D 施工模型。
(3)基于 BIM 4D 与遗传算法的施工进度优化。基于 BIM 4D 的施工进度优化具有可视化、参数化的优点,利用遗传算法的数学模型可以定量地获得进度优化结果。构建遗传算法下的工期-资源优化模型、工期-费用优化模型,并通过梳理 BIM 4D 施工模型与遗传算法数学模型参数之间的直接或间接联系,设计了两者集成应用的实现方法,使进度优化更具动态性和科学性。
参考文献(略)

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