建筑施工现场可视化管理与研究高意

建筑施工现场可视化管理与研究高意

高意

天津市华水自来水建设有限公司天津市300122

摘要：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。

关键词：建筑；可视化；管理；4D；BIM

引言：施工现场管理工作所涉及范围极广，不仅包括施工现场的科学布局、优化施工空间结构、施工机具设施的动态化管理，还包括设备的正常运行、材料的供给、施工劳动力的合理调配以及施工进度与成本管理等内容。为了提高建筑施工现场管理水平，越来越多的施工企业引入了可视化管理系统，结合建筑工程施工现场的具体需求，以可视化技术为基础，实现了施工现场管理水平的逐步提升。

1.BIM技术的引入

BIM是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。

2.4D-CAD技术的引入

2.14D-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。

2.2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。

3.构建4D可视化管理系统，实现建筑施工现场的可视化管理

3.1施工场地3D布置

施工场地3D布置，是以建筑施工方案与进度为依据，对建筑及其施工所需设施、机具、设备的现场平面与空间进行综合规划与科学布局，也是施工准备等工作的重要内容之一，也保证施工现场安全、文明作业的基础。施工场地3D布置是将施工现场所有地上、地下已有建筑[1]、拟建建筑、管线、构筑物位置及尺寸、运输道路、机械设备、加工厂、库房、临时建筑、水电线路、安全防火设施等进行全面布置。系统所提供的现场实体3D模型库及多种辅助性设计工具，可以对建筑施工不同阶段现场的布置，如红线、围墙、运输道路、建构筑物、堆放地、搅拌站、加工场地等所有设备、设施进行规划，实现了施工现场布置的可视化。

3.2施工场地4D模拟

传统的施工平面布置图，很难全面反映施工场地布局的动态化变化，也难以表达不同施工层场地的利用情况。在施工现场布置过程中，工程师只能通过经验进行调配，加之情况复杂、考虑不周，极易引发施工现场运行的各种冲突、矛盾，甚至导致设备、设施等出现不良事故。可视化管理系统为解决该问题提供了可行的途径。系统以4D施工模型为基础，可对施工进度计划及实际进度进行动态化模拟，并能够显示任意时间场地的布局情况，并结合施工进度，对现场设施、设备变化进行动态模拟。在系统中，用户可指定某一施工时间，并显示出该时间下的施工状态，便于用户及时修改场地布置，加强施工现场的优化控制[2]。

3.3施工机具设施的动态化管理

系统提供了施工机具设施综合管理功能，通过系统所构建的4D化场地模型及3D化设施、设备实体，可以链接至施工进度计划。用户仅需在屏幕点击场地，就可以显示该实体的名称、型号、标高等信息，也可对其进行实时修改。用户还可结合场地类别及任意时间段，对设施、设备信息进行查询，借助于图表对不同阶段设施、设备及场地分布、使用等情况进行统计、分析、输出，实现了施工机具设施的动态化管理。

3.4建筑施工期的安全控制管理和4D动态模拟

将施工期建筑安全分析、控制与施工安全管理集成一体，通过建立安全识别分析与控制管理决策集成机制，实现施工期建筑结构及施工过程的安全管理和控制。基于4D可视化环境，通过建立各种施工操作和过程的动态模拟，对所采取的安全措施或施工方案进行预演、调整和比选。可以在4D模拟过程中，根据指定时点的施工状态自动导出结构安全分析数据，通过数据接口导入到结构分析系统进行该时点结构的安全性能分析。根据结构分析所得的应力、应变值，安全分析模型可以计算该时点结构的安全性能指标，进行安全分析及预测[3]。

结论

简而言之，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]张映雪，张鼎祖．公路在建项目可视化动态信息管理系统研究与开发[J]．长沙交通学院学报，2018，12（9）：30－31．

[2]张建平，韩冰，李久林等．建筑施工现场的4D可视化管理[J]．施工技术，2016，35（10）：36－38，62．

[3]何海芹．基于BIM的建筑工程可视化项目管理系统研究[J]．中国住宅设施，2017（9）：90－93．