本文基于 BIM 5D 施工進(jìn)度與材料管理集成優(yōu)化，提出的結(jié)論和見(jiàn)解如下。（1）綜合分析了基于 BIM 5D 的施工進(jìn)度與材料管理的可行性、應(yīng)用思路及構(gòu)成框架，綜合考慮設(shè)計(jì)階段與施工進(jìn)行階段，建立各項(xiàng)目單位發(fā)生工程變更時(shí)的施工進(jìn)度與材料管理隨之改變的應(yīng)用框架。（2）本文基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法使用 MATLAB 軟件，綜合考慮影響施工進(jìn)度的多種因素，對(duì)某工序施工進(jìn)度時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)大量工程實(shí)踐數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)值更加貼近，消除人為主觀因素帶來(lái)的誤差。

1 緒論

1.1 研究背景和研究意義
1.1.1 研究背景
建筑業(yè)是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，與整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。根據(jù)工業(yè)研究所發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字《中國(guó)智能建筑行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》所示，2015 年中國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值為 18.08 萬(wàn)億元，同比僅增長(zhǎng) 2.3％，2016 年，中國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 19.36 萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng) 7.08％，2017 年，全國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值 21.4 萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng) 10.5％，截至 2018 年，中國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 23.5 萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng) 9.9％，預(yù)計(jì)2019 年中國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值將超過(guò) 25 萬(wàn)億元，未來(lái)五年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為 7.08％，到 2023 年，中國(guó)建筑業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)到約 33.05 萬(wàn)億元，具體如圖 1.1 所示。

由上圖可知，我國(guó)建筑行業(yè)具有較好的發(fā)展前景，但與此同時(shí)建設(shè)項(xiàng)目也正在朝著規(guī)模化，復(fù)雜化和專(zhuān)業(yè)分工精準(zhǔn)化方向發(fā)展。在工程項(xiàng)目管理中，施工進(jìn)度管理在項(xiàng)目管理過(guò)程中的作用和重要性越來(lái)越明顯。物料管理也是項(xiàng)目管理的主要內(nèi)容，作為建筑主體的重要組成部分，建筑材料如果供應(yīng)不及時(shí)便會(huì)影響項(xiàng)目最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為了按時(shí)，保質(zhì)，保量，經(jīng)濟(jì)地提供施工所需的材料，需要進(jìn)行一系列的過(guò)程，例如存儲(chǔ)，運(yùn)輸，分配等，所以必須要有有效的計(jì)劃，組織和管理才行。在工程建設(shè)中，材料供應(yīng)模型主要包括分散和集中兩種類(lèi)型[1-2]，它們與進(jìn)度，成本，質(zhì)量和安全性密切相關(guān)。
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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
本論文主要研究基于 BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度管理和材料管理集成優(yōu)化研究，研究過(guò)程涵蓋到多個(gè)領(lǐng)域，在進(jìn)行文獻(xiàn)查閱時(shí)主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行：（1）施工進(jìn)度管理理論的研究現(xiàn)狀；（2）施工材料管理理論的研究現(xiàn)狀；（3）BIM 技術(shù)在施工進(jìn)度管理和材料管理中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
（1）施工進(jìn)度管理理論的研究現(xiàn)狀
追溯至 2005 年，Salem 和 Slomon 等[4]分析了的大型建設(shè)項(xiàng)目影響施工進(jìn)度的各種因素，并提出了基于精益建設(shè) LC 施工管理概念的多元線性回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度預(yù)測(cè)?；趯?duì)大型建設(shè)項(xiàng)目的施工單位工作過(guò)程的進(jìn)度進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，使大型項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程更加穩(wěn)定、平衡。2006 年，Cho 和 Gokhale 等[5-6]基于線性貝葉斯二元正態(tài)分布定理，通過(guò)設(shè)立進(jìn)度計(jì)算工程管理專(zhuān)家系統(tǒng)的框架，對(duì)不同工程單元的施工持續(xù)時(shí)間是否成比例的概率進(jìn)行了估算，得到基于實(shí)際工作時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)后續(xù)工作時(shí)間的方法，但僅提出了科學(xué)框架，并且未提出在項(xiàng)目計(jì)劃中實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理的詳細(xì)方法。2007 年，Tulke Hanff[7]提出使用 BIM 模型對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行管理的建議，研究 BIM4D 模擬的施工進(jìn)度和工期計(jì)算模型。Liu 和 Zayed 等人[8]在 2009 年基于贏得值法建立了項(xiàng)目余額支付模型，并動(dòng)態(tài)顯示了項(xiàng)目進(jìn)度和現(xiàn)金流風(fēng)險(xiǎn)的模型。2010 年，Sacks 和Radosavljevic 等人[9]開(kāi)發(fā)了 KanBIM 系統(tǒng)，用于計(jì)算和顯示施工細(xì)節(jié)和工作完成情況，并提出精益生產(chǎn)計(jì)劃和復(fù)雜項(xiàng)目的施工進(jìn)度控制。2012 年，Chen 和 Griffis 等[10]提出了一種依據(jù)計(jì)算機(jī)仿真模型和智能優(yōu)化的調(diào)度系統(tǒng)（ISS），它使項(xiàng)目經(jīng)理可以根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)和項(xiàng)目約束找到一個(gè)近似的最佳調(diào)度模型，綜合考慮進(jìn)度、成本、人力、設(shè)備、材料和空間等主要影響因素，使進(jìn)度模型接近最佳結(jié)果。2013 年，Kim 和 Anderson[11]通過(guò)將賦予 BIM 模型時(shí)間信息，自動(dòng)生成各工序施工進(jìn)度表，其中包含施工進(jìn)度的計(jì)劃時(shí)間、工程效率、持續(xù)時(shí)間等，根據(jù)不同工序的時(shí)間安排得到整體工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度表。Vahid Faghihi 等人[12]在 2014 年通過(guò) BIM 賦予三維模型工程信息，自主開(kāi)發(fā)基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)程序，使用該算法可以自動(dòng)生成進(jìn)度表。
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2 相關(guān)理論研究

2.1 BIM 5D 的內(nèi)涵及特征
BIM 5D 技術(shù)是通過(guò)集成其他工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)信息，完成工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、管理等過(guò)程的信息技術(shù)。BIM 5D 是 BIM 技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，將成本管理、施工進(jìn)度管理、材料管理、合同管理、運(yùn)維管理等進(jìn)行集成，具有可視化、可模擬性、可統(tǒng)計(jì)行、可協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)。
2.1.1 BIM 5D 的內(nèi)涵
1975 年，Chunk Eastman 教授最早提出了 BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）的概念。將 BIM 作為開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)豐富的產(chǎn)品模型，提供框架并通過(guò)信息化管理促進(jìn)提升工程項(xiàng)目綜合效益。在此過(guò)程中，施工材料的元素（如墻、門(mén)、窗和梁）在三維數(shù)字模型中表示為對(duì)象。除建模外，還集成了從設(shè)計(jì)到拆除的全生命周期信息，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)、數(shù)字建造等功能。同時(shí)具備建造信息的完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性等特點(diǎn)，BIM 的發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)從 2D 到 nD 的過(guò)程。
BIM 5D 是可用于整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)周期的管理工具。將三維模型構(gòu)建集成時(shí)間與成本信息，通過(guò)其強(qiáng)大的圖形分析及數(shù)據(jù)處理能力，可提供施工進(jìn)度的準(zhǔn)確信息圖像，計(jì)算物資需求量，成本核算等核心功能，通過(guò)將各專(zhuān)業(yè)信息匯總至 BIM 5D 綜合管理平臺(tái)中，可提高溝通和決策效率，幫助項(xiàng)目經(jīng)理數(shù)字化管理施工過(guò)程，提高項(xiàng)目管理效率。
在實(shí)際工程應(yīng)用中，BIM 5D 內(nèi)涵不僅包含模型，同時(shí)提供了各組織協(xié)同管理兩個(gè)層面。一方面，各部門(mén)的工程信息通過(guò) BIM 以參數(shù)化的三維模型進(jìn)行組建、表達(dá)和移交，通過(guò)添加物件幾何信息，時(shí)間進(jìn)度信息，材料屬性，量算信息可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)，可視化信息技術(shù)。另一方面，BIM 5D 可理解為施工項(xiàng)目的管控決策平臺(tái)，它可集成各部門(mén)的項(xiàng)目資料，提供各參與方的信息，提供各項(xiàng)計(jì)算分析功能，供各參與方（設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方）方便協(xié)調(diào)推進(jìn)整體項(xiàng)目，極大提高管理者的管控能力，為管理者提供決策支持。
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2.2 項(xiàng)目進(jìn)度管理理論
2.2.1 施工進(jìn)度管理的內(nèi)涵
施工進(jìn)度管理是使用科學(xué)的方法完成施工項(xiàng)目任務(wù)的時(shí)間維度和工作進(jìn)展的體現(xiàn)。首先總體的對(duì)項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行分析，再全面分析各項(xiàng)施工工序的基本內(nèi)容，通過(guò)對(duì)各分項(xiàng)工作的持續(xù)時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、工序間的邏輯關(guān)系、擬定出可行的施工進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的初步管理。根據(jù)擬定的施工計(jì)劃，合理有序的安排人員、材料、設(shè)備、資金等各類(lèi)施工資源進(jìn)行施工，通過(guò)階段性的與施工計(jì)劃進(jìn)行比對(duì)，分析出在施工過(guò)程中出現(xiàn)差池的因素，通過(guò)有效的控制措施，確保項(xiàng)目整體施工進(jìn)度穩(wěn)步有序的完成。
2.2.2 施工進(jìn)度的內(nèi)容
（1）施工進(jìn)度計(jì)劃的設(shè)計(jì)編制。施工進(jìn)度計(jì)劃的設(shè)計(jì)基于工程項(xiàng)目的總體目標(biāo)，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)施工作業(yè)進(jìn)行任務(wù)分解、作業(yè)時(shí)間的估算、工序之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一處理，形成符合工程項(xiàng)目整體要求的工程施工總體計(jì)劃方案和分項(xiàng)計(jì)劃方案?？偸┕び?jì)劃方案對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行階段性劃分，明確各單項(xiàng)工程的起始時(shí)間，在總施工計(jì)劃方案的基礎(chǔ)上，編制二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)一步對(duì)單項(xiàng)工程進(jìn)行細(xì)致分解。施工進(jìn)度計(jì)劃不僅是時(shí)間表，更是現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)施工活動(dòng)的指導(dǎo)方案，施工經(jīng)理可以依據(jù)此施工計(jì)劃中各項(xiàng)施工工序的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，對(duì)人員、材料、設(shè)備、資金等資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排，使各項(xiàng)工程施工環(huán)節(jié)可以循序漸進(jìn)。甘特圖法是工程領(lǐng)域中常用的施工進(jìn)度編制方法，甘特圖（Ganttchart）又稱(chēng)橫道圖，是將各項(xiàng)工序賦予持續(xù)時(shí)間，通過(guò)橫向的圖表表示出來(lái)，常用于小型工程，表達(dá)直觀，方便施工人員理解。
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3 基于BIM 5D的施工進(jìn)度與材料管理方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ...................... 17
3.1 搭建原則與平臺(tái)選擇.................................. 17
3.1.1 模型的搭建原則................................ 17
3.1.2 軟件平臺(tái)的選擇............................. 17
4 基于BIM 5D的施工進(jìn)度與材料管理優(yōu)化方法 .................... 29
4.1 基于 BIM 5D 設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化方式 ....................... 29
4.1.1 基于 BIM 5D 項(xiàng)目組織設(shè)計(jì)優(yōu)化 .................... 29
4.1.2 基于 BIM 設(shè)計(jì)過(guò)程中的集成優(yōu)化 ........................ 31
5 案例分析....................... 39
5.1 項(xiàng)目概況...................................... 39
5.2 BIM 5D 模型構(gòu)建 ...................... 39

5 案例分析

5.1 項(xiàng)目概況
本項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)凈用地總面積 33333.31 平方米，總建筑面積 88870.63 平方米，其中小區(qū) 1、2 號(hào)樓及配套用房地上建筑面積 20083.41 平方米，建筑工程等級(jí)為二級(jí)；建筑使用性質(zhì)：住宅；設(shè)計(jì)使用年限 50 年；建筑分類(lèi)二類(lèi)；結(jié)構(gòu)類(lèi)型：剪力墻結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)類(lèi)型：抗水底板、樁基；抗震設(shè)防烈度：7 度；結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：剪力墻/二級(jí)，框架/三級(jí)；建筑抗震類(lèi)別：丙類(lèi)；耐火等級(jí)：一級(jí)；防雷級(jí)別：二級(jí)。工程項(xiàng)目的子項(xiàng)目分為五個(gè)部分：區(qū)域開(kāi)挖工程，主體結(jié)構(gòu)工程，砌體工程，裝飾工程，門(mén)窗工程。主體結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目耗時(shí)長(zhǎng)，需要的資源種類(lèi)也多，如物料運(yùn)輸車(chē)道和消防車(chē)道，以及鋼筋加工區(qū)，混凝土攪拌站，物料存儲(chǔ)區(qū)和其他生活設(shè)施等。

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6 結(jié)論和展望

6.1 結(jié)論
本文根據(jù)各種學(xué)者的最近研究?jī)?nèi)容，對(duì)比分析了在建筑工程項(xiàng)目中將施工進(jìn)度管理與材料管理進(jìn)行協(xié)同管理的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題。通過(guò)將施工進(jìn)度管理與材料管理集成在BIM 5D 現(xiàn)代管理技術(shù)中，提出基于 BIM 5D 的施工進(jìn)度與材料管理的現(xiàn)代化建筑項(xiàng)目管理的理論方法，分別分析了在工程項(xiàng)目計(jì)劃階段、實(shí)施階段在動(dòng)態(tài)性和預(yù)測(cè)性的管理內(nèi)容和管理方式。并使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代算法和 MATLAB 對(duì)某工序施工進(jìn)度的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化與預(yù)測(cè)。通過(guò)具體案例分析演示如何將 3D 模型與時(shí)間維度結(jié)合起來(lái)，并通過(guò)把量算信息導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá) BIM5D 的綜合管理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)工程信息的 5D 集成，分析進(jìn)度計(jì)劃與材料管理的協(xié)作過(guò)程，以提供最準(zhǔn)確的材料需求計(jì)劃與施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管理為目標(biāo)，跟蹤施工進(jìn)度以及基于 PDCA 實(shí)時(shí)控制的管理方式，包括材料數(shù)量的需求和進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化等。本文基于 BIM 5D 施工進(jìn)度與材料管理集成優(yōu)化，提出的結(jié)論和見(jiàn)解如下。
（1）綜合分析了基于 BIM 5D 的施工進(jìn)度與材料管理的可行性、應(yīng)用思路及構(gòu)成框架，綜合考慮設(shè)計(jì)階段與施工進(jìn)行階段，建立各項(xiàng)目單位發(fā)生工程變更時(shí)的施工進(jìn)度與材料管理隨之改變的應(yīng)用框架。
（2）本文基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法使用 MATLAB 軟件，綜合考慮影響施工進(jìn)度的多種因素，對(duì)某工序施工進(jìn)度時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)大量工程實(shí)踐數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)值更加貼近，消除人為主觀因素帶來(lái)的誤差。
（3）基于 BIM 軟件族群的兼容性、可視性、模擬性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，為將 BIM應(yīng)用于工程項(xiàng)目領(lǐng)域?qū)こ踢M(jìn)行管控提供了更多的參考方案，本文主要使用其模擬性與可視化、集成性，通過(guò)結(jié)合 PDCA 階梯式管理模式對(duì)施工進(jìn)度與材料供應(yīng)進(jìn)行管控。
（4）通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目證實(shí)，基于 BIM 的協(xié)作集成化管理的進(jìn)展可貫穿整個(gè)工程生命周期。在廣聯(lián)達(dá) BIM5D 軟件中將 3D 模型加時(shí)間維度加成本維度信息集成得到動(dòng)態(tài)材料需求計(jì)劃，通過(guò)過(guò)程分析對(duì)工程實(shí)時(shí)控制進(jìn)行優(yōu)化，推動(dòng) BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域內(nèi)的使用。
參考文獻(xiàn)（略）