基于BIM的虚拟施工技术应用探讨

2015-04-16罗文聪

建材与装饰 2015年28期

关键词：方案模型施工

罗文聪

（云南新世纪滇池国际文化旅游会展投资有限公司　云南　昆明　650214）

基于BIM的虚拟施工技术应用探讨

罗文聪

（云南新世纪滇池国际文化旅游会展投资有限公司云南昆明650214）

近年来，工程施工的发展十分迅猛，施工安全、效率和质量的要求也随着日渐提高。在这一背景下，基于BIM的虚拟施工技术被提出，通过对施工方案、施工过程进行虚拟建模，进而对每一个施工环节预先制定处理控制方案和管理措施，完善施工方案。本文对BIM技术进行了简单介绍，深入分析了虚拟施工的关键环节以及实现过程，以期推动BIM虚拟施工技术的实际应用，提高实际施工工作。

BIM；虚拟施工；应用

虚拟施工技术的出现是基于施工发展的需求，通过建筑信息模型进行虚拟施工技术应用，具有十分重要的现实意义。BIM虚拟施工技术综合使用多种技术，对施工项目各个环节进行建模分析，从而提升对施工问题、风险的预判能力，进而改善施工现状。

1　BIM基本内涵

BIM是社会经济发展的产物，其不同于传统的平面设计，比如CAD。在建筑施工中，各个参与方可以通过BIM实现施工数据信息和交流共享，将传统的二维设计逐步提升到可视化三维设计的高度。BIM通过具体的数据信息对施工对象进行仿真建模，集成了庞大的形状信息和几何数据，是对施工对象的数字化展现。BIM可以在建筑项目工程中进行直接运用，能够有效的处理相关建筑施工软件存在的描述性问题，进而确保施工人员可以在施工过程中对各类施工信息数据做出正确的处理操作，是在施工过程中实现协同施工的基础。

在BIM下的虚拟施工技术的基本思想基本是一致的，主要包括两个方面：①信息完整性，即BIM下的虚拟施工技术能够将建筑项目工程施工过程所涉及的全部信息、数据以及资料统一保存到数据库中，并且可以根据施工实际对数据库中的数据进行更新和交流共享。②数据一致性，即在施工项目各个环节设计数据中建立其一致性的相互关系。在相关人员对数据库中的数据进行更新、修改等操作时，在其他环节的关联数据可以得到实时更新，确保各个环节的数据能够保持一致。

2　BIM下虚拟施工的关键性环节探析

2.1组织设计

组织设计的基本概念就是在施工中，通过对施工人力、物力、财力等各种施工要素进行合理组织，利用最小的投入实现最大产出，高效利用各种资源的施工总体规划。组织设计通常是按照施工阶段进行的，主要可以分为总设计、工程单位组织设计以及工程分部组织设计三个阶段，进而再进行具体的组织设计。其中工程单位组织设计的对象是单体建筑物，以基础施工图作为依据。根据施工对象的复杂程度和规模大小，组织设计的深度和广度也是不同的，但是整体内容基本保持一致。工程单位组织设计主要包括施工方案、施工图纸和施工进度三个方面的内容。

组织设计是施工中十分重要的环节，主要承担了施工规划和施工组织的关键作用。组织设计可以有效提高施工活动的管理工作、可以对施工环节进行指导、可以产生相关文件。由于施工工程具有多样性特点，所以组织设计对于不同的施工工程而言也是不同的，因此一般都需要进行单独设计，得到审批之后才能够进行正式施工。

2.2碰撞检测

碰撞检测又可以称为接触检测或是干涉检测，在三维图像系统中是一个十分常见的问题。通常情况下，将被检测对象的构成几何元素全部输入到碰撞系统中，在一定时间内，对模型之间是否产生接触或是穿透进行检测。如果存在接触或是穿透，则需要进一步对接触或穿透部位进行确定，以便对施工方案进行修改优化。在使用碰撞检测时，一般需要先对明显不会产生接触或穿透的区域进行排除，再对可能发生接触或穿透的区域进行重点检测。

目前，常用的碰撞检测算法主要有层次包围盒以及空间分解法两种。层次包围盒主要是使用结构简单体积较大的包围盒对复杂的几何对象进行描述，通过对重叠部分进行相交测试，从而提高碰撞检测算法速度。常见的包围盒有向包围盒、轴对齐包围盒、包围球以及离散多面体等多种形式。空间分解法主要是将整个虚拟空间分解成一系列体积相等的单元格，只需对单元格相邻和相同的对象进行检测。空间分解法主要适用于稀疏均匀的几何对象，比如八叉树、四面体网以及k-d树等。

2.3虚拟施工

从当前的实际情况来说，BIM主要运用于设计方面，在施工中的应用尚少。因此，需要加强BIM在虚拟施工当中的运用，以促进施工技术发展进步。通过BIM技术，在建模平台上建立施工对象几何模型以及施工流程的模型，对具体施工方案进行逼真、实时以及互动的模拟，以便发现施工流程中存在的问题，进而对施工方案进行改进优化。通过虚拟施工技术，可以高效地检验施工方案的可行性，对施工流程各个环节进行拆分，明确每一个步骤的操作流程、注意事项以及管理工作。虚拟施工的流程一般可以分为三维建模、组装虚拟施工环境、定义施工顺序及关系、施工工程模拟、模拟结果分析、结果不满足要求则调整参数从定义环节重新开始、结果满足要求则进行最优分析、不满足最优条件则对其他方案进行验证、满足最优条件则确定该方案为实际施工方案。

3　BIM下虚拟施工技术的实现过程

3.1设计虚拟施工方案

通过BIM进行虚拟施工设计，可以在Revit上创建虚拟模型，通过该软件丰富的设计功能，协调施工环节信息管理，强化客户沟通，对施工信息数据及时采集并且进行反馈，最大程度保障数据的一致性和实时性。在方案设计之初，可以通过Revit软件工具展开推敲设计，尤其是将相关设计概念转化为具体形象，同时对建筑信息数据进行提取。在建筑设计的环节中，就是把推敲设计进行具化，在Revit软件中实现施工方案。再通过对应的分析工具对模型进行综合性评估。通常情况下，设计虚拟设计方案的流程可以分为：利用BIM建立建筑信息模型，之后通过优化、仿真技术对模型进行分析评估，之后再建立三维虚拟施工模型，然后对虚拟模型进行优化处理改善施工方案，最后判断该方案是否属于最佳方案，如果不属于最佳方案则需进一步进行优化处理，如果符合最佳方案，则确定该方案作为施工方案。

3.2实现虚拟施工过程

通过上述设计方案可知，实现虚拟施工过程需要三维设计软件作为基础进行。实现虚拟施工过程则需要根据实际情况进行。比如有一建筑施工项目，周边不存在障碍物、电力和供水都符合施工实际、交通便利。其建筑为六层砖混结构，每层高度在290cm，建筑总体高度为18.6m，内外差高为0.7m。根据这一实际案例可以看出，其模型结构比较简单、施工环境便利、施工周期也较短，所以可以通过进行虚拟施工，使施工组织更加具有计划性和高效性。

在Revit建模软件上建立一个BIM虚拟模型，再通过分析软件对该模型进行综合评测，然后再建立相应的施工模型，明确该模型状态下的组织设计、施工顺序和关系、编制施工计划、制定施工方案。通过确定的施工方案以及计划，通过仿真软件对其进行三维模拟，在实际施工之前，借助三维演示及时发现施工过程中可能存在的问题，提前进行施工方案优化或是制定应多措施。比如安装构建、管线碰撞等问题，都可以在三维演示中得到体现，进而对实际施工作出指导。

通过这一虚拟模拟过程，实现了虚拟施工技术在施工中的应用，可以在不浪费施工资源和人力的情况下，对施工环节流程进行深入全面的分析评价，有利于得出最佳施工方案，大幅提高施工效率和质量。在实际施工中，实现虚拟施工技术需要更加全面的考虑各种影响因素，比如天气、地质等，以便进行更加全面的虚拟施工。