溫利春

摘 要：在日新月異的電子技術(shù)和科學(xué)技術(shù)迅猛飛躍的今天，每個(gè)行業(yè)都緊隨其后，跟隨著高科技的腳步，它們讓很多不可能成為了可能，水利施工也毫不例外的成為其中一員。目前，在一些建筑工程中已經(jīng)廣泛使用了一種嶄新的技術(shù)——4D技術(shù)，它的應(yīng)用不僅大大提高了施工進(jìn)程，大大的增進(jìn)了速度，同時(shí)也讓工程的進(jìn)展變得更加的簡(jiǎn)潔和順利。文章就對(duì)該技術(shù)在實(shí)際操作中的一些具體操作進(jìn)行了系統(tǒng)的概括和歸納，希望可以為其日后的普遍發(fā)展提供一個(gè)可靠而又寶貴的借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞：4D；水利施工；管理系統(tǒng)；應(yīng)用

1 4D施工管理系統(tǒng)概述

“基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑工程4D施工管理系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)4D-GCPSU2006）是由清華大學(xué)研發(fā)的。該系統(tǒng)綜合應(yīng)用4D-CAD、BIM（BuildingInformationModel）、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)通訊以及計(jì)算機(jī)軟件集成技術(shù)，引入建筑業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IFC（IndustryFoundation-Classes），通過(guò)建立基于IFC的4D施工管理擴(kuò)展模型4DSMM++（4DSiteManagementModel++），將建筑物及其施工現(xiàn)場(chǎng)3D模型與施工進(jìn)度相鏈接，與施工資源和場(chǎng)地布置信息集成一體。

根據(jù)IFC和其數(shù)據(jù)引擎，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)完成了實(shí)際工作中的數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌，有效的實(shí)現(xiàn)了工程進(jìn)程中的合理數(shù)據(jù)評(píng)估，為工程的整個(gè)進(jìn)程提供了可靠的保障和實(shí)際數(shù)字依據(jù)。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)城市中的多個(gè)大型項(xiàng)目中得到了廣泛的運(yùn)用，有效的縮短了工程完成時(shí)間，提高了工作效率，降低了成本，避免了材料的大規(guī)模浪費(fèi)。但是在黑龍江還沒(méi)有進(jìn)行廣泛的運(yùn)用。所以希望可以根據(jù)此文中針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的介紹和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后此項(xiàng)技術(shù)的廣泛運(yùn)用提高一個(gè)可靠的理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)其在各項(xiàng)工程的更為普及的運(yùn)用。

2 基于IFC的4D施工管理系統(tǒng)分析

此項(xiàng)技術(shù)是根據(jù)工程開(kāi)工前各項(xiàng)的評(píng)估數(shù)據(jù)展開(kāi)定性的，在真正的運(yùn)用實(shí)踐中，會(huì)受到多方因素的影響，比如工程的質(zhì)量、技術(shù)力量，人員儲(chǔ)備力量，工程款的多少等等。這些影響因素不僅會(huì)讓工程的預(yù)估數(shù)字變得模糊，嚴(yán)重的可能會(huì)影響整個(gè)工程的進(jìn)程。所以，為了避免這樣的事故和數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，最大限度的減小預(yù)估和實(shí)踐的誤差數(shù)字，在此以IFC為依托，創(chuàng)建了這個(gè)高度仿真模擬系統(tǒng)，以供參考。

該系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估反饋，從而根據(jù)實(shí)際情況宏觀調(diào)控調(diào)度整個(gè)工程的各方面數(shù)據(jù)配備情況。當(dāng)拖延工程進(jìn)度等問(wèn)題的出現(xiàn)時(shí)，該系統(tǒng)就可以根據(jù)具體的數(shù)據(jù)分析尋求最佳的解決問(wèn)題的途徑，進(jìn)而提出最好的解決方案。比如在工程施工中因?yàn)楣こ藤|(zhì)量不佳，安全保護(hù)系統(tǒng)不到位，難度過(guò)大或者資金不到位等而導(dǎo)致的各種問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)影響該系統(tǒng)的預(yù)估數(shù)據(jù)，所以當(dāng)各種數(shù)據(jù)發(fā)生變更時(shí)，它可以根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新的采集匯總和評(píng)估，進(jìn)而重新制定出新的和實(shí)際相差最少的計(jì)劃方案，從而解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有資源的最大優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 全過(guò)程仿真子系統(tǒng)

該系統(tǒng)模型是以工作的基本過(guò)程為基礎(chǔ)，然后把模擬的工作過(guò)程分成若干個(gè)具體的小部分，將原有的數(shù)據(jù)和模擬的數(shù)據(jù)通過(guò)某種計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的一個(gè)預(yù)估測(cè)評(píng)。這樣可以全方位的測(cè)算出工程的各個(gè)方面，包括人員配備，材料需要，工程進(jìn)度，工程難度，資金預(yù)估等等，讓其相互之間形成一個(gè)不可分割而又互相制約的網(wǎng)絡(luò)模塊，將各個(gè)部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整理匯總分析，從而完成對(duì)整個(gè)工程的整體測(cè)評(píng)。

在真正的測(cè)評(píng)中，要采用“仿真鐘”來(lái)具體測(cè)算評(píng)估這一過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中要使用兩個(gè)這樣的設(shè)備，一個(gè)用來(lái)預(yù)測(cè)工程基本施工步驟，另一個(gè)用來(lái)計(jì)算模型真正的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，這兩種方式的測(cè)算形式都要逐步慢慢進(jìn)行，不能操之過(guò)急。

2.2 機(jī)械設(shè)備配置優(yōu)化子系統(tǒng)

根據(jù)施工數(shù)據(jù)的分析問(wèn)題，在這通過(guò)該種技術(shù)對(duì)設(shè)備實(shí)施了評(píng)估預(yù)測(cè)，用工程進(jìn)度和工程所需要的資金為例，進(jìn)行了一個(gè)系統(tǒng)的模型：

決策變量：N={N1，N2，…Nm}（1）

目標(biāo)函數(shù)：MinC（N，T）=Σm

i=1CiNiT（N），MinT（N），

MinT（N）（2）

式中m為施工機(jī)械設(shè)備種類(lèi)；Ci為某種施工機(jī)械設(shè)備每臺(tái)每天的費(fèi)用；Ni為某種機(jī)械設(shè)備的數(shù)量。N={N1，N2，…Nm}表示各種施工機(jī)械設(shè)備數(shù)量所組成的向量；T（N）為施工工期，是通過(guò)仿真計(jì)算得到的；C（N，T）=Σmi=1CiNiT（N）為施工費(fèi)用（此施工費(fèi)用僅指施工機(jī)械設(shè)備的費(fèi)用）。

本文采用線性加權(quán)和法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，其求解模型為：

MinY=K1C'+K2T'（3）

式中K1>0，K2>0，K1+K2=1（K1、K2為加權(quán)系數(shù)，其大小代表相應(yīng)目標(biāo)在模型中的重要程度）；C'（N，T）=C（N，T）/Cmax，T'（N）=T（N）/Tmax。

優(yōu)化計(jì)算過(guò)程中，將單項(xiàng)工程施工所用到的機(jī)械設(shè)備根據(jù)其類(lèi)型及數(shù)量進(jìn)行排列組合，列出所有的施工機(jī)械設(shè)備配置方案，即列出向量N={N1，N2，…Nm}的所有取值，再根據(jù)工期、費(fèi)用目標(biāo)在實(shí)際中的重要程度，確定K1、K2的值，再對(duì)所有方案進(jìn)行計(jì)算。使評(píng)價(jià)函數(shù)值Y最小的方案即為最優(yōu)機(jī)械設(shè)備配置方案。

3 應(yīng)用實(shí)例

某水電站地下廠房洞室群位于以III、IV、V類(lèi)為主的山體中，由進(jìn)水塔、引水隧洞、主副廠房、交通運(yùn)輸洞、通風(fēng)疏散洞、尾水隧洞、灌漿排水廊道、高壓電纜廊道以及出線場(chǎng)等組成。永久建筑物石方洞挖30.71×104m3，臨時(shí)建筑物石方洞挖3.46×104m3。

開(kāi)工前，現(xiàn)場(chǎng)施工反饋信息數(shù)據(jù)庫(kù)為空，調(diào)用全過(guò)程仿真子系統(tǒng)對(duì)該地下廠房施工全過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，得到該地下廠房從開(kāi)工到第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電共需43個(gè)月，其中主變洞開(kāi)工日期為2003年1月1日，完工日期為2003年7月7日。開(kāi)工后，由實(shí)際施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)反饋信息可知，主變洞實(shí)際開(kāi)工日期為2003年1月15日，并且在第Ⅰ層中導(dǎo)洞開(kāi)挖至50m時(shí)工作面上發(fā)生了塌方事故（當(dāng)前時(shí)間是2003年2月13日，施工歷時(shí)23d），根據(jù)塌方范圍以及處理難度，估計(jì)事故處理時(shí)間大概為15d。將以上施工反饋信息輸入到現(xiàn)場(chǎng)施工反饋信息數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用本文建立的基于施工信息實(shí)時(shí)反饋的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，以當(dāng)前時(shí)間和開(kāi)挖進(jìn)度為模擬起點(diǎn)，對(duì)主變洞以及整個(gè)地下洞室群的后續(xù)施工工序重新進(jìn)行模擬計(jì)算，得到主變洞的完工日期為2003年8月13日，比初始模擬得到的日期推遲31d，第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)間不變，這是由于主變洞處于非關(guān)鍵路線上，對(duì)總工期不起控制作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)于以上的設(shè)計(jì)和對(duì)系統(tǒng)的介紹，不難看出對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)對(duì)解決工程進(jìn)行中的各種諸如材料、人員、設(shè)備、資金、土質(zhì)、工期等等各方面問(wèn)題提供了巨大的數(shù)據(jù)保障整合，可以隨時(shí)對(duì)施工進(jìn)程進(jìn)行及時(shí)而有效的資源配置，減少預(yù)估數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差，最大限度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估測(cè)評(píng)，更好的為各項(xiàng)工程服務(wù)，降低資源浪費(fèi)，節(jié)約成本，縮短工期，最大限度地提高工作效率，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化設(shè)置，為其長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展提供一個(gè)理論依據(jù)。

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