一种AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统

摘要

本发明涉及人工智能技术领域，具体涉及一种AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统。该系统包括：BIM信息管理模块获得立体结构工程。通过项目环节获取模块实时获得施工过程中立体结构的项目环节。项目环节施工资源分配模块根据不同施工队的施工人员的理想工作效率对项目环节中的施工区域进行资源分配。实际工作效率获得施工人员的实际工作效率。当发生资源变动风险时，资源变动风险分析模块根据实际工作效率对施工区域的人员重新分配，并计算分配后的风险影响程度，根据风险影响程度调整施工人员人数，直至施工区域整体实际效率满足要求。本发明实现了在IPD模式下针对建筑工程项目风险的动态调整，保证了施工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，具体涉及一种AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统。

背景技术

传统的交付体系包括：DBB(设计-招标-建造)、D&B(设计-施工总承包)、P&C(采购-施工总承包)、EPC(设计-采购-施工总承包)、BOT(建设-运营-移交)。随着经济发展和业主要求的不断提高，工程项目越来越呈现出大型、复杂、综合发展趋势，因此IPD模式得到了广泛的挖掘和利用。

IPD模式是综合项目交付，是一种项目交付方法。将建筑工程项目中的人员、系统、业务结构和实践全部集成到一个流程中。在该流程中，所有参与者将充分发挥自己得智慧和才华，在设计、制造和施工等所有阶段优化项目成效、为业主增加价值、减少浪费并最大限度提高效率。

在IPD模式下，因为将所有涉及到的施工项目都集成到了一个流程中，所以需要合理的分配施工项目的资源。可以使得项目流程能够以一个稳定的进度进行执行。因为资源变动风险会影响整体施工的进度，如果针对施工项目风险没有做出合适的资源调整，将会影响整个IPD模式下的施工效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明提出了一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统，所述系统包括：

BIM信息管理模块，用于将IPD模式下的各个施工项目类别输入至BIM模型中，获得立体结构工程；

项目环节获取模块，用于实时获得施工过程中的所述立体结构工程中的项目环节；

项目环节施工资源分配模块，用于划分所述项目环节对应的施工区域；通过历史数据获得不同施工队的施工人员的理想工作效率；同一所述施工队的施工人员的所述理想工作效率相同；根据所述理想工作效率对所述施工区域分配人数；

实际工作效率获取模块，用于获取施工过程中的所述施工人员的实际效率；判断所述实际效率是否满足效率要求；以满足效率要求的施工人员作为合格人员；以不满足效率要求的所述实际效率对应的施工人员作为消极人员；以与所述消极人员在同一所述施工队的所述合格人员的所述实际效率的平均值作为所述消极人员的实际效率；

资源变动风险分析模块，用于当出现资源变动风险时，根据所述实际效率重新分配所述施工人员；所述资源变动风险包括人员变动和施工区域变动；获取所述资源变动风险影响前后所述施工区域的整体实际效率差值，根据所述效率差值获得所述施工区域的风险影响程度；所述整体实际效率为所述施工区域内施工人员的实际效率平均值；当所述风险影响程度大于预设风险程度阈值时，动态调整所述施工区域内不同所述施工队的所述施工人员人数，直至所述施工区域的整体实际效率满足要求。

进一步地，所述BIM信息管理模块还包括设计图优化模块；

所述设计图优化模块，用于在所述BIM模型中对同一设计方案的多个设计图进行施工模拟，获得对应所述设计图的成本预算和碰撞报告；获取所述设计图对应的所述项目环节的施工特征，根据所述施工特征获得每个所述项目环节的项目环节复杂度；将所述项目环节分为多个子区域；每个所述子区域复杂度都为所述项目环节复杂度的平均值；根据所述子区域复杂度和所述子区域面积计算不同所述设计图对应的所述子区域的子区域匹配度；以所述子区域匹配度的和作为所述设计图之间的设计图匹配度；根据所述设计图匹配度、成本预算差异和碰撞报告差异获得所述设计图之间的设计图融合指标；将所述设计图融合指标大于预设指标阈值的所述设计图融合获得最优设计图和最优BIM模型。

进一步地，所述设计图优化模块根据所述子区域复杂度和所述子区域面积计算不同所述设计图对应的所述子区域的子区域匹配度包括：通过子区域匹配度计算公式获得所述子区域匹配度；所述子区域匹配度计算公式为：

其中，Sim为所述子区域匹配度，S

进一步地，所述设计图优化模块根据所述设计图匹配度、成本预算差异和碰撞报告差异获得设计图融合指标包括：通过设计图融合指标计算公式获得所述设计图融合指标；所述设计图融合指标计算公式为：

其中，F为所述设计图融合指标，O为所述设计图匹配度，mon′为所述成本预算差异，col′为所述碰撞报告差异。

进一步地，所述项目环节施工资源分配模块还包括人员分配模块：

所述人员分配模块，用于通过每个所述施工区域的人员分配占比和施工区域复杂度分配所述施工人员；所述施工区域的所述施工区域复杂度越大所述人员分配占比越大，则分配的所述施工人员越多。

进一步地，所述实际工作效率获取模块还包括实际工作效率判断模块；

所述实际工作效率判断模块，用于根据所述实际效率和工作时间构建直方图；当施工人员的所述实际效率在一个时间段内分布在同一范围，且分布在理想实际工作效率的附近，则认为所述施工人员为合格人员；否则所述施工人员为消极人员。

进一步地，所述资源变动风险分析模块还包括脆弱度分析模块；

所述脆弱度分析模块，用于当所述资源变动风险为所述人员变动风险时，以所述效率差值与所述项目环节发生所述人员变动风险前的整体实际效率之比作为风险效率比；以所述风险效率比和所述施工区域的当前完成进度的乘积作为所述施工区域的脆弱度；以所述脆弱度作为所述风险影响程度。

进一步地，所述资源变动风险分析模块还包括冲突度分析模块；

所述冲突度分析模块，用于当所述资源变动风险为所述施工区域变动风险时，以所述效率差值和所述施工区域面积的比值作为所述施工区域的冲突度；以所述冲突度作为所述风险影响程度。

进一步地，所述资源变动风险分析模块还包括实际工作效率更新模块；

所述实际效率更新模块，用于以所述风险影响程度小于所述风险程度阈值的所述施工区域作为待更新区域；以所述资源变动风险前后所述待更新区域的进度差和人数差的比值作为更新参数；根据所述实际工作效率与所述更新参数的差值作为更新后的所述实际工作效率。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明实施例根据历史数据获得施工人员的理想工作效率进行分配资源，然后通过施工过程中采集到的实际工作效率对发生资源变动风险的施工区域进行调整。通过分析施工区域的风险影响程度，对施工区域做出科学有效的资源调整，保证了整体施工项目进度的推进。

2.本发明实施例根据资源变动风险前后的施工区域整体施工效率差值分析该施工区域的风险影响程度，能够根据施工项目的实际情况合理分析风险影响程度，使分析过程更贴合实际施工过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统框图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于AI与BIM的IPD建筑工程项目风险协同设计管理系统框图，该系统包括：BIM信息管理模块101、项目环节获取模块102、项目环节施工资源分配模块103、实际工作效率获取模块104和资源变动风险分析模块105。

BIM信息管理模块，用于将IPD模式下的各个施工项目类别输入至BIM模型中，获得立体结构工程。BIM模型可以将施工工程可视化，将IPD模式下参与的各方施工项目类别都经过BIM模型进行分析，可以在立项、设计和施工各阶段能够信息共享，风险共担，在风险最小的情况下，所有涉及到的施工项目类别效率最大化，成本最低化。

在一个施工工程中，各个施工项目类别可以分为立体结构工程和平行结构工程，每个立体结构工程是由多个项目流程组成的，在这些项目流程中包含多个平行结构工程执行项目流程。立体结构工程为拥有优先级的不同施工项目环节构成的立体结构，如地下基础结构、地上平整结构、主体结构搭建等不同施工项目环节构成立体结构工程。平行结构工程为在一个项目环节内可以同时完成的项目构成的平行结构，项目之间没有施工冲突，不存在施工优先级的限制，如砌墙、防水、线路、测量等。

优选的，BIM信息管理模块101还包括设计图优化模块。设计图优化模块将同一设计方案的多个设计图相关的工程用料、造价预算、施工进度和要求、可调配的施工资源概况等相关数据，以及在技术和管理等方面定义施工过程附加信息并添加到BIM模型中，通过数字孪生技术对输入数据进行施工模拟，构建多维工程模型，该工程模型能够实行工程成本预算、工程进度预算等功能。通过工程模型的碰撞检测确定当前设计图和工程实际存在的问题，获得对应设计图的成本预算和碰撞报告。获取设计图对应的项目环节的施工特征，根据施工特征获得每个项目环节的项目环节复杂度。将项目环节分为多个子区域，每个子区域复杂度都为项目环节复杂度的平均值。根据子区域复杂度和子区域面积计算不同设计图对应的子区域的子区域匹配度。以设计图内所有子区域匹配度的和作为设计图之间的设计图匹配度。根据设计图匹配度、成本预算差异和碰撞报告差异获得设计图之间的设计图融合指标。将设计图融合指标大于预设指标阈值的设计图内的施工特征参数融合获得最优设计图和最优BIM模型。可利用最优设计图和最优BIM模型进行后续施工过程分析。

在本发明实施例中，以立体结构工程中的主体结构搭建层这一项目环节进行举例分析。该项目环节的施工特征为承重墙面积S

优选的，设计图优化模块根据子区域复杂度和子区域面积计算不同设计图对应的所述子区域的子区域匹配度具体包括：

通过子区域匹配度计算公式获得子区域匹配度。子区域匹配度计算公式为：

其中，Sim为子区域匹配度，S

优选的，设计图优化模块根据设计图匹配度、成本预算差异和碰撞报告差异获得设计图融合指标具体包括：

通过设计图融合指标计算公式获得设计图融合指标；设计图融合指标计算公式为：

其中，F为设计图融合指标，O为设计图匹配度，mon′为成本预算差异，col′为碰撞报告差异。成本预算差异为设计图之间的整体所需成本的差异。碰撞报告差异为设计图之间碰撞报告体现出来的施工问题数量上的差异。

项目环节获取模块102，用于实时获得施工过程中立体结构工程中的项目环节。立体结构中的项目环节之间为层级关系，即不同项目环节拥有不同的优先级，当第一层项目环节施工结束后才能执行第二层项目环节，以此类推直至完成立体结构工程的施工。

项目环节施工资源分配模块103用于划分项目环节对应的施工区域，通过历史数据获得不同施工队的施工人员的理想工作效率。同一施工队的施工人员的理想工作效率相同。根据理想工作效率对施工区域分配人数。

在本发明实施例中，项目环节中包括四个不同施工队同时施工，四个施工队的工作内容分别为砌墙、防水、线路和测量。在IPD模式下，所有数据共享，不同施工队可以同时对该项目流程进行施工，因此需要根据工作性质和工作效率对项目流程进行人力资源分配，保证所有施工队的工作效率相同。

划分施工区域可以针对项目环节中具体的一块区域进行更细节的分析。在本发明实施例中，将主体搭建结构层划分五个施工区域。

优选的，项目环节施工资源分配模块103还包括人员分配模块。人员分配模块用于通过每个施工区域的人员分配占比和施工区域复杂度分配所述施工人员，以达到施工区域内各个施工队的施工效率相等。施工区域复杂度越大，人员分配占比越大，则分配的施工人员越多。施工区域的复杂度会对施工过程中的进度产生影响，因此针对复杂度高的施工区域需要分配更多的施工人员。通过预设的人员分配占比和施工区域的复杂度对施工人员进行初始分配。初始分配的人数应在小于该施工区域最大容纳人数前提下，保证各施工队效率相等。在本发明实施例中，人员分配占比为施工区域面积与总施工区域面积的面积占比，当一个施工区域面积越大，内部复杂度越大，则应分配更多施工人员，以提高该施工区域的施工效率，进而平衡该施工区域与其他区域的施工效率。在其他实施例中可根据实际情况自行设置合适的人员分配占比。在本发明实施例中，施工区域复杂度与设计图优化模块中的复杂度计算方法相同。

实际工作效率获取模块104用于获取施工过程中的所述施工人员的实际效率。判断实际效率是否满足效率要求。以满足效率要求的施工人员作为合格人员。以不满足效率要求的实际效率对应的施工人员作为消极人员。以与消极人员在同一所述施工队的合格人员的所述实际效率的平均值作为消极人员的实际效率。需要说明的是，针对消极人员需要进行教育，督促消极人员使其工作效率达到标准。

在本发明实施例中，将一天时间分为多个时间间隔，通过人为记录方式获得施工人员不同时间间隔的实际工作效率和工作进度。

优选的，实际工作效率获取模块104还包括实际工作效率判断模块。实际工作效率判断模块用于根据所述实际工作效率和工作时间长度构建直方图，该直方图纵轴为工作时间长度，横轴为实际工作效率。当施工人员的所述实际效率在一个时间段内分布在同一范围，且分布在理想实际工作效率的预设区间内，则认为施工人员为合格人员。否则施工人员为消极人员。在本发明实施例中，理想工作效率为直方图中分布的横轴信息的中值。

资源变动风险分析模块105用于当出现资源变动风险时，根据实际效率重新分配施工人员。资源变动风险包括人员变动和施工区域变动，其中，人员变动是指由于当前施工区域内人员数量的减少，施工区域变动是指对于施工人员的施工区域的减少。获取资源变动风险影响前后施工区域整体实际效率差值，根据效率差值获得施工区域的风险影响程度。整体实际效率为施工区域内施工人员的实际效率平均值，即所有施工人员的实际效率之和除以施工人员人数。当风某一施工区域的险影响程度大于预设风险程度阈值时，说明该影响程度已经严重影响到施工队的整体实际效率，因此需要动态调整施工区域内不同施工队的施工人员人数，直至施工区域的整体实际效率满足要求。需要说明的是，施工区域整体的实际效率为施工区域内所有施工人员的实际效率之和。

人员变动和施工区域变动会造成项目环节资源分配不平衡，因此要根据施工人员的实际效率，将相关的施工人员重新分配施工区域。风险影响程度说明了当前的资源变动风险对该区域的影响能力。如果施工区域的风险影响程度大，说明重新分配会对该施工区域的整体实际效率造成较大影响，需要根据实际情况对该施工区域进行调整。

优选的，资源变动风险分析模块105还包括脆弱度分析模块。脆弱度分析模块用于当所述资源变动风险为所述人员变动风险时，如农忙、伤病、事假等，以效率差值与项目环节发生人员变动风险前的整体实际效率之比作为风险效率比。以风险效率比和施工区域的当前完成进度的乘积作为施工区域的脆弱度。以脆弱度作为风险影响程度。脆弱度具体计算公式为：

其中，V

脆弱度越小证明该施工区域承受变动的能力越大，该区域出现人员变化时，对该区域的整体实际效率不会产生较大影响。

在本发明实施例中，脆弱度对应的风险程度阈值为0.3。对脆弱度大于0.3的施工区域进行调整，降低该施工区域的脆弱度且保证施工区域内不同施工队之间的效率平衡。

优选的，资源变动风险分析模块105还包括冲突度分析模块。冲突度分析模块用于当资源变动风险为施工区域变动时，如特殊天气等，会造成某个或者多个施工区域无法正常施工，因此会出现空闲的施工人员，将这些空闲的施工人员重新分配给其他施工区域后计算冲突度。以施工区域变动前后的效率差值和施工区域面积的比值作为施工区域的冲突度。以冲突度作为风险影响程度。冲突度具体计算公式为：

其中，C

施工区域的冲突大于风险程度阈值，表示该施工区域多分配的施工人员对重新分配前的施工人员存在影响，例如，某个施工区域资源变动风险前有2个施工人员，整体实际效率为1，发生资源变动风险后，存在3个施工人员，但是因为新增施工人员的影响，导致工作内容发生冲突，整体实际效率变为0.3,导致施工区域整体实际效率发生负面变化，可以将相关新增人员提前开展下一项目环节的工作。当冲突度小于风险程度阈值时，说明人员调整对该施工区域的影响较小，可以顺利继续施工。在本发明实施例中，冲突度对应的风险程度阈值为0.6。

优选的，资源变动风险分析模块105还包括实际工作效率更新模块。实际效率更新模块用于以风险影响程度小于风险程度阈值的施工区域作为待更新区域。以资源变动风险前后待更新区域的进度差和人数差的比值作为更新参数。根据所述实际工作效率与所述更新参数的差值作为更新后的实际工作效率。例如，对于砌墙施工队，进度是指当前完成的砌墙面积。

风险影响程度小于风险程度阈值说明待更新区域内的施工人员的实际效率并不是稳定不变的，施工人员发生变化但是整体工作效率却没有发生太大变化，所以需要对待更新区域中施工人员的实际工作效率进行更新。

如果更新参数为正值，则说明需要在更新实际效率时调小实际效率；如果更新参数为负值，则说明需要在更新实际效率时调大实际效率。更新参数具体计算公式为：

其中，

需要说明的是，如果人员变动风险和施工区域变动风险同时发生，则优先分析人员变动风险，然后通过实际工作效率更新模块对实际效率进行更新，然后再进行施工区域变动分析，完成风险应对。

综上所述，本发明实施例通过BIM信息管理模块获得立体结构工程。通过项目环节获取模块实时获得施工过程中立体结构的项目环节。项目环节施工资源分配模块根据不同施工队的施工人员的理想工作效率对项目环节中的施工区域进行资源分配。获得施工人员的实际工作效率。当发生资源变动风险时，资源变动风险分析模块根据实际工作效率对施工区域的人员重新分配，并计算分配后的风险影响程度，根据风险影响程度调整施工人员人数，直至施工区域整体实际效率满足要求。实现了在IPD模式下针对建筑工程项目风险的动态调整，保证了施工效率。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。