水利施工管理中4D施工管理系统应用分析

温利春

摘 要：在日新月异的电子技术和科学技术迅猛飞跃的今天，每个行业都紧随其后，跟随着高科技的脚步，它们让很多不可能成为了可能，水利施工也毫不例外的成为其中一员。目前，在一些建筑工程中已经广泛使用了一种崭新的技术——4D技术，它的应用不仅大大提高了施工进程，大大的增进了速度，同时也让工程的进展变得更加的简洁和顺利。文章就对该技术在实际操作中的一些具体操作进行了系统的概括和归纳，希望可以为其日后的普遍发展提供一个可靠而又宝贵的借鉴依据。

关键词：4D；水利施工；管理系统；应用

1 4D施工管理系统概述

“基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统”（简称4D-GCPSU2006）是由清华大学研发的。该系统综合应用4D-CAD、BIM（BuildingInformationModel）、工程数据库、人工智能、虚拟现实、网络通讯以及计算机软件集成技术，引入建筑业国际标准IFC（IndustryFoundation-Classes），通过建立基于IFC的4D施工管理扩展模型4DSMM++（4DSiteManagementModel++），将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接，与施工资源和场地布置信息集成一体。

根据IFC和其数据引擎，该项技术已经完成了实际工作中的数据的统筹，有效的实现了工程进程中的合理数据评估，为工程的整个进程提供了可靠的保障和实际数字依据。同时，该项技术已经在多个城市中的多个大型项目中得到了广泛的运用，有效的缩短了工程完成时间，提高了工作效率，降低了成本，避免了材料的大规模浪费。但是在黑龙江还没有进行广泛的运用。所以希望可以根据此文中针对该项技术的介绍和实践经验，为以后此项技术的广泛运用提高一个可靠的理论依据，实现其在各项工程的更为普及的运用。

2 基于IFC的4D施工管理系统分析

此项技术是根据工程开工前各项的评估数据展开定性的，在真正的运用实践中，会受到多方因素的影响，比如工程的质量、技术力量，人员储备力量，工程款的多少等等。这些影响因素不仅会让工程的预估数字变得模糊，严重的可能会影响整个工程的进程。所以，为了避免这样的事故和数据的出现，最大限度的减小预估和实践的误差数字，在此以IFC为依托，创建了这个高度仿真模拟系统，以供参考。

该系统可以通过对工程现场的各个方面的数据进行评估反馈，从而根据实际情况宏观调控调度整个工程的各方面数据配备情况。当拖延工程进度等问题的出现时，该系统就可以根据具体的数据分析寻求最佳的解决问题的途径，进而提出最好的解决方案。比如在工程施工中因为工程质量不佳，安全保护系统不到位，难度过大或者资金不到位等而导致的各种问题的出现都会影响该系统的预估数据，所以当各种数据发生变更时，它可以根据实际的数据进行重新的采集汇总和评估，进而重新制定出新的和实际相差最少的计划方案，从而解决这些问题，实现对现有资源的最大优化设计。

2.1 全过程仿真子系统

该系统模型是以工作的基本过程为基础，然后把模拟的工作过程分成若干个具体的小部分，将原有的数据和模拟的数据通过某种计算机的技术进行整合，从而实现对整个工程的一个预估测评。这样可以全方位的测算出工程的各个方面，包括人员配备，材料需要，工程进度，工程难度，资金预估等等，让其相互之间形成一个不可分割而又互相制约的网络模块，将各个部分的数据进行统一的整理汇总分析，从而完成对整个工程的整体测评。

在真正的测评中，要采用“仿真钟”来具体测算评估这一过程，在这个过程中要使用两个这样的设备，一个用来预测工程基本施工步骤，另一个用来计算模型真正的运转。同时，这两种方式的测算形式都要逐步慢慢进行，不能操之过急。

2.2 机械设备配置优化子系统

根据施工数据的分析问题，在这通过该种技术对设备实施了评估预测，用工程进度和工程所需要的资金为例，进行了一个系统的模型：

决策变量：N={N1，N2，…Nm}（1）

目标函数：MinC（N，T）=Σm

i=1CiNiT（N），MinT（N），

MinT（N）（2）

式中m为施工机械设备种类；Ci为某种施工机械设备每台每天的费用；Ni为某种机械设备的数量。N={N1，N2，…Nm}表示各种施工机械设备数量所组成的向量；T（N）为施工工期，是通过仿真计算得到的；C（N，T）=Σmi=1CiNiT（N）为施工费用（此施工费用仅指施工机械设备的费用）。

本文采用线性加权和法对目标函数进行求解，其求解模型为：

MinY=K1C'+K2T'（3）

式中K1>0，K2>0，K1+K2=1（K1、K2为加权系数，其大小代表相应目标在模型中的重要程度）；C'（N，T）=C（N，T）/Cmax，T'（N）=T（N）/Tmax。

优化计算过程中，将单项工程施工所用到的机械设备根据其类型及数量进行排列组合，列出所有的施工机械设备配置方案，即列出向量N={N1，N2，…Nm}的所有取值，再根据工期、费用目标在实际中的重要程度，确定K1、K2的值，再对所有方案进行计算。使评价函数值Y最小的方案即为最优机械设备配置方案。

3 应用实例

某水电站地下厂房洞室群位于以III、IV、V类为主的山体中，由进水塔、引水隧洞、主副厂房、交通运输洞、通风疏散洞、尾水隧洞、灌浆排水廊道、高压电缆廊道以及出线场等组成。永久建筑物石方洞挖30.71×104m3，临时建筑物石方洞挖3.46×104m3。

开工前，现场施工反馈信息数据库为空，调用全过程仿真子系统对该地下厂房施工全过程进行仿真计算，得到该地下厂房从开工到第一台机组发电共需43个月，其中主变洞开工日期为2003年1月1日，完工日期为2003年7月7日。开工后，由实际施工过程中的现场反馈信息可知，主变洞实际开工日期为2003年1月15日，并且在第Ⅰ层中导洞开挖至50m时工作面上发生了塌方事故（当前时间是2003年2月13日，施工历时23d），根据塌方范围以及处理难度，估计事故处理时间大概为15d。将以上施工反馈信息输入到现场施工反馈信息数据库，运用本文建立的基于施工信息实时反馈的动态仿真系统，以当前时间和开挖进度为模拟起点，对主变洞以及整个地下洞室群的后续施工工序重新进行模拟计算，得到主变洞的完工日期为2003年8月13日，比初始模拟得到的日期推迟31d，第一台机组发电时间不变，这是由于主变洞处于非关键路线上，对总工期不起控制作用。

4 结束语

针对于以上的设计和对系统的介绍，不难看出对于该项技术对解决工程进行中的各种诸如材料、人员、设备、资金、土质、工期等等各方面问题提供了巨大的数据保障整合，可以随时对施工进程进行及时而有效的资源配置，减少预估数据和实际数据的误差，最大限度进行准确预估测评，更好的为各项工程服务，降低资源浪费，节约成本，缩短工期，最大限度地提高工作效率，实现资源的优化设置，为其长远的发展提供一个理论依据。

参考文献

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