基于BIM的4D虚拟建造技术在工程项目进度管理中的应用
CONSTRUCTION ECONOMY
2011年第9期（总第347期）
对工程进度进行有效的控制，使其顺利达到预定目标，是业主、监理工程师和承包商进行项目管理的中心任务，同时也是项目实施过程中一项必不可少的重要环节[1]。
但是，由于受复杂因素的影响，工程项目进度管理过程也存在某些问题并在不同项目中重复出现。究其原因，是由于传统管理方法某些局限性所造成的，为此，探索进度管理方法的技术创新显得尤为重要。
1
传统进度管理的问题及局限
1.1
进度管理中普遍存在的问题
在实际工程项目进度管理过程中，虽然有详细的进度计划以及网络图、横道图等技术做支撑，但是“破网”事故还是会经常发生，对整个项目的经济效益产生直接的影响。通过分析，主要有以下原因：1.1.1
建筑设计缺陷带来的进度管理问题
首先，设计阶段的主要工作是完成施工所需图纸的设计，通常一个工程项目的整套图纸少则几十张，多则成百上千张，有时甚至数以万计，图纸所包含的数据庞大，而设计者和审图者的精力有限，存在错误是必然的；其次，项
目各个专业的设计工作是独立完成的，导致各专业的二维图纸所表现的内容在空间上很容易出现碰撞和矛盾。如果上述问题没有提前发现，直到施工阶段才显露出来，势必会对工程项目的进度产生影响。1.1.2
施工进度计划编制不合理造成的进度管理问题
工程项目进度计划的编制很大程度上依赖于项目管理者的经验，虽然有施工合同、进度目标、施工方案等客观条件的支撑，但是项目的唯一性和个人经验的主观性难免会使进度计划存在不合理之处，并且现行的编制方法和工具相对比较抽象，不易对进度计划进行检查，一旦计划出了问题，那么按照计划所进行的施工过程必然也不会顺利。1.1.3
现场人员的素质造成的进度管理问题
随着施工技术的发展和新型施工机械的应用，工程项目施工过程越来越趋于机械化和自动化。但是，保证工程项目顺利完成的主要因素还是人，施工人员的素质是影响项目进度的一个主要方面，施工人员对施工图纸的理解，对施工工艺的熟悉程度和操作技能水平等因素都可能对项目能否按计划顺利完成产生影响。
[摘
要]
进度目标是工程项目建设的三大目标之一。从工程项目进度管理常见问题出发，对传统的进度管理方法和采用基于BIM 的4D 虚拟建造技术的进度管理方法进行比较，在此基础上，论证了采取基于BIM 的4D 虚拟建造技术进行进度管理的优越性及可行性。
[关键词]BIM ；4D 虚拟建造；工程项目；进度管理
Abstract:Schedule is one of the three most important goals of construction project.The paper starts from the fre －quently problems in project schedule management,compares the traditional schedule management approach with the schedule management approach using 4D-virtual construction technology based on BIM.The paper proves the su －periority and feasibility of the schedule management using 4D-virtual construction technology based on BIM.Key words:BIM;4D-virtual construction;construction project;schedule management [中图分类号]F407.9
[文献标识码]B
[文章编号]1002-851X （2011）09-0093-03
[作者简介]赵彬，男，生于1966年，重庆人，副教授，主要研究方向：项目管理信息化、建设管理教育。
基于BIM 的4D 虚拟建造技术
在工程项目进度管理中的应用
■赵
彬，王友群，牛博生
（重庆大学建设管理与房地产学院，重庆400045）
研究探索93
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1.1.4参与方沟通和衔接不畅导致进度管理问题
建设项目往往会消耗大量的财力和物力，如果没有
一个详细的资金、材料使用计划是很难完成的。在项目施
工过程中，由于专业不同，施工方与业主和供货商的信息
沟通不充分、不彻底，业主的资金计划、供货商的材料供应
计划与施工进度不匹配，同样也会造成工期的延误。
1.1.5施工环境影响进度管理问题
工程项目既受当地地质条件、气候特征等自然环境的
影响，又受到交通设施、区域位置、供水供电等社会环境的影
响。项目实施过程中任何不利的环境因素都有可能对项目
进度产生严重影响。因此，必须在项目的开始阶段就充分考
虑到这些环境因素的影响结果，并提出相应的应对措施[2]。
1.2传统进度管理方法
以上问题的产生，一定程度上是传统进度管理方法
本身的局限性造成的。
1.2.1二维CAD设计图形象性差
二维三视图作为一种基本表现手法，将现实中的三
维建筑用二维的平、立、侧三视图表达。特别是CAD技术
的应用，用电脑屏幕、鼠标、键盘代替了画图板、铅笔、直
尺、圆规等手工工具，大大提高了出图效率。
尽管如此，由于二维图纸的表达形式与人们现实中
的习惯维度不同，所以要看懂二维图纸存在一定困难，需
要通过专业的学习和长时间的训练才能读懂图纸。同时，
随着人们对建筑外观美观度的要求越来越高，以及建筑设
计行业自身的发展，异形曲面的应用更加频繁，悉尼歌剧
院、国家大剧院、鸟巢等外形奇特、结构复杂的建筑物越来
越多。即使设计师能够完成图纸，对图纸的认识和理解也
仍有难度。另外，二维CAD设计可视性不强，使设计师无
法有效检查自己的设计成果，很难保证设计质量，并且对
设计师与建造师之间的沟通形成障碍。
1.2.2网络计划抽象，往往难以理解和执行
网络计划图是工程项目进度管理的主要工具，但也
有其缺陷和局限性。首先，网络计划图计算复杂，理解困
难，只适合于内部使用，不利于与外界沟通和交流；其次，
网络计划图表达抽象，不能直观地展示项目的计划进度过
程，也不方便进行项目实际进度的跟踪；再次，网络计划
图要求项目工作分解细致，逻辑关系准确，这些都依赖于
个人的主观经验，实际操作中往往会出现各种问题，很难
完全做到。
1.2.3二维图纸不方便各专业之间的协调沟通
二维图纸由于受可视化程度的限制，使得各专业之
间的工作相对分离。无论是在设计阶段还是在施工阶段，
都很难对工程项目进行整体性表达。各专业单独工作或
许十分顺利，但是在各专业协同时作业往往就会产生碰
撞和矛盾，给整个项目的顺利完成带来困难。
1.2.4传统方法不利于规范化和精细化管理
随着项目管理技术的不断发展，规范化和精细化管理
是形势所趋。但是传统的进度管理方法很大程度上依赖于
项目管理者的经验，很难形成一种标准化和规范化的管理
模式。这种经验化的管理方法受主观因素的影响大，所以，
引进新的管理技术，更新传统的管理方法已势在必行。
2BIM与4D技术的概念、方法与优越性
2.1BIM与4D虚拟建造
BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）
带给建筑业的是一次根本性的变革，它将建筑从业人员从
复杂抽象的图形、表格和文字中解放出来，以形象的三维
模型作为建设项目的信息载体，方便了建设项目各阶段、
各专业以及相关人员之间的沟通和交流，减少了建设项目
因为信息过载或者信息流失而带来的损失，提高了从业者
的工作效率以及整个建筑业的效率[3]。
基于BIM的4D虚拟建造技术是将设计阶段所完成
的3D建筑信息模型附加以时间的维度，构成4D模拟动
画，通过在计算机上建立模型并借助于各种可视化设备对
项目进行虚拟描述[4]。其主要目的是按照工程项目的施工
计划模拟现实的建造过程，在虚拟的环境下发现施工过程
中可能存在的问题和风险，并针对问题对模型和计划进行
调整和修改，进而优化施工计划。即使发生了设计变更、施
工图更改等情况，也可以快速地对进度计划进行自动同步
修改。此外，在项目评标阶段，三维模型和虚拟动画可以使
评标专家形象地了解投标单位对工程施工资源的安排及
主要的施工方法、总体计划等，从而对投标单位的施工经
验和实力做出初步评估[5]。
2.2传统进度管理方法与基于BIM的4D虚拟建造技术在
项目进度管理中的比较
传统方法虽然可以对工程项目前期阶段所制定的进
度计划进行优化，但是由于自身存在着缺陷，所以项目管
理者对进度计划的优化只能停留在一定程度上，即优化不
充分，这就使得进度计划中可能存在某些没有被发现的问
题，当这些问题在项目的施工阶段表现出来时，项目施工
就会相当被动，甚至产生严重影响（见图1）。
基于BIM的4D虚拟建造技术的进度管理通过反复
的施工过程模拟，让那些在施工阶段可能出现的问题在模
拟的环境中提前发生，逐一修改，并提前制定应对措施，使
进度计划和施工方案最优，再用来指导实际的项目施工，
从而保证项目施工的顺利完成（见图2）。
2.3基于BIM的4D虚拟建造技术在进度管理中的优越性
和可行性
2.3.1基于BIM的4D模型包含了完整的建筑数据信息
BIM模型不是一个单一的图形化模型，它包含着从
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构件材质到尺寸数量，以及项目位置和周围环境等完整的建筑信息。通过将建筑模型附加进度计划的虚拟建造，可以间接地生成与施工进度计划相关连的材料和资金供应计划，并在施工阶段开始之前与业主和供货商进行沟通，从而保证施工过程中资金和材料的充分供应，避免因资金和材料的不到位对施工进度产生影响。
三维模型的各个构件附加时间参数就形成了4D 模
拟动画，计算机可以根据所附加的时间参数模拟实际的施工建造过程。通过虚拟建造，可以检查进度计划的时间参数是否合理，即各工作的持续时间是否合理，工作之间的逻辑关系是否准确等，从而对项目的进度计划进行检查和优化。
将修改后的三维建筑模型和优化过的四维虚拟建造动画展示给项目的施工人员，可以让他们直观了解项目的具体情况和整个施工过程，更深层次地理解设计意图和施工方案要求，减少因信息传达错误而给施工过程带
来的不必要的问题，加快施工进度和提高项目建造质量，保证项目决策尽快执行[5]。2.3.2
虚拟建造技术基于立体模型，具有很强的可视性和
操作性
BIM 的设计成果是高仿真的三维模型，设计师可以从自身或业主、承包商、顾客等不同角度进入到建筑物内部，对建筑进行细部检查；可以细化到对某个建筑构件的空间位置、三维尺寸和材质颜色等特征进行精细化的修改，从而提高设计产品的质量，降低因为设计错误对施工进度造成的影响；还可以将三维模型放置在虚拟的周围环境之中，环视整个建筑所在区域，评估环境可能对项目施工进度产生的影响，从而制定应对措施，优化施工方案。2.3.3
基于BIM 的4D 虚拟建造技术更方便工程建设各专
业之间协同作业
BIM 模型也是分专业进行设计的，各专业模型建立完成以后可以进行模型的空间整合，将各专业的模型整合成为一个完整的建筑模型。计算机可以通过碰撞检查等方式检测出各专业模型在空间位置上存在的交叉和碰撞，从而指导设计师进行模型修改。避免因为模型的空间碰撞而影响各专业之间的协同作业，从而影响项目的进度管理。
3结语
从上述分析与工程实践的检验中发现，BIM 技术可以从根本上解决传统项目管理方法的缺陷，在工程进度管理中展示了优越性。尽管BIM 技术在施工领域的应用还处在初期阶段，仍然需要积极探索与实践，但是可以认为，基于BIM 的虚拟建造技术不仅是可行的，而且会对我国
工程项目管理的发展产生积极的影响。蒉
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图1
传统进度管理方法的实施过程
图
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基于BIM 的4D 虚拟建造技术的进度管理实施过程
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