0 引言

　　建筑业虽然总产值较大，但利润率较低，一直处于能耗高、人工操作失误多、施工管理效率低等状况。基于BIM管理模式探索，可大大提高预制建筑结构的分布式处理和集成效率^[1]。利用BIM技术进行设计，可实现建筑、结构、给排水、电气、通风空调等专业的协同设计。Revit系列软件是为建筑BIM而设计的，可帮助设计者更好地建造和维护^[2]。由于软件功能、图纸标准、图纸会审规程等方面的限制，直接应用BIM技术进行三维设计的方法还未得到推广，这种方法与二维、三维协同设计模式、二维设计完成后的三维验证同时存在。协同设计按时间分类可分为同步协同设计和异步协同设计，按空间可分为集中式协同设计和分布式协同设计。随着BIM软件的开发和BIM标准的实施，数据传输和共享已成为当前设计领域的研究热点^[3]。

　　2002年，BIM技术由Autodesk公司引进我国，经过近20年的发展，我国学者对BIM的研究取得长足进展，在建筑领域逐步应用BIM技术，代替传统二维CAD图纸。张跟柱等^[4]以肥东大剧院项目为技术背景，建立3D参数化BIM模型，从4个角度全面显示整个建筑模型，优化建筑区域分割和建设道路布局。通过BIM5D软件比较及分析计划进度和实际进度偏差，对复杂加固结构进行参数化建模，并利用软件加强复杂节点的结构设计，通过优化设计确定相关结构参数，改善建设效率。郝会杰等^[5]以海淀西戴奥泰家园工程为例，采用BIM软件结合模板规范，解决三维结构模型不够精确、封闭转换层模板数量难以精确测量、复杂外模设计难以精细化等问题。周桂云^[6]以盐城某酒店办公楼模板设计为背景，利用BIM技术对模板进行优化设计。张铎等^[7]利用BIM技术实现设计协作，运用案例研究建立数学模型，优化设计方案，实现科学的设计协同方法，重点解决建筑工程多专业设计协同过程中的实际问题，得出相应解决方案。高翔等^[8]应用BIM技术解决成都露天音乐广场主舞台钢结构工程节点形式复杂、构件类型多样、结构形式独特、施工难度大等问题。

　　1 工程项目进度优化理论

　　1.1 传统工程项目

　　工程项目进度管理内容主要包括施工进度计划和进度计划控制。单元施工进度计划的编制程序如下:收集编制依据→划分工作项目→确定施工顺序→计算工程量→计算劳动量和机械台班数→确定工作项目的持续时间→绘制施工进度计划图→检查和调整施工进度计划→编制正式施工进度计划。传统进度管理存在进度管理取决于管理者的主观经验，多专业间协调困难，传统计划编制工具有局限性，工程量估算精度差，进度管理者沟通不佳，信息共享难度大等问题。

　　我国设计院的工作模式一直是循序渐进的，各专业的工作流程是单向的，这种设计关系很难沟通。信息传递和修改主要停留在纸媒上，当发现设计问题时不能及时进行纠正，从而延误设计效率，增加延误施工进度的风险。

　　多专业设计的协作主要基于个人对专业知识的理解，不能及时发现跨行业问题。传统建筑设计过程中存在项目设计一般是线性的，专业人员间缺乏沟通，设计进度难以控制，设计效率较低，重复设计，设计质量差等弊端。因此，提高各行业在设计和施工阶段的协作能力，从根本上提高工作效率，保证设计质量，具有十分重要的意义。

　　由此可知，以下内容改进显得尤为重要。

　　1)设计团队的建立由于专业发展的差异，参与者界定的范围和深度导致设计过程中角色理解的不同。原则上，这种建筑设计方法与不同的参与者及任务相关，但更需要考虑目标原则，组织结构和个人绩效原则影响组织的选择。

　　2)设计流量的确定详细的流程工作包括以下内容:(1)将BIM层的应用分解为1组流程;(2)明确流程间的相互关系;(3)生成如图1所示的管理流程;(4)在重要的决策点过程中建立决策框架，决策框架不仅可以判断执行结果是否符合要求，还可根据决策改变流程路径。

　　1.2 BIM技术进度优化理论

　　BIM技术是数据工具，主要用于工程设计和施工管理。

　　3D协同设计和建设的特点如下:(1)设计组织和过程变更相比传统设计组织，三维协同设计打破了传统模式的时间顺序，没有传统模式的前后向设计过程，各专业设计师都可直接进行;(2)三维可视化可促进设计师间的深入交流;(3)协同工作和多专业参与在以往设计项目中，三维设计打破线性工作模式下的点对点通信，信息传递效率低，易出错，而三维协同实时模式的建立大大提高工作效率，各专业可以协同工作，实时共享;(4)提供强化项目管理的可能性随着BIM系列标准的实施，对图纸各专业的字体、尺寸、图层等都有具体规定，更加方便项目负责人对三维模型数据库的管理和维护。未来的软件界面开放和快速准确的数据识别，可对项目进行划分和对比分析，为引入分包商提供准确的基础数据，也为项目成本的进一步决策提供可能。项目管理和进度付款管理可进一步细化企业项目管理，包括人力、物力、设备管理，进一步提高项目集约化管理和成本控制水平。

　　图1 传统进度管理流程  

　　BIM施工协作的概念是基于Internet Plus技术，实现远程监控、数据审批和共享，结合虚拟现实3D场景，激发每个施工组织的施工过程，然后调整和优化施工顺序与方法，最终得到相对最优的施工方法。

　　基于云BIM的协同设计平台架构是将相关资源和软件存储到云上，使所有设计人员都可通过访问云进行建筑结构的三维设计，并能在设计过程中及时进行信息沟通^[9]。为实现这些功能，需在云中建立完整的模型和知识库，完善决策信息库和绘图数据库，为整个平台模型的建立提供相应的数据和知识。协同平台的基本功能模块主要为BIM模型的建立、设计者权限管理、任务管理、知识管理、冲突检测与消除及扩展功能分析。BIM模型模块是协同平台的核心模块，所有设计活动都需在该模块上进行。基于BIM模型模块的三维模型，可直接生成相应结果，实现不同模型的合模和操作。不同专业的设计任务由云统一安排，使整个专业模型格式一致，并能进行相互转换。无论是结构建造还是建筑建造，都能相互利用和对比每个元素。每个专业模型建立成功后，可与模具相结合，建立整个建筑模型。在该模型中，可以获取所有相关的专业模型，并从模型中获取信息。云平台可删除或修改图形设计，以便实时调整和修改整个设计，从而减少模型中的错误。

　　我国建筑工程施工信息应用水平较低，在项目实施过程中，易造成信息不对称，基于云BIM平台的工程建设协同平台可有效解决这一问题，并协调施工仿真与设计施工。基于虚拟现实技术实现结构仿真，基于计算机平台三维环境预先模拟施工组织，然后根据模拟过程中存在的问题和冲突，提出优化方案，尽可能减少实际过程中出现的问题。通过施工模拟，设计变更时尽量减少实施过程，以节省施工成本，有效降低预测风险。在施工模拟过程中，由于本阶段设计人员较少，且重大问题在施工前的模拟中已基本得到解决，所以设计中的问题较少。基于BIM的进度管理流程如图2所示。

　　图2 基于BIM的进度管理流程  

　　BIM技术在建筑工程中涉及场地分析、成本估算、设计方案论证、协同设计、结构分析、采光分析、通风分析、节能分析、应急疏散模拟、碰撞检查、施工计划、物料跟踪、数字化建造、工程量统计、竣工模型交付、维护计划、资产管理、空间管理等应用。

　　2 基于BIM的施工进度协同优化研究

　　2.1 工程概况

　　项目总建筑面积为28 619.2m²，建筑高度49.9m，施工效果如图3所示。项目难点是工期紧、基坑深、工地狭窄、技术要求高、结构和装饰复杂、地板高、各专业多、协调困难、可追溯性要求很高。

　　2.2 基于BIM的进度协同优化设计

　　1)建立BIM模型确定建模软件和模型标准后，使用Revit软件建立三维土木工程模型，形成土木工程项目数据库后，为资金引进提供模型，并使用Magi CAD软件进行专业建模和安装优化。

　　图3 项目效果  

　　2)模型集成，冲突检测，虚拟漫游借助Navisworks软件进行碰撞监控和3D虚拟漫游，Fuzor软件用于高精度漫游生产，广联达BIM5D软件用于三维综合集成。

　　3)深化设计优化和调整模型，尤其是优化管道布局，可完全解决原始设计方案中的错误和遗漏。

　　2.3 基于BIM的施工进度协同优化

　　1)制定总体施工计划。

　　2)安排协同优化Navisworks软件用于分析主控计划的合理性，使用GD Lian BIM5D软件导入计划和模型，因此计划和BIM模型相互关联。

　　3)资金投入协调使用BIM模型连接资本计划，并且远程检查资本投资。

　　4)物料间的协调将物料使用计划与实际使用总量与广联达BIM5D软件中的BIM模型相关联，并根据施工流程实时输入物料信息。

　　5)使用BIM方案模拟施工流程(1)将项目进度计划导入BIM模型中，输入实际场地计划，并与相关模型链接成4D模型，分析进度偏差;(2)清单与模型相链接，以形成5D模型;(3)使用BIM可随时分析各阶段的资金和资源变化;(4)通过5D移动终端，实时输入进度照片并进行云同步，可实现远程进度管理。

　　3 结语

　　为进一步提高建筑业的施工效率和施工质量，基于云BIM平台的建筑工程协同设计和协调机制具有重要意义。本文研究基于BIM技术的房屋建设项目施工进度协同优化，实现建设项目全过程的协同管理，以满足协同平台的功能、BIM模型的建立、权限管理、任务管理、知识管理等功能，分析协同设计平台的冲突检测、冲突消除和冲突扩展，构建协同设计平台的功能完整性。通过分析实际工程应用，可以看出协同设计平台和施工协同平台在项目实施过程中的作用，有利于任务分配和各模型的构建，设计模型的建立和施工前的仿真成功解决两者间的矛盾，可保证项目实施顺利完成。

　　1)总结分析传统项目计划管理中的不足，指出BIM技术的应用价值。BIM技术正在提高效率，并使国家建筑业发生重大变化。

　　2)结合实际设计，描述基于BIM的进度协同优化方案实施过程。目前云平台运营框架对工程项目管理中的BIM管理具有现实意义。