4d虛擬施工論述

基于BIM的4D虛擬建立技術(shù)在工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用進(jìn)度目標(biāo)是工程項(xiàng)目建設(shè)的三大目標(biāo)之一CONSTRUCTIONECONOMY2011年第9期（總第347期）對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行有效的限制，使其順當(dāng)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，是業(yè)主、監(jiān)理工程師和承包商進(jìn)行項(xiàng)目管理的中心任務(wù)，同時(shí)也是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中一項(xiàng)必不行少的重要環(huán)節(jié)[1]。但是，由于受困難因素的影響，工程項(xiàng)目進(jìn)度管理過(guò)程也存在某些問(wèn)題并在不同項(xiàng)目中重復(fù)出現(xiàn)。究其緣由，是由于傳統(tǒng)管理方法某些局限性所造成的，為此，探究進(jìn)度管理方法的技術(shù)創(chuàng)新顯得尤為重要。1傳統(tǒng)進(jìn)度管理的問(wèn)題及局限1.1進(jìn)度管理中普遍存在的問(wèn)題在實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)度管理過(guò)程中，雖然有具體的進(jìn)度支配以及網(wǎng)絡(luò)圖、橫道圖等技術(shù)做支撐，但是“破網(wǎng)”事故還是會(huì)常常發(fā)生，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生干脆的影響。通過(guò)分析，主要有以下緣由：1.1.1建筑設(shè)計(jì)缺陷帶來(lái)的進(jìn)度管理問(wèn)題首先，設(shè)計(jì)階段的主要工作是完成施工所需圖紙的設(shè)計(jì)，通常一個(gè)工程項(xiàng)目的整套圖紙少則幾十張，多則成百上千張，有時(shí)甚至數(shù)以萬(wàn)計(jì)，圖紙所包含的數(shù)據(jù)浩大，而設(shè)計(jì)者和審圖者的精力有限，存在錯(cuò)誤是必定的；其次，項(xiàng)目各個(gè)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工作是獨(dú)立完成的，導(dǎo)致各專(zhuān)業(yè)的二維圖紙所表現(xiàn)的內(nèi)容在空間上很簡(jiǎn)單出現(xiàn)碰撞和沖突。假如上述問(wèn)題沒(méi)有提前發(fā)覺(jué)，直到施工階段才顯露出來(lái)，勢(shì)必會(huì)對(duì)工程項(xiàng)目的進(jìn)度產(chǎn)生影響。1.1.2施工進(jìn)度支配編制不合理造成的進(jìn)度管理問(wèn)題工程項(xiàng)目進(jìn)度支配的編制很大程度上依靠于項(xiàng)目管理者的閱歷，雖然有施工合同、進(jìn)度目標(biāo)、施工方案等客觀條件的支撐，但是項(xiàng)目的唯一性和個(gè)人閱歷的主觀性難免會(huì)使進(jìn)度支配存在不合理之處，并且現(xiàn)行的編制方法和工具相對(duì)比較抽象，不易對(duì)進(jìn)度支配進(jìn)行檢查，一旦支配出了問(wèn)題，那么依據(jù)支配所進(jìn)行的施工過(guò)程必定也不會(huì)順當(dāng)。1.1.3現(xiàn)場(chǎng)人員的素養(yǎng)造成的進(jìn)度管理問(wèn)題隨著施工技術(shù)的發(fā)展和新型施工機(jī)械的應(yīng)用，工程項(xiàng)目施工過(guò)程越來(lái)越趨于機(jī)械化和自動(dòng)化。但是，保證工程項(xiàng)目順當(dāng)完成的主要因素還是人，施工人員的素養(yǎng)是影響項(xiàng)目進(jìn)度的一個(gè)主要方面，施工人員對(duì)施工圖紙的理解，對(duì)施工工藝的熟識(shí)程度和操作技能水同等因素都可能對(duì)項(xiàng)目能否按支配順當(dāng)完成產(chǎn)生影響參加方溝通和連接不暢導(dǎo)致進(jìn)度管理問(wèn)題建設(shè)項(xiàng)目往往會(huì)消耗大量的財(cái)力和物力，假如沒(méi)有一個(gè)具體的資金、材料運(yùn)用支配是很難完成的。在項(xiàng)目施工過(guò)程中，由于專(zhuān)業(yè)不同，施工方與業(yè)主和供貨商的信息溝通不充分、不徹底，業(yè)主的資金支配、供貨商的材料供應(yīng)支配與施工進(jìn)度不匹配，同樣也會(huì)造成工期的延誤。1.1.5施工環(huán)境影響進(jìn)度管理問(wèn)題工程項(xiàng)目既受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、氣候特征等自然環(huán)境的影響，又受到交通設(shè)施、區(qū)域位置、供水供電等社會(huì)環(huán)境的影響。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中任何不利的環(huán)境因素都有可能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)峻影響。因此，必需在項(xiàng)目的起先階段就充分考慮到這些環(huán)境因素的影響結(jié)果，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施[2]。1.2傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法以上問(wèn)題的產(chǎn)生，肯定程度上是傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法本身的局限性造成的。1.2.1二維CAD設(shè)計(jì)圖形象性差二維三視圖作為一種基本表現(xiàn)手法，將現(xiàn)實(shí)中的三維建筑用二維的平、立、側(cè)三視圖表達(dá)。特殊是CAD技術(shù)的應(yīng)用，用電腦屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)代替了畫(huà)圖板、鉛筆、直尺、圓規(guī)等手工工具，大大提高了出圖效率。盡管如此，由于二維圖紙的表達(dá)形式與人們現(xiàn)實(shí)中的習(xí)慣維度不同，所以要看懂二維圖紙存在肯定困難，須要通過(guò)專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)和長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練才能讀懂圖紙。同時(shí)，隨著人們對(duì)建筑外觀美觀度的要求越來(lái)越高，以及建筑設(shè)計(jì)行業(yè)自身的發(fā)展，異形曲面的應(yīng)用更加頻繁，悉尼歌劇院、國(guó)家大劇院、鳥(niǎo)巢等外形奇妙、結(jié)構(gòu)困難的建筑物越來(lái)越多。即使設(shè)計(jì)師能夠完成圖紙，對(duì)圖紙的相識(shí)和理解也仍有難度。另外，二維CAD設(shè)計(jì)可視性不強(qiáng)，使設(shè)計(jì)師無(wú)法有效檢查自己的設(shè)計(jì)成果，很難保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且對(duì)設(shè)計(jì)師與建立師之間的溝通形成障礙。1.2.2網(wǎng)絡(luò)支配抽象，往往難以理解和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)支配圖是工程項(xiàng)目進(jìn)度管理的主要工具，但也有其缺陷和局限性。首先，網(wǎng)絡(luò)支配圖計(jì)算困難，理解困難，只適合于內(nèi)部運(yùn)用，不利于與外界溝通和溝通；其次，網(wǎng)絡(luò)支配圖表達(dá)抽象，不能直觀地展示項(xiàng)目的支配進(jìn)度過(guò)程，也不便利進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度的跟蹤；再次，網(wǎng)絡(luò)支配圖要求項(xiàng)目工作分解細(xì)致，邏輯關(guān)系精確，這些都依靠于個(gè)人的主觀閱歷，實(shí)際操作中往往會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，很難完全做到。1.2.3二維圖紙不便利各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通二維圖紙由于受可視化程度的限制，使得各專(zhuān)業(yè)之間的工作相對(duì)分別。無(wú)論是在設(shè)計(jì)階段還是在施工階段，都很難對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行整體性表達(dá)。各專(zhuān)業(yè)單獨(dú)工作或許非常順當(dāng)，但是在各專(zhuān)業(yè)協(xié)同時(shí)作業(yè)往往就會(huì)產(chǎn)生碰撞和沖突，給整個(gè)項(xiàng)目的順當(dāng)完成帶來(lái)困難。1.2.4傳統(tǒng)方法不利于規(guī)范化和精細(xì)化管理隨著項(xiàng)目管理技術(shù)的不斷發(fā)展，規(guī)范化和精細(xì)化管理是形勢(shì)所趨。但是傳統(tǒng)的進(jìn)度管理方法很大程度上依靠于項(xiàng)目管理者的閱歷，很難形成一種標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的管理模式。這種閱歷化的管理方法受主觀因素的影響大，所以，引進(jìn)新的管理技術(shù)，更新傳統(tǒng)的管理方法已勢(shì)在必行。2BIM與4D技術(shù)的概念、方法與優(yōu)越性2.1BIM與4D虛擬建立BIM（BuildingInformationModeling，即建筑信息模型）帶給建筑業(yè)的是一次根本性的變革，它將建筑從業(yè)人員從困難抽象的圖形、表格和文字中解放出來(lái)，以形象的三維模型作為建設(shè)項(xiàng)目的信息載體，便利了建設(shè)項(xiàng)目各階段、各專(zhuān)業(yè)以及相關(guān)人員之間的溝通和溝通，削減了建設(shè)項(xiàng)目因?yàn)樾畔⑦^(guò)載或者信息流失而帶來(lái)的損失，提高了從業(yè)者的工作效率以及整個(gè)建筑業(yè)的效率[3]?；贐IM的4D虛擬建立技術(shù)是將設(shè)計(jì)階段所完成的3D建筑信息模型附加以時(shí)間的維度，構(gòu)成4D模擬動(dòng)畫(huà)，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上建立模型并借助于各種可視化設(shè)備對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬描述[4]。其主要目的是依據(jù)工程項(xiàng)目的施工支配模擬現(xiàn)實(shí)的建立過(guò)程，在虛擬的環(huán)境下發(fā)覺(jué)施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)問(wèn)題對(duì)模型和支配進(jìn)行調(diào)整和修改，進(jìn)而優(yōu)化施工支配。即使發(fā)生了設(shè)計(jì)變更、施工圖更改等狀況，也可以快速地對(duì)進(jìn)度支配進(jìn)行自動(dòng)同步修改。此外，在項(xiàng)目評(píng)標(biāo)階段，三維模型和虛擬動(dòng)畫(huà)可以使評(píng)標(biāo)專(zhuān)家形象地了解投標(biāo)單位對(duì)工程施工資源的支配及主要的施工方法、總體支配等，從而對(duì)投標(biāo)單位的施工閱歷和實(shí)力做出初步評(píng)估[5]。2.2傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法與基于BIM的4D虛擬建立技術(shù)在項(xiàng)目進(jìn)度管理中的比較傳統(tǒng)方法雖然可以對(duì)工程項(xiàng)目前期階段所制定的進(jìn)度支配進(jìn)行優(yōu)化，但是由于自身存在著缺陷，所以項(xiàng)目管理者對(duì)進(jìn)度支配的優(yōu)化只能停留在肯定程度上，即優(yōu)化不充分，這就使得進(jìn)度支配中可能存在某些沒(méi)有被發(fā)覺(jué)的問(wèn)題，當(dāng)這些問(wèn)題在項(xiàng)目的施工階段表現(xiàn)出來(lái)時(shí)，項(xiàng)目施工就會(huì)相當(dāng)被動(dòng)，甚至產(chǎn)生嚴(yán)峻影響（見(jiàn)圖1）?；贐IM的4D虛擬建立技術(shù)的進(jìn)度管理通過(guò)反復(fù)的施工過(guò)程模擬，讓那些在施工階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，逐一修改，并提前制定應(yīng)對(duì)措施，使進(jìn)度支配和施工方案最優(yōu)，再用來(lái)指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，從而保證項(xiàng)目施工的順當(dāng)完成（見(jiàn)圖2）。2.3基于BIM的4D虛擬建立技術(shù)在進(jìn)度管理中的優(yōu)越性和可行性2.3.1基于BIM的4D模型包含了完整的建筑數(shù)據(jù)信息BIM模型不是一個(gè)單一的圖形化模型，它包含著從探討探究構(gòu)件材質(zhì)到尺寸數(shù)量，以及項(xiàng)目位置和四周環(huán)境等完整的建筑信息。通過(guò)將建筑模型附加進(jìn)度支配的虛擬建立，可以間接地生成與施工進(jìn)度支配相關(guān)連的材料和資金供應(yīng)支配，并在施工階段起先之前與業(yè)主和供貨商進(jìn)行溝通，從而保證施工過(guò)程中資金和材料的充分供應(yīng)，避開(kāi)因資金和材料的不到位對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。三維模型的各個(gè)構(gòu)件附加時(shí)間參數(shù)就形成了4D模擬動(dòng)畫(huà)，計(jì)算機(jī)可以依據(jù)所附加的時(shí)間參數(shù)模擬實(shí)際的施工建立過(guò)程。通過(guò)虛擬建立，可以檢查進(jìn)度支配的時(shí)間參數(shù)是否合理，即各工作的持續(xù)時(shí)間是否合理，工作之間的邏輯關(guān)系是否精確等，從而對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度支配進(jìn)行檢查和優(yōu)化。將修改后的三維建筑模型和優(yōu)化過(guò)的四維虛擬建立動(dòng)畫(huà)展示給項(xiàng)目的施工人員，可以讓他們直觀了解項(xiàng)目的具體狀況和整個(gè)施工過(guò)程，更深層次地理解設(shè)計(jì)意圖和施工方案要求，削減因信息傳達(dá)錯(cuò)誤而給施工過(guò)程帶來(lái)的不必要的問(wèn)題，加快施工進(jìn)度和提高項(xiàng)目建立質(zhì)量，保證項(xiàng)目決策盡快執(zhí)行[5]。2.3.2虛擬建立技術(shù)基于立體模型，具有很強(qiáng)的可視性和操作性BIM的設(shè)計(jì)成果是高仿真的三維模型，設(shè)計(jì)師可以從自身或業(yè)主、承包商、顧客等不同角度進(jìn)入到建筑物內(nèi)部，對(duì)建筑進(jìn)行細(xì)部檢查；可以細(xì)化到對(duì)某個(gè)建筑構(gòu)件的空間位置、三維尺寸和材質(zhì)顏色等特征進(jìn)行精細(xì)化的修改，從而提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤對(duì)施工進(jìn)度造成的影響；還可以將三維模型放置在虛擬的四周環(huán)境之中，環(huán)視整個(gè)建筑所在區(qū)域，評(píng)估環(huán)境可能對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度產(chǎn)生的影響，從而制定應(yīng)對(duì)措施，優(yōu)化施工方案。2.3.3基于BIM的4D虛擬建立技術(shù)更便利工程建設(shè)各專(zhuān)業(yè)之間協(xié)同作業(yè)BIM模型也是分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，各專(zhuān)業(yè)模型建立完成以后可以進(jìn)行模型的空間整合，將各專(zhuān)業(yè)的模型整合成為一個(gè)完整的建筑模型。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)碰撞檢查等方式檢測(cè)出各專(zhuān)業(yè)模型在空間位置上存在的交叉和碰撞，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行模型修改。避開(kāi)因?yàn)槟Ｐ偷目臻g碰撞而影響各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同作業(yè)，從而影響項(xiàng)目的進(jìn)度管理。3結(jié)語(yǔ)從上述分析與工程實(shí)踐的檢驗(yàn)中發(fā)覺(jué)，BIM技術(shù)可以從根本上解決傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方法的缺陷，在工程進(jìn)度管理中展示了優(yōu)越性。盡管BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用還處在初期階段，仍舊須要主動(dòng)探究與實(shí)踐，但是可以認(rèn)為，基于BIM的虛擬建立技術(shù)不僅