建筑施工现场可视化管理与研究

建筑施工现场可视化管理与研究

彭庆

中国石油四川广安销售分公司四川广安638000

摘要：建筑施工数据量极为庞大，对其进行收集、分析与操作过程也十分复杂。随着智能化技术及远程数据传感器的迅速发展和广泛应用，可视化数据管理技术在建筑施工现场管理中发挥着越来越重要的作用。本文重点就建筑施工现场可视化管理展开探讨，以实现施工现场作业的实时性与可视化，以便提高建筑施工管理水平，避免安全事故发生。

关键词：建筑；可视化；管理；4D；BIM

引言

建筑施工具有施工周期长，影响因素多，因而实现建筑施工现场可视化管理具有十分重要的意义。不仅能够提高施工现场安全水平和信息技术应用水平，还能够提高施工质量，对搞好现场施工科学管理、降低各类事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工等，产生了极大的推动作用。

一、BIM技术的引入

BIM是BuildingInformationModeling的首字母缩写，国内较为一致的翻译是“建筑信息模型”。BIM是智能化的建筑3D模型，它能够连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建筑项目各参与方普遍使用。基于最先进的三维数字设计和工程软件所构建的“可视化”的数字建筑模型，为建筑、结构、水电暖工程师、开发商乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台，帮助他们利用三维数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。

可视化是BIM的一个固有特性，在BIM的工作环境里，由于整个过程是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来汇报和展示，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。BIM提供的三维动态可视化设计，将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前。如建筑设备专业间的设备走线、管道等可以用直观的立体三维效果图表示，有效避免各专业之间管、线“打架”的现象，提高各专业之间的配合和协调。能够一目了然地发现问题并及时解决，减少了各工种图纸间的“错、漏、缺”的发生。把复杂的平面图用三维效果图表示出来，可以让设计师直观地了解设计效果，充分利用建筑空间，更利于进行优化设计。

BIM在施工阶段中实现动态、集成和可视化的4D施工管理。将建筑物及施工现场3D模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，建立4D施工信息模型。实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。

二、4D-CAD技术的引入

（一）4D-CAD概念

4D-CAD以建筑物的3D模型为基础，施工进度计划为时间因素，将工程的进展形象地展现出来，形成动态的建造过程模拟和自动地优化控制和管理。由于涉及领域范围广、时间跨度长、数据多而杂等因素，建筑信息模型无法一步到位。4D信息模型相当于一个子信息模型，是在4D模型的基础上，再增加包括施工过程信息、施工资源信息以及其他的相关信息而形成的扩展模型。

由于4D信息模型和时变结构计算在时间维度上具有共通性，因此它们之间能形成良好的数据互通性。3D结构模型可通过4D系统的三维模型导出生成。如钢筋混凝土结构施工阶段，包括结构构件（柱、墙、梁、板）和支撑体系（支撑、模板）。4D模型能动态表现每个构件、施工段乃至整体结构在施工过程中的不同各时间段或时间点的施工状态，包括：未施工、施工中及工序（支模板、绑钢筋、浇混凝土、养护、拆模板支撑等各种工序）、施工完毕等。4D信息模型包括了相关工程信息，如结构形式、荷载、材料、施工资源以及质量安全等。随着施工进度动态变化的4D信息模型，能自动生成相应的时变结构的计算模型，用于计算结构的受力情况和动态变化，评价施工期结构的安全性能和可靠度。

（二）基于IFC标准的4D信息模型研究

将4D-CAD技术与BIM相结合，研究基于IFC标准的4D模型理论，建立3D几何模型与时间以及工程信息的集成机制。建立基于IFC标准的4D施工管理扩展模型4DSMM++，实现了3D信息模型与进度的双向链接。4DSMM++集进度、成本、人力、材料、机械以及场地等多种施工资源于一体，可形成多维信息集成和管理。开发基于IFC标准的建筑工程4D施工系统（4D-GCP－SU2006），提供了基于网络环境的4D进度管理、4D资源动态管理、4D施工场地管理和4D施工过程可视化模拟等功能，实现了施工进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D动态集成管理。

三、建筑施工现场4D可视化管理的应用

4D施工管理包括施工进度动态模拟，进度控制与分析，动态的资源调配和管理，场地的动态布置等。资源调配和场地动态布置也可能改变结构的荷载和支撑，从而改变其抗力随机过程及荷载效应随机过程，则会影响结构的受力体系和安全性能。4D施工管理还可以发现结构与设施的物理碰撞所产生的安全隐患。

（一）基于4D信息模型的建筑施工期时变结构的安全分析

能契合“时变”内涵，简化分析过程；实现从设计阶段到施工阶段的信息交换和共享；能对建筑施工期时变结构的安全分析过程进行4D可视化动态模拟。实现结构安全分析与施工安全管理相结合。从4D信息模型所获取的相关信息，结合设计规范荷载取值、随机模拟和时变结构分析，可以自动形成结构分析所需的计算模型、抗力随机过程及荷载效应随机过程，并计算该时点的结构安全性能

（二）建立4D信息模型

按照施工图纸建立建筑物的3D模型，再按照WBS划分和施工方案对3D模型进行施工段划分，并附加工程属性，形成3D工程构件模型。将划分好的3D工程构件模型和相应的施工进度计划（如MicrosoftProject软件所编制的进度计划）链接，便完成了4D信息建模。

（三）施工期建筑结构安全分析

通过建筑结构类型、材料性质以及施工荷载等随时间和进度变化的时变分析，建立施工期建筑时变结构体系的分析模型，并针对各种施工操作进行力学分析、性能验算和安全性识别。建立相应的安全指标、评价体系以及施工期建筑安全评价模型。结合上述分析模型和评价模型，实现对施工期建筑结构进行安全性分析与评估。细致到施工供需，动态地跟踪施工全过程，以保证结构变形、应力满足设计要求，保证施工的安全和质量。

（四）施工过程物理碰撞与管理冲突

研究施工过程中施工操作、资源调配、设施布置对于建筑及其施工安全的影响，建立相应的时空关系模型。将施工过程进行可视化的动态模拟，以进行碰撞检测、冲突分析等工作，是解决施工管理落后于建筑设计和施工技术的关键而可行的技术，能保证施工顺利而安全地进行。

四、结语

综上所述，在建筑施工现场，结合4D技术和BIM技术能够实现施工现场的可视化管理，施工现场可视化的管理方式，大大提高了管理的效率和对施工现场的监督力度。通过这样的可视化管理，不仅深化了施工队伍的凝聚力，加强了业务技术交流，还保证了施工高质量和安全生产，同时，还活跃了现场施工管理气氛。

参考文献：

[1]唐文意.建筑施工现场可视化管理与研究[J].建材与装饰，2016（48）：167-168.

[2]李浩.建筑施工现场可视化管理与研究[J].江西建材，2016（01）：285.