1.2　國內外研究現狀

1.2.1　施工進度預測和控制方法研究進展

施工進度預測和控制是工程項目管理研究領域的關鍵問題，眾多研究學者從不同角度提出了各種預測控制方法。

目前，國外研究中，Bubshait和Abdulaziz等^［7］提出一種進度視窗法應用于工期延誤分析；Bonnal和Pierre等^［8］考慮項目工期的不確定性和各工序的資源關系，進行工期確定；Oliveros和Fayek^［9］提出了進度計劃更新的模糊邏輯分析方法；Liu和Zayed等^［10］依據贏得值法原理建立項目收支平衡模型，得出收支平衡動態展示圖形，可以顯示工程進展情況和估計現金流的風險。Carr和Robert^［11］聯合研發一種仿真模型MUD（model for uncertainty determination），對工程進度網絡不確定性問題進行評價，分析施工單元工作因素影響相同時的概率分布，基于影響因素的敏感性與數據之間的線性關系，對施工單元工作工時估計；Ahuja和Nandakumar^［12］開發了一種基于CPM的工期預測模型，通過估計預測因素對工時的不確定影響，估算項目工期；Cho和Gokhale等^{［13，14］}建立了一種進度專家管理系統架構模型，估算2個施工單元工作工時同時增加或者減少的協同概率，推導計算工時間關聯系數，基于線性Bayes二元正態分布定理，用觀測的實際工作工時預測后續工作工時，但僅提出了調整架構，沒有提出工程進度管理中動態變化調整實施的詳細方法；Salem和Slomon等^［15］提出大型建設工程項目的進度具有隨機性和模糊性，分析影響進度的多種因素，基于精益建造（lean construction，LC）施工管理理念，提出了大型建設工程項目進度預測的思想，依據多元線性回歸模型與神經網絡系統，對大型建設工程項目的施工單元工作工序進度預測分析，使大型工程項目建造過程更加穩定均衡、工作流持續進行；Dayanand和Padman等^［16］先后基于建設方和施工方2個不同的角度，構建了項目費用支付時的進度優化模型，并設計了對應的啟發式算法，得出項目在收益最大化時的支付進度計劃安排；Choi和Realff等^［17］提出基于動態規劃思想解決施工時資源有限的工期優化問題，同時構建施工單元工作工時的馬爾可夫鏈，對施工進度進行預測和控制；Chen和Griffis等^［18］提出了一種基于計算機模擬和優化技術的智能進度系統（ISS），能夠幫助項目管理人員根據工程目標和工程約束找到近似最優進度計劃，在統一的工程環境中，主要影響因素（進度、成本、人力、設備、材料和空間）視為一個整體，得出進度接近最優結果；Sacks和Radosavljevic等^［19］開發KanBIM系統，計算和顯示出日工作細項和任務的完成度，實現精益生產規劃與復雜的拉動式控制，是一種有效的溝通和可視化的流程；由Sriprasert和Dawood^［20］提出精益企業網絡信息系統（LEWIS）是一個復雜的整合建筑模型、決策支持系統，執行優化施工組織計劃，用一種進化算法實現了4D可視化網絡和移動信息管理系統；Kim和Anderson等^［21］以提出基于BIM平臺的自動化，提取生成施工時間表，包括創建建設任務，計算使用效果、活動持續時間以及適用排序規則，最后輸出一個時間表。

國內研究中，李林等^［22］應用蒙特卡洛方法模擬確定工期的分布和期望；孟文清等^［23］分析了模糊網絡進度風險和完工概率，提出了風險因素影響下工作工時概率；鄒虎^［24］根據實際案例，細致分析了施工進度執行中計劃偏差和調整糾偏實施對質量目標造成的影響，其中人為因素即不同方的人的素質因素對質量目標和進度目標都會產生較大的影響；彭慧杰等^［25］將提出一種網絡時間影響分析法來分析工期拖延問題，建立拖延事件與影響工作關系列表，對多種拖延的搭接事件進行時序化處理（time impact analysis，TIA），深入分析停工和效率降低2種典型拖延模式組合的搭接拖延，明確有關各方的責任范圍和大小，并將此拖延事件并入后續進度網絡計劃中進行綜合分析和管理；劉煌明等^［26］基于確定的施工進度風險因素大小，使用當量概率與蒙特卡羅仿真模擬編制施工進度計劃，并提出編制程序思路；王穎等^［27］結合流水進度計劃和網絡進度計劃技術的優點，對施工進度偏差與延遲時距進行了分析，對施工進度進行監測控制；李星梅等^［28］確定了關鍵線路工作完成時間在不同條件下的變化概率，建立了施工進度網絡計劃基于單因素影響不確定分析的評價模型，提出關鍵線路工作完成時間的變化概率對施工總工期敏感性大小的評判方法，為施工進度的多因素不確定性分析提供理論基礎；劉洪波等^［29］將關鍵鏈技術引入工程進度優化管理，建立工作工序最佳完成時間工作節點網絡計劃圖，在某一種資源的沖突影響下確定關鍵鏈，加強了工程進度的風險管理；高俊濤等^［30］分析提出一種以過程模型為主的進度計劃技術，在進度計劃管理中引入學習曲線理念，真實模擬工程實施中的“返工”現象，使工程進度管理更加科學和有效；王淑云等^［31］研究了人、材、機、資金等資源限制下的擴張關鍵路徑法，從而進一步優化施工進度計劃安排；胡長明等^［32］以冶金建設項目為例，從建設單位角度提出了工程進度控制參數——綜合進展率（generalization process index，GPI）及其進展率曲線，以實際累計綜合進展率為依據，建立灰色GM預測模型，準確地從多方面綜合反映工程進展和進度預測，具有直觀性和約束性優點；鄔曉光等^［33］以橋梁建設項目為例，結合圖示評審技術GERT網絡與計算機模擬技術，設計了橋梁鉆孔樁施工進度計劃模擬計算機軟件，有效進行進度預測；張曉峰等^［34］構建了計劃評審技術PERT網絡風險仿真系統，并進行了工程實際驗證；張建平等^［35］開發了4D+施工管理模型系統，將施工進度計劃和3D模型等主要要素聯結，初步達到了施工進度管理的可視化和形象化；國內廣聯達、魯班、PKPM、斯維爾等研發出基于BIM技術的5D進度-成本模型軟件，BIM技術和協同平臺實現了工程進度和成本的可視化模擬展示，提高了進度和成本管理的效率。

1.2.2　工程可靠性研究趨勢

國外研究中，20世紀80年代，蘇聯學者C.A.烏沙茨基^［36］編寫的《城市建設組織管理》中，采用統計法對施工流水作業進行模擬，基于正態分布對其可靠度進行了評定；工程實踐中表明，在流水施工過程中，基于可靠性的施工工藝和施工組織設計，能夠減少工期5%～10%，減少人工消耗10%～30%，減少機械臺班15%～20%，同時能夠提高整體項目組織決策的可靠性和生產效率；施工計劃技術有關的PERT、GERT、VERT等方法，都是基于可靠性理論、概率論方法進行進度分析；如GERT基于隨機型解決非限制的一般工作流，概率型的工作流則基于隨機變量方法計算可靠性^［37-38］；Tang^［39］采用圖論和布爾函數組合，計算得出了一種網絡可靠度預測方法；BDD（binary decision diagram）算法則是用求解網絡系統的不交化最小路集來計算系統的可靠度^［40-41］。

國內研究中，鄧鐵軍^［42-43］對施工可靠性原理的建立進行了探索，分析了施工組織目標系統關系，應用施工可靠性原理，提出了施工成本控制的可靠性分析方法，同時對施工過程的可靠性確定方法及可靠性等級進行了探索，提出了施工方案可靠性結構及其計算方法；陸寧等^［44-46］總結了工程質量、進度、成本三大目標管理的研究成果，提出以施工工序為基本單元對工程項目三大目標的可靠性進行預測分析，對大型施工項目管理可靠性綜合控制進行了構架研究，對工程建設中復雜網絡系統可靠性最優配置進行了研究，對子系統對復雜網絡系統可靠度的影響進行了分析研究；史玉芳等^［47-48］對礦業工程項目，基于蒙特卡洛模擬法與計劃評審技術相結合建立了施工工期可靠性預測模型，提高了計算精度和工程應用價值，同時對工程項目，提出工程項目施工系統可靠性及計算方法，建立了施工系統可靠性計算的金字塔模型，運用不交化最小路集法計算工程項目施工系統的可靠性；劉國賢^［49］建立了施工項目管理可靠性控制標準的灰色模型，將復雜的工程網絡系統融合至四大控制目標，運用四大目標綜合系統構建施工項目管理可靠性控制標準的計算模型，確定了施工項目管理的可靠性控制標準；管昌生等^［50-51］對地源熱泵地埋管隨機熱阻及可靠性、考慮參數隨機特征的地源熱泵換熱器可靠性等可靠度的有關問題進行了深入研究。

1.2.3　BIM技術應用研究熱點

根據建筑施工的實際需求，實現施工管理的信息化、智能化、可視化已是施工領域中的一個研究熱點。BIM（building information modeling）技術是近十年來在CAD技術基礎上發展起來的一種多維（三維、四維、五維、n維）模型信息集成技術，可以使建筑物的所有參與方都能夠在數字虛擬的真實建筑物模型中操作信息，或在信息中操作模型^［52］，從而實現在建筑全生命周期內提高工作效率和質量，減少錯誤和風險的目標。

BIM技術已經成為國際建筑業的前沿研究領域，引發了工程建設行業的一次徹底變革。美國是較早啟動建筑業信息化研究的國家，BIM研究與應用走在世界前列。美國斯坦福大學集成系統工程中心CIFE（Center for Integrated Facility Engineering）McKinney和Fischer等^［53］首先提出四維模型設計理論。CIFE集成了計算機3D/4D模型與施工進度管理的對接融合，對施工過程進行虛擬可視化演示，選擇任何施工過程模型單元，與施工過程進行連接，設計邏輯關系，實現人工和計算模型聯結操作；Autodesk公司于2002年正式提出BIM作為建筑行業運用信息技術的策略，陸續推出基于BIM的解決方案軟件，如Revit、Buzzsaw、DWFComposer、Civil3D等；Bechtel公司對施工進度模擬實施進行深入研究，擴展了三維MTM系統，達到建設項目進度計劃編制、進度模擬分析等功能；Autodesk、Bentley、Graphisoft等三大公司主要占領了BIM設計應用軟件領域。

基于BIM平臺的深度開發研究，很少用于現場生產管理。Tulke和Hanff^［54］提出基于BIM計算項目進度活動持續時間的模型；Tory和Swindells等^［55］研發一個可視化時間表達TASM系統，增強傳統的甘特圖和網絡圖的施工進度表達。Akinci和Fischer等^［56］開發了產生和加入工作空間和臨時設施的3D建筑設計模型，來評價建筑規劃中的施工碰撞問題；Sacks和Treckmann等^［57］研發了一種使用類似于交通信號界面，報告工程進展信息和狀態；Hewage和Ruwanpura等^［58］通過顯示器屏幕和打印機，部署一個信息展位的方式，與操作工人的信息進行實時交流，減少工人了解設計信息而提高生產效率，這種方法受限制于產品信息并且只提供單向溝通；Zhang和Arditi^［59］使用激光掃描技術，完成施工現場進度的自動化輸入控制，與施工進度控制系統相連接；Aram和Eastman等^［60］基于BIM平臺提出混凝土鋼筋供應鏈管理，實現設計和建模，編輯、更新，優化，互操作性等功能；Tulke和Nour等^［61］構建了基于BIM平臺的施工進度計劃持續時間模型系統，以此系統組織安排施工計劃。Luthra^［62］在BIM技術平臺基礎上進行制定施工進度計劃，架構了AEC+FM集成體系，提出印度建筑公司使用BIM技術平臺的集成進度組織安排。

我國BIM技術在進度管理應用方面的研究極少。王青薇^［63］基于建設工程進度計劃和控制管理，對BIM技術的應用現狀進行總結，分析了基于BIM技術平臺的進度計劃制定和控制的潛在價值，并以某機場為例，提出了基于BIM平臺進度管理方法；趙彬等^［64-67］論證了基于BIM平臺的4D施工模擬在進度管理中的應用；牛博生^［68］對將BIM技術應用在施工進度計劃和控制中，設計了思路和方法；師征^［69］構建了基于BIM的適合我國國情的工程項目管理流程，進行了組織結構設計，并通過實例模擬驗證了方法的合理性；何清華等^［70］設計了基于BIM平臺的進度管理體系，并對系統實施流程進行細化。

國內廣聯達、魯班、PKPM、斯維爾等軟件公司研發了5D進度-成本模型軟件。目前在BIM技術應用中，我國大中型設計企業大多已有專門的BIM技術團隊，并有一些BIM設計經驗；施工企業中BIM技術應用稍晚于設計企業，但是很多大中型施工企業正在探索BIM技術的實施，取得了一定的成功項目管理案例；在項目的運維階段，BIM技術大多還處于初步的摸索過程中，很少真正實施，BIM的專項應用不多、集成應用更少。BIM常常體現在三維可視化交底、碰撞檢查、深化設計、施工進度模擬、工序模擬、預制加工、工程量計算等，其中基于BIM的碰撞檢查、深化設計應用最多，效益明顯。施工進度模擬應用主要用于形象進度展示。BIM與施工項目管理結合很少，由于施工項目管理的復雜性，綜合應用難度很大，BIM與進度管理、成本管理、合同管理、資料管理等項目現場管理業務的結合應用未見報道。BIM技術在很多方面改變了人們傳統的設計、建造和管理應用技術的思維方式，BIM技術的廣泛應用必將是未來建筑行業發展的趨勢，將BIM技術應用于進度計劃與控制體系具有較高的價值。

此外，國內知名高校通過校企合作和優勢互補方式，建立BIM創新研究和成果轉化的支撐平臺，大力開展BIM理論和技術的深層次研究和應用。清華大學研究提出了中國建筑信息模型標準框架（chinese building information modeling standard，CBIMS），開創性地把標準框架設計為面向IT的技術標準和面向用戶的實施標準；清華大學與廣聯達軟件股份有限公司共建BIM聯合研究中心。同濟大學與魯班咨詢公司達成BIM戰略合作，共同推動發展BIM技術應用研究。上海交通大學建設了BIM協同研究虛擬實驗室，提供AutoCAD、ACA系列、Revit系列協同設計研究平臺。華中科技大學也建立了BIM工程中心，開展BIM研究及工程咨詢服務，并于2012年率先成功開設全國首個BIM方向在職工程碩士教育，培養高層次、高素質BIM技術人才，滿足日益增長的BIM高端應用人才的需求。何關培建立BIM新浪博客，暢談BIM與信息、BIM與相關技術方法、BIM與應用實施、BIM與職業發展、BIM大講堂等，對我國BIM技術應用的發展提供了豐富信息，并提出了獨到見解。

武漢理工大學的管昌生教授BIM技術研究課題組，注重BIM工程應用和技術理論創新研究，探索BIM技術實施過程中的關鍵性問題，包括項目目標預測控制方法、BIM集成方法及管理信息系統，BIM二次開發等研究。在多項工程中實施BIM設計模型管理，先后與中國國際工程咨詢公司協作對中咨工料測量數據處理技術進行了研究，提出了基于數據庫、BIM、云計算、無線網絡的建設項目造價咨詢和全壽命管理整體解決方案。與中建鋼構和中建東北設計院合作，對中建鋼構總部大廈BIM信息集成管理系統進行了研究，提出了大廈工程項目專業BIM模型集成技術方案、大廈運營BIM管理系統。

1.2.4　有待進一步研究的問題

目前，國內外有關工程進度預測、工程可靠性、BIM技術的研究范圍很廣，這些研究對施工進度的科學管理和有效實施提供了理論支持，但是存在著許多問題有待深入研究。

①施工進度預測控制依賴于數學模型和計算機算法，通常由于假設條件簡化，忽略了實踐網絡計劃的本質特征，且模型使用繁雜，實踐應用效果不盡人意。因此，必須尋找符合工程實際的施工進度預測控制模型。

②由于建筑工程施工的復雜性，很難預測短期工作進展，無法對工程實施過程中的施工進度的不確定性進行量化分析，不能真實反映實際施工過程多因素復雜條件變化，不能滿足現代工程精細化管理要求。可見，針對施工過程模擬的可視化、信息化、隨機性、控制性問題的研究，對復雜預測工期模型的研究意義重大。

③在BIM 4D/5D平臺施工進度控制中，實際進度通常依賴個人經驗與關鍵信息流，缺乏實時有效的進展反饋。盡管已有許多相關的5D施工管理軟件，然而，將BIM技術引入施工進度研究，目前為止幾乎未見報道。有必要深入研究施工進度預測和控制管理的BIM技術和理論方法。