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使用工程资料和4D建模进行自动计划的更新

Hyojoo Son1 ; Changwan Kim, A.M.ASCE2 ; and Yong Kwon Cho, M.ASCE3

摘要：

进度更新定义为一种用于测量项目状态，预测其完成日期并为项目经理提供关键进度信息的过程。更新的进度信息可帮助项目经理评估其项目并采取适当的措施，使他们能够按时完成项目。在当前实践中，大多数时间表更新过程都是手动执行的，需要大量时间和精力，并且依赖于主观经验。这项研究提出了数据流并开发了一个系统，该系统通过使用项目管理软件自动更新进度表，并向项目经理提供重要的进度表信息。拟议的系统基于建筑工地的三维（3D）点云数据和包含计划时间表的三维（4D）模型。为了验证本研究中开发的系统的性能，基于实际施工现场进行了案例研究。结果表明，所提出的系统有助于进度更新中涉及的所有步骤的自动化。 使用自动计划更新，可以提高实践效率，并且可以以可靠和客观的方式执行计划更新过程。DOI：10.1061 /（ASCE）ME.1943-5479.0000528。copy;2017美国土木工程师学会。

关键字：竣工数据； 时间表自动更新； 项目管理软件； 进度测量； 四维（4D）建筑信息模型。

介绍：

进度更新定义为衡量项目状态并预测完成日期的过程(Winter and Everenosoglu 2011)。使用进度表更新可以为项目经理提供重要的进度表信息，从而帮助他们评估和控制项目，并确保按时完成建设工作(Chen et al. 2010)。 帮助评估和控制项目的信息包括项目状态，单个活动的开始和完成日期，以及项目经理应特别注意的活动的详细信息（PMI 2008； Elazouni and Salem 2011）。 通过进度表更新提供的关键进度表信息可增强项目参与者之间的沟通，并帮助他们制定决策以最大程度地减少纠纷（Hwang and Leong 2013； Jan et al.2013）。 此外，这些信息为衡量项目的绩效提供了有用的指标（Liu and Shih，2009年），可以用作分析施工延误原因的基本数据源（Bubshait and Cunningham，1998年； Kim et al，1998年）。（2005年），从而帮助项目经理采取适当的行动，使他们能够按时完成项目。在这方面，通过定期监测更新项目进度至关重要确保项目按计划进行，并避免超支和产生争议（Hwang and Leong 2013；Hwang et al.2013）。

当前，主要的日程表更新过程是手动执行的。 这些过程涉及从站点收集竣工数据，分析收集的竣工数据并将其与计划进度进行比较，识别竣工进度与计划进度之间的差异，然后修改计划（Kiziltas and Akinci 2005年； Liu and Shih 2009年； Olawale and Sun 2013年）。 由于主要过程是手动执行的，因此需要大量时间来获取和分析数据。 实际上，项目经理将其工作时间的30％到50％用于收集和分析站点中的建成数据（McCulloch 1997），这需要项目经理付出大量的努力（Bell and McCullouch 1988； Fan et al 2003）。进度表更新结果的可靠性取决于收集进度表的人的主观判断（Liu et al，1995）。因此，无法高效，客观和/或快速地执行计划更新中执行的过程（Turkan et al，2012）。

为了解决由于手工操作而发生的问题，已经进行了各种研究以使一些进度表更新过程自动化s [e.g., Chin et al. (2008); Rebolj et al. (2008);Bosche et al. (2009); Bosche (2010); Golparvar-Fard et al. (2009),(2015); Ibrahim et al. (2009); Zhang et al. (2009); Turkan et al.(2012); Kim et al. (2013a)].这些研究表明，数据收集技术（例如，射频识别（RFID）传感器，数码相机和激光扫描仪）和建筑信息模型（BIM）的使用被认为是新兴的信息和通信技术（Lu et al（2015年），可以提高从站点收集竣工数据的效率，并自动化分析收集的数据并将其与计划进度进行比较的过程。 但是，这些研究大多数都局限于识别实际进度与计划进度之间的差异，即，每个正在进行的活动的实际进度的计算。尽管可以提供有关实际进度的信息，但是使用信息和修改时间表仍然是手动过程，因为缺乏考虑（在支持更新时间表的整个过程中）与正在使用的项目计划软件集成，例如(Liberatore et al. 2001; Bettemir and Sonmez 2015; Menesi and Hegazy 2015)。为了使更新时间表的整个过程自动化，需要在流程中导入和分析反映施工现场当前状态的竣工数据和计划数据（例如，设计模型和计划进度表）。此外，更新的进度表可以与项目进度表软件交换，并且可以与关键进度表信息[例如，整个项目的预期完成日期，关键路径以及与计划进度表的差异] 必须以有效的方式提供项目经理应特别注意的内容。否则，某些进度表更新过程仍需要负责的项目经理进行大量人工工作(Rebolj etal. 2008; Dang and Bargstauml;dt 2016)。

1 Graduate Research Assistant, Chung-Ang Univ., Dept. of Architectural Engineering, Seoul 06974, Korea. E-mail: hjosn0908@live.cau.ac.kr

2 Professor, Chung-Ang Univ., Dept. of Architectural Engineering, Seoul 06974, Korea (corresponding author). ORCID: http://orcid.org/ 0000-0002-7342-0829. E-mail: changwan@cau.ac.kr

3 Associate Professor, School of Civil and Environmental Engineering, College of Engineering, Georgia Institute of Technology, Mason Building 4140A, 790 Atlantic Dr., Atlanta, GA 30332. E-mail: yong.cho@ce .gatech.edu

Note. This manuscript was submitted on June 7, 2016; approved on January 4, 2017; published online on March 3, 2017. Discussion period open until August 3, 2017; separate discussions must be submitted for individual papers. This paper is part of the Journal of Management in Engineering, copy; ASCE, ISSN 0742-597X.

相关工作：

更具体地说，进度更新包括将来自建筑工地的建成数据与计划模型进行比较，计算每个正在进行的活动的实际进度，以及更新并反映每个活动的开始和结束日期，以及提供重要的时间表信息（Kiziltas and Akinci 2005）。以前有关自动化某些进度表更新过程的大多数研究都集中在通过使用最先进的传感器（例如RFID传感器，数码相机和激光扫描仪）来计算和测量每个正在进行的活动的实际进度。Chin et al（2008年）提出了一种通过将RFID标签附着到单个钢部件上并将它们与4D计算机辅助设计（CAD）模型中的部件相关联来测量进度的方法。 在这种方法中，当安装钢构件时，操作员会扫描RFID标签，以识别与它们有关的建筑活动。扫描标签时，通过在与计划相关的4D CAD模型中标识与相关标签关联的组件的重量来检查重量。实际进度是通过按日期累加标记的组件的权重来衡量的。然后，通过将总测量重量与总计划重量进行比较来测量施工进度。 当使用RFID系统时，可以以这种方式进行数据分析，但是这种方法不能轻易地使数据收集自动化，这限制了其功能。因此，近来提出了使用数字照相机或激光扫描仪来提高数据收集和分析过程的效率的方法。

由于使用数码相机获得的图像和通过激光扫描仪获得的3D点云数据不包含语义信息，因此在将相机图像（或点云数据）注册到3D，4D或包含语义信息的BIM，然后比较结果。Shih and Wang（2004）从4D模型的综合视图（覆盖有从激光扫描仪获取的3D点云）介绍了手动测量进度的信息流。Rebolj et al （2008）提出了一种在3D模型视图上叠加站点图像后识别结构组件的方法。首先，将建筑物的3D（模型视图）图像叠加在同一时间范围内的摄像机（站点）视图上。然后，在用户干预下，提取站点图像中与其中包含的结构组件相对应的部分。最后，将每个提取的图像与3D模型视图图像进行比较，以确定哪些已构造的计划结构组件，哪些尚未构造。Ibrahim et al（2009）提出了一种通过比较从固定位置获得的图像和3D模型来识别构造组件的方法。首先，从固定位置获得在不同时间获取的图像序列。然后，识别连续图像对之间的差异，并通过比较3D计划模型中存在差异的区域来识别尚未完成构造的结构部件。所构造的组件被推断为没有此类差异的组件与Ibrahim等人描述的方法类似。（2009），Zhang et al。（2009）通过识别图像之间的差异以识别构造的组件并将其与计划模型进行比较来衡量进度。

Golparvar-Fard et al（2009）使用数码相机拍摄的大量图像来识别所构造的组件。他们通过使用通过运动构造技术获取的大量图像来生成3D点云。然后，他们将3D点云与包含计划时间表的4D模型进行比较，以识别所构造的组件。 Golparvar-Fard et al（2015）使用概率模型来衡量各个结构部件的进度，并继续进行有关如何计算实际计划进度与计划进度之间差异的后续研究。Kim et al （2013）提出了一种利用激光扫描仪和4D BIM获得的3D点云测量施工进度的方法。一旦将竣工数据注册到计划模型中，就将3D点云与4D模型进行比较，以识别构造的组件。他们提出了一个额外的过程，用于作为已建状态的修订，以确定已识别组件的状态是否相互一致，并修改由于3D点云数据集不完整而导致的不准确率状态。通过从建筑工地获取竣工数据并将竣工数据与计划数据进行比较，这些研究有助于进度测量的自动化，这是进度表更新不可或缺的方面。

Turkan et al（2012）提出了一种使用3D点云和与计划时间表集成的3D模型来更新每个活动的开始和结束日期的方法。Bosche et al（2009）提出的目标识别算法，被用来识别构造的组件。通过计算实际构建的组件与打算构建的组件之比，可以衡量每个活动的实际进度。这些度量用于更新已开发系统中每个活动的开始和结束日期。这项研究证明了自动更新各个活动的开始和结束日期的潜力。但是，这些更新的开始和完成日期与主要项目计划软件，例如Microsoft Project or Oracle Primavera，生成的日期和日期不兼容。即使这些数据兼容，除非以项目经理可以轻松利用的形式提供这些数据，否则它们对项目的实用性将很低。为了使用数据并自动修改进度表，在实践中有必要考虑将流程与此类项目进度表软件集成在一起，以支持整个进度表更新过程。

拟议的时间表更新系统：

这项研究提出了一种用于自动计划更新的系统。系统通过使用项目管理软件自动更新计划，特别是Microsoft Project，这是用于项目计划的通用工具，可从华盛顿州雷蒙德市的Microsoft Corporation获得。该工具为项目经理提供重要的进度信息。

拟议的时间表更新系统包括两个部分。首先，测量每个活动的实际施工进度。为此，将正在建设中的建筑物收集的竣工数据与4D计划模型进行比较。比较对象包括3D配准和对象匹配。本研究中使用的3D注册过程对Kim等人（2013a）提出的方法进行了改进。 他们的自动3D配准方法可以有效地应用于小点云，而这项研究提出的方法可以使按计划模型对齐大量已建数据。为了确定是否已经构造了给定的结构组件（基于对齐后的竣工数据与计划模型的比较），所提出的方法应用了Kim等人（2013a）设计的对象匹配方法。这是对Bosch等人（2009）和Golparvar-Fard等人（2009）提出的方法的改进，即使存在遮挡同样有效。 在Kim等人（2013a），的研究中。根据活动执行的顺序和结构组件之间的拓扑连接，提出了一种修订过程，以修正由于数据集不完整而导致的组件建造状态不准确的问题。有关测量过程的更多详细信息，请参见Kim等（2013a）。

在此处提出的进度表更新系统中，一旦根据物理测量确定了实际进度，进度信息就会自动输入到项目管理软件（即Microsoft Project）中，该软件会自动更新相关的进度表 。在Microsoft Project中，基于关键路径方法，使用每种活动的实际进度来重新制定时间表，该方法考虑活动之间的逻辑关系或依赖性（Ozcan-Deniz et al，2012）。最后，系统生成并显示重要的进度信息以及项目经理应特别注意的活动的详细信息。关键计划信息包括项目的状态，整个项目的预计完成日期，关键路径以及与计划计划的差异。

图1示出了在处理竣工数据时所提出的进度表更新系统，项目进度表软件（此处为Microsoft Project）以及相关软件之间的数据流。分析收集的数据； 并将它们与计划的进度进行比较

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