1.2 国内外研究现状
1.2.1 施工进度预测和控制方法研究进展
施工进度预测和控制是工程项目管理研究领域的关键问题，众多研究学者从不同角度提出了各种预测控制方法。
目前，国外研究中，Bubshait和Abdulaziz等［7］提出一种进度视窗法应用于工期延误分析；Bonnal和Pierre等［8］考虑项目工期的不确定性和各工序的资源关系，进行工期确定；Oliveros和Fayek［9］提出了进度计划更新的模糊逻辑分析方法；Liu和Zayed等［10］依据赢得值法原理建立项目收支平衡模型，得出收支平衡动态展示图形，可以显示工程进展情况和估计现金流的风险。Carr和Robert［11］联合研发一种仿真模型MUD（model for uncertainty determination），对工程进度网络不确定性问题进行评价，分析施工单元工作因素影响相同时的概率分布，基于影响因素的敏感性与数据之间的线性关系，对施工单元工作工时估计；Ahuja和Nandakumar［12］开发了一种基于CPM的工期预测模型，通过估计预测因素对工时的不确定影响，估算项目工期；Cho和Gokhale等［13，14］建立了一种进度专家管理系统架构模型，估算2个施工单元工作工时同时增加或者减少的协同概率，推导计算工时间关联系数，基于线性Bayes二元正态分布定理，用观测的实际工作工时预测后续工作工时，但仅提出了调整架构，没有提出工程进度管理中动态变化调整实施的详细方法；Salem和Slomon等［15］提出大型建设工程项目的进度具有随机性和模糊性，分析影响进度的多种因素，基于精益建造（lean construction，LC）施工管理理念，提出了大型建设工程项目进度预测的思想，依据多元线性回归模型与神经网络系统，对大型建设工程项目的施工单元工作工序进度预测分析，使大型工程项目建造过程更加稳定均衡、工作流持续进行；Dayanand和Padman等［16］先后基于建设方和施工方2个不同的角度，构建了项目费用支付时的进度优化模型，并设计了对应的启发式算法，得出项目在收益最大化时的支付进度计划安排；Choi和Realff等［17］提出基于动态规划思想解决施工时资源有限的工期优化问题，同时构建施工单元工作工时的马尔可夫链，对施工进度进行预测和控制；Chen和Griffis等［18］提出了一种基于计算机模拟和优化技术的智能进度系统（ISS），能够帮助项目管理人员根据工程目标和工程约束找到近似最优进度计划，在统一的工程环境中，主要影响因素（进度、成本、人力、设备、材料和空间）视为一个整体，得出进度接近最优结果；Sacks和Radosavljevic等［19］开发KanBIM系统，计算和显示出日工作细项和任务的完成度，实现精益生产规划与复杂的拉动式控制，是一种有效的沟通和可视化的流程；由Sriprasert和Dawood［20］提出精益企业网络信息系统（LEWIS）是一个复杂的整合建筑模型、决策支持系统，执行优化施工组织计划，用一种进化算法实现了4D可视化网络和移动信息管理系统；Kim和Anderson等［21］以提出基于BIM平台的自动化，提取生成施工时间表，包括创建建设任务，计算使用效果、活动持续时间以及适用排序规则，最后输出一个时间表。
国内研究中，李林等［22］应用蒙特卡洛方法模拟确定工期的分布和期望；孟文清等［23］分析了模糊网络进度风险和完工概率，提出了风险因素影响下工作工时概率；邹虎［24］根据实际案例，细致分析了施工进度执行中计划偏差和调整纠偏实施对质量目标造成的影响，其中人为因素即不同方的人的素质因素对质量目标和进度目标都会产生较大的影响；彭慧杰等［25］将提出一种网络时间影响分析法来分析工期拖延问题，建立拖延事件与影响工作关系列表，对多种拖延的搭接事件进行时序化处理（time impact analysis，TIA），深入分析停工和效率降低2种典型拖延模式组合的搭接拖延，明确有关各方的责任范围和大小，并将此拖延事件并入后续进度网络计划中进行综合分析和管理；刘煌明等［26］基于确定的施工进度风险因素大小，使用当量概率与蒙特卡罗仿真模拟编制施工进度计划，并提出编制程序思路；王颖等［27］结合流水进度计划和网络进度计划技术的优点，对施工进度偏差与延迟时距进行了分析，对施工进度进行监测控制；李星梅等［28］确定了关键线路工作完成时间在不同条件下的变化概率，建立了施工进度网络计划基于单因素影响不确定分析的评价模型，提出关键线路工作完成时间的变化概率对施工总工期敏感性大小的评判方法，为施工进度的多因素不确定性分析提供理论基础；刘洪波等［29］将关键链技术引入工程进度优化管理，建立工作工序最佳完成时间工作节点网络计划图，在某一种资源的冲突影响下确定关键链，加强了工程进度的风险管理；高俊涛等［30］分析提出一种以过程模型为主的进度计划技术，在进度计划管理中引入学习曲线理念，真实模拟工程实施中的“返工”现象，使工程进度管理更加科学和有效；王淑云等［31］研究了人、材、机、资金等资源限制下的扩张关键路径法，从而进一步优化施工进度计划安排；胡长明等［32］以冶金建设项目为例，从建设单位角度提出了工程进度控制参数——综合进展率（generalization process index，GPI）及其进展率曲线，以实际累计综合进展率为依据，建立灰色GM预测模型，准确地从多方面综合反映工程进展和进度预测，具有直观性和约束性优点；邬晓光等［33］以桥梁建设项目为例，结合图示评审技术GERT网络与计算机模拟技术，设计了桥梁钻孔桩施工进度计划模拟计算机软件，有效进行进度预测；张晓峰等［34］构建了计划评审技术PERT网络风险仿真系统，并进行了工程实际验证；张建平等［35］开发了4D+施工管理模型系统，将施工进度计划和3D模型等主要要素联结，初步达到了施工进度管理的可视化和形象化；国内广联达、鲁班、PKPM、斯维尔等研发出基于BIM技术的5D进度-成本模型软件，BIM技术和协同平台实现了工程进度和成本的可视化模拟展示，提高了进度和成本管理的效率。
1.2.2 工程可靠性研究趋势
国外研究中，20世纪80年代，苏联学者C.A.乌沙茨基［36］编写的《城市建设组织管理》中，采用统计法对施工流水作业进行模拟，基于正态分布对其可靠度进行了评定；工程实践中表明，在流水施工过程中，基于可靠性的施工工艺和施工组织设计，能够减少工期5%～10%，减少人工消耗10%～30%，减少机械台班15%～20%，同时能够提高整体项目组织决策的可靠性和生产效率；施工计划技术有关的PERT、GERT、VERT等方法，都是基于可靠性理论、概率论方法进行进度分析；如GERT基于随机型解决非限制的一般工作流，概率型的工作流则基于随机变量方法计算可靠性［37-38］；Tang［39］采用图论和布尔函数组合，计算得出了一种网络可靠度预测方法；BDD（binary decision diagram）算法则是用求解网络系统的不交化最小路集来计算系统的可靠度［40-41］。
国内研究中，邓铁军［42-43］对施工可靠性原理的建立进行了探索，分析了施工组织目标系统关系，应用施工可靠性原理，提出了施工成本控制的可靠性分析方法，同时对施工过程的可靠性确定方法及可靠性等级进行了探索，提出了施工方案可靠性结构及其计算方法；陆宁等［44-46］总结了工程质量、进度、成本三大目标管理的研究成果，提出以施工工序为基本单元对工程项目三大目标的可靠性进行预测分析，对大型施工项目管理可靠性综合控制进行了构架研究，对工程建设中复杂网络系统可靠性最优配置进行了研究，对子系统对复杂网络系统可靠度的影响进行了分析研究；史玉芳等［47-48］对矿业工程项目，基于蒙特卡洛模拟法与计划评审技术相结合建立了施工工期可靠性预测模型，提高了计算精度和工程应用价值，同时对工程项目，提出工程项目施工系统可靠性及计算方法，建立了施工系统可靠性计算的金字塔模型，运用不交化最小路集法计算工程项目施工系统的可靠性；刘国贤［49］建立了施工项目管理可靠性控制标准的灰色模型，将复杂的工程网络系统融合至四大控制目标，运用四大目标综合系统构建施工项目管理可靠性控制标准的计算模型，确定了施工项目管理的可靠性控制标准；管昌生等［50-51］对地源热泵地埋管随机热阻及可靠性、考虑参数随机特征的地源热泵换热器可靠性等可靠度的有关问题进行了深入研究。
1.2.3 BIM技术应用研究热点
根据建筑施工的实际需求，实现施工管理的信息化、智能化、可视化已是施工领域中的一个研究热点。BIM（building information modeling）技术是近十年来在CAD技术基础上发展起来的一种多维（三维、四维、五维、n维）模型信息集成技术，可以使建筑物的所有参与方都能够在数字虚拟的真实建筑物模型中操作信息，或在信息中操作模型［52］，从而实现在建筑全生命周期内提高工作效率和质量，减少错误和风险的目标。
BIM技术已经成为国际建筑业的前沿研究领域，引发了工程建设行业的一次彻底变革。美国是较早启动建筑业信息化研究的国家，BIM研究与应用走在世界前列。美国斯坦福大学集成系统工程中心CIFE（Center for Integrated Facility Engineering）McKinney和Fischer等［53］首先提出四维模型设计理论。CIFE集成了计算机3D/4D模型与施工进度管理的对接融合，对施工过程进行虚拟可视化演示，选择任何施工过程模型单元，与施工过程进行连接，设计逻辑关系，实现人工和计算模型联结操作；Autodesk公司于2002年正式提出BIM作为建筑行业运用信息技术的策略，陆续推出基于BIM的解决方案软件，如Revit、Buzzsaw、DWFComposer、Civil3D等；Bechtel公司对施工进度模拟实施进行深入研究，扩展了三维MTM系统，达到建设项目进度计划编制、进度模拟分析等功能；Autodesk、Bentley、Graphisoft等三大公司主要占领了BIM设计应用软件领域。
基于BIM平台的深度开发研究，很少用于现场生产管理。Tulke和Hanff［54］提出基于BIM计算项目进度活动持续时间的模型；Tory和Swindells等［55］研发一个可视化时间表达TASM系统，增强传统的甘特图和网络图的施工进度表达。Akinci和Fischer等［56］开发了产生和加入工作空间和临时设施的3D建筑设计模型，来评价建筑规划中的施工碰撞问题；Sacks和Treckmann等［57］研发了一种使用类似于交通信号界面，报告工程进展信息和状态；Hewage和Ruwanpura等［58］通过显示器屏幕和打印机，部署一个信息展位的方式，与操作工人的信息进行实时交流，减少工人了解设计信息而提高生产效率，这种方法受限制于产品信息并且只提供单向沟通；Zhang和Arditi［59］使用激光扫描技术，完成施工现场进度的自动化输入控制，与施工进度控制系统相连接；Aram和Eastman等［60］基于BIM平台提出混凝土钢筋供应链管理，实现设计和建模，编辑、更新，优化，互操作性等功能；Tulke和Nour等［61］构建了基于BIM平台的施工进度计划持续时间模型系统，以此系统组织安排施工计划。Luthra［62］在BIM技术平台基础上进行制定施工进度计划，架构了AEC+FM集成体系，提出印度建筑公司使用BIM技术平台的集成进度组织安排。
我国BIM技术在进度管理应用方面的研究极少。王青薇［63］基于建设工程进度计划和控制管理，对BIM技术的应用现状进行总结，分析了基于BIM技术平台的进度计划制定和控制的潜在价值，并以某机场为例，提出了基于BIM平台进度管理方法；赵彬等［64-67］论证了基于BIM平台的4D施工模拟在进度管理中的应用；牛博生［68］对将BIM技术应用在施工进度计划和控制中，设计了思路和方法；师征［69］构建了基于BIM的适合我国国情的工程项目管理流程，进行了组织结构设计，并通过实例模拟验证了方法的合理性；何清华等［70］设计了基于BIM平台的进度管理体系，并对系统实施流程进行细化。
国内广联达、鲁班、PKPM、斯维尔等软件公司研发了5D进度-成本模型软件。目前在BIM技术应用中，我国大中型设计企业大多已有专门的BIM技术团队，并有一些BIM设计经验；施工企业中BIM技术应用稍晚于设计企业，但是很多大中型施工企业正在探索BIM技术的实施，取得了一定的成功项目管理案例；在项目的运维阶段，BIM技术大多还处于初步的摸索过程中，很少真正实施，BIM的专项应用不多、集成应用更少。BIM常常体现在三维可视化交底、碰撞检查、深化设计、施工进度模拟、工序模拟、预制加工、工程量计算等，其中基于BIM的碰撞检查、深化设计应用最多，效益明显。施工进度模拟应用主要用于形象进度展示。BIM与施工项目管理结合很少，由于施工项目管理的复杂性，综合应用难度很大，BIM与进度管理、成本管理、合同管理、资料管理等项目现场管理业务的结合应用未见报道。BIM技术在很多方面改变了人们传统的设计、建造和管理应用技术的思维方式，BIM技术的广泛应用必将是未来建筑行业发展的趋势，将BIM技术应用于进度计划与控制体系具有较高的价值。
此外，国内知名高校通过校企合作和优势互补方式，建立BIM创新研究和成果转化的支撑平台，大力开展BIM理论和技术的深层次研究和应用。清华大学研究提出了中国建筑信息模型标准框架（chinese building information modeling standard，CBIMS），开创性地把标准框架设计为面向IT的技术标准和面向用户的实施标准；清华大学与广联达软件股份有限公司共建BIM联合研究中心。同济大学与鲁班咨询公司达成BIM战略合作，共同推动发展BIM技术应用研究。上海交通大学建设了BIM协同研究虚拟实验室，提供AutoCAD、ACA系列、Revit系列协同设计研究平台。华中科技大学也建立了BIM工程中心，开展BIM研究及工程咨询服务，并于2012年率先成功开设全国首个BIM方向在职工程硕士教育，培养高层次、高素质BIM技术人才，满足日益增长的BIM高端应用人才的需求。何关培建立BIM新浪博客，畅谈BIM与信息、BIM与相关技术方法、BIM与应用实施、BIM与职业发展、BIM大讲堂等，对我国BIM技术应用的发展提供了丰富信息，并提出了独到见解。
武汉理工大学的管昌生教授BIM技术研究课题组，注重BIM工程应用和技术理论创新研究，探索BIM技术实施过程中的关键性问题，包括项目目标预测控制方法、BIM集成方法及管理信息系统，BIM二次开发等研究。在多项工程中实施BIM设计模型管理，先后与中国国际工程咨询公司协作对中咨工料测量数据处理技术进行了研究，提出了基于数据库、BIM、云计算、无线网络的建设项目造价咨询和全寿命管理整体解决方案。与中建钢构和中建东北设计院合作，对中建钢构总部大厦BIM信息集成管理系统进行了研究，提出了大厦工程项目专业BIM模型集成技术方案、大厦运营BIM管理系统。
1.2.4 有待进一步研究的问题
目前，国内外有关工程进度预测、工程可靠性、BIM技术的研究范围很广，这些研究对施工进度的科学管理和有效实施提供了理论支持，但是存在着许多问题有待深入研究。
①施工进度预测控制依赖于数学模型和计算机算法，通常由于假设条件简化，忽略了实践网络计划的本质特征，且模型使用繁杂，实践应用效果不尽人意。因此，必须寻找符合工程实际的施工进度预测控制模型。
②由于建筑工程施工的复杂性，很难预测短期工作进展，无法对工程实施过程中的施工进度的不确定性进行量化分析，不能真实反映实际施工过程多因素复杂条件变化，不能满足现代工程精细化管理要求。可见，针对施工过程模拟的可视化、信息化、随机性、控制性问题的研究，对复杂预测工期模型的研究意义重大。
③在BIM 4D/5D平台施工进度控制中，实际进度通常依赖个人经验与关键信息流，缺乏实时有效的进展反馈。尽管已有许多相关的5D施工管理软件，然而，将BIM技术引入施工进度研究，目前为止几乎未见报道。有必要深入研究施工进度预测和控制管理的BIM技术和理论方法。