基于BIM技术的四维可视化动态施工模拟应用

谢 晖

基于BIM技术的四维可视化动态施工模拟应用

谢 晖

福建建筑学校, 福建 福州 350002

传统的三维施工模拟在复杂建筑结构施工中存在较大的局限性，基于BIM技术的四维可视化动态施工模拟必将成为施工动态模拟的主流趋势。本文以某一高校图书馆建筑为例，演示了BIM技术在四维可视化动态施工模拟中的应用，使之及三维模型与Project施工进度文件数据的有效对接，以此为工程管理提供新方法。

BIM; 四维可视化; 施工模拟

关于四维可视化动态施工模拟的概念是由美国斯坦福大学CIFE于1996年率先提出的，但是由于计算机技术的限制在相当长的一段时间之内，只实现了三维可视化动态施工模拟以及施工现场的动态管理，BIM技术在最近几年中的发展最终促进了三维可视化动态施工模拟的向四维方向的有效转变。目前阶段国内关于BIM技术在四维可视化动态施工模拟方面的研究清华大学一直处于领先地位[1]。清华大学土木与水利工程学院所组建的工程管理研究团队多年来一直对四维可视化动态施工模拟给予了高度关注，并取得了较为显著的成果，BIM技术也被列入到“十三五”国家科技支撑计划当中，并明确提出了需要促进BIM技术在建筑产业中大应用力度。为了进一步探究BIM技术在四维可视化动态施工模拟中的作用与价值，本文以某高校图书馆建设工程为例，将Project文件与Revit建筑结构模型以及Revit MEP机电设备模型通过Autodest Navisworks软件关联起来，最终建立起四维可视化动态施工模型[2]。

1 工程概况

某高校图书馆地上7层，建筑总高度31.40 m，建筑面积为14018.6 m2，占地面积2461.5 m2，结构形式为框架结构，基础形式为PHC桩基础。

2 建立三维模型

在该项目的BIM三维模型当中主要有三个方面的模型组成：结构模型、建筑模型与机电设备模型。结构模型主要包括PHC桩基础、桩基承台、框架柱、框架梁、次梁、楼板以及节点等构件内容，在建模的过程当中需要遵循从下到上的基本原则，同时采用规范化的构件命名标准[3]。建筑建模主要包括建筑墙体、门、窗以及楼梯等构件的创建，在建筑建模当中相关构件的命名与编号是建模的关键所在，例如需要对墙体进行详细的划分，将墙体分为内墙、外墙以及屋顶女儿墙等。该项目结构与建筑整合模型如下图1中所示。

Revit MEP软件系列分为三个不同的组成部分：暖通、电气与给排水系统。在使用Revit MEP软件进行机电设备建模需要遵循特定的顺序，首先需要进行排风管、送风管等暖通风管建模，之后建立电气桥架模型，最后建立消防管等给排水管道模型。如下图2中所示为该项目选择内部观察的机电设备模型。

图 1 建筑结构整合模型

图 2 内部视角机电设备模型

3 编制施工进度计划

该项目四维可视化动态施工模拟的实现需要将施工进度计划文件与所建立的BIM三维模型连接起来才能实现，其中编制足够精确的施工进度计划是实现动态模拟的关键所在，例如三通一平、设备与材料进场以及施工脚手架进度都需要足够精确。本文选择Project 2010软件创建施工进度编制任务，最后将横道图文件保存为“.mpp”格式，该项目的施工进度计划文件如下图3中所示。施工进度计划中需要实现具体工作任务的详细划分，并与三维模型中的对应构件连接在一起，最终实现横道图、三维模型与具体工作任务之间的有效对接[4]。

图 3 施工进度文件

4 基于BIM技术的四维可视化动态施工模拟分析

4.1 通过BIM软件的应用实现四维可视化动态施工模拟

四维模拟是建立在施工进度文件与三维模型连接的基础之上实现的，将施工进度文件中的时间信息指定为施工模型中的构件装配时间，从而形成特定的施工次序，并通过三维模型的可视化环境进行四维动态演示。

在目前的BIM施工软件市场上，Autodest Navisworks是使用最为广泛的一款软件，Navisworks软件的使用也不需要CAD为基础，对硬件设备的要求也相对较低，可以对相同以及不同专业构件之间的碰撞情况进行检查，此外，该软件的兼容性也相对较高，不仅可以兼容各种不同类型的设计模型，同时还为不同施工设计软件提供了接口，因此，通过这些接口进度施工信息与三维模型信息之间的对接可以有效实现[5]。基于此种情况，本文选择Autodest Navisworks作为该项目四维可视化动态施工模拟软件。

4.2 四维可视化动态施工模拟过程

将建立的建筑结构整合模型以及机电设备模型全部转化为dwf文件，并在Autodest Navisworks软件当中直接打开并进行文件整合，在Autodest Navisworks中选择“timeliner”接口作为Project2010软件所生成的“.mpp”格式施工进度计划文件的接口，在完成施工进度计划文件的接入之后，将Autodest Navisworks中的“规则”设定为“使用相同名称小写将TimeLine任务从列名称对应到选择集”，通过这种方式就可以有效实现横道图、三维模型与具体工作任务之间的有效对接，该项目在施工进度文件与Autodest Navisworks的对接结果如下图4中所示[6]。

为了提高施工模拟效果，可以为不同任务类型设置构件施工动画，实现真正的四维可视化动态施工模拟，具体过程包括以下4个方面：（1）创建工程四维进度施工模拟，允许用户采用不同的时间单位间隔以及不同的施工顺序对施工进度进行模拟与分析，全面反映项目整体进度；（2）在动画播放窗口当中显示当天日期以及本日所完成的施工任务与剩余的施工任务；（3）用户根据实际施工状态对模型更改之后，系统数据库会自动进行施工模拟对比并进行数据更新，并对施工进度计划进行同步调整；（4）使用不同的颜色将三维模型中的施工工序标识出来，在Autodest Navisworks软件界面当中绿色表示正在进行的施工工序，已经完成建设的构件显示出构件的真实颜色，如下图5中所示[7]。

图 4 施工进度文件与Autodest Navisworks的数据对接

图 5 Autodest Navisworks施工进度模拟

5 结语

BIM技术的发展促进了三维施工模拟向四维方向的转变，有效解决了施工管理过程当中一些较为复杂的问题，对现阶段我国建筑施工管理技术发展具有重要意义。在未来随着技术的不断发展，施工模拟必然会朝着更多维的方向发展，实现可视化动态施工模拟到成本控制、资源配置以及工艺流程的全方位模拟，实现真正的信息化施工管理。

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[7] 张为和.基于BIM的夜郎河双线特大桥施工应用方案研究[J].铁道标准设计,2015(3):82-86

Application of Four-dimensional Visualization Dynamic Construction Simulation Based on BIM Technology

XIE Hui

350002,

Because there is a limitation in the complex construction withthe traditional three-dimensional simulation, the dynamic construction simulation of four-dimensional visualization will take place of it to become a mainstream trend. This paper demonstrated the application of BIM technology in the dynamic construction simulation of four-dimensional visualization taking the construction of a university library as an example and effectively connected it, 3D model and Project file data, which provided a new method for the project management.

BIM; four-dimensional visualization; construction simulation

TU741.3

A

1000-2324(2018)05-0825-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.020

2018-02-23

2018-04-19

福建省2015年度教育信息技术研究课题:翻转课堂教学模式在中职专业课程中的应用与效果研究(KT15001)

谢晖(1978-),女,硕士,讲师,主要研究方向为建筑工程教学、建筑技术科研. E-mail:rejoice_xie@163.com