謝 暉

基于BIM技術(shù)的四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬應(yīng)用

謝 暉

福建建筑學(xué)校, 福建 福州 350002

傳統(tǒng)的三維施工模擬在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)施工中存在較大的局限性，基于BIM技術(shù)的四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬必將成為施工動(dòng)態(tài)模擬的主流趨勢(shì)。本文以某一高校圖書館建筑為例，演示了BIM技術(shù)在四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬中的應(yīng)用，使之及三維模型與Project施工進(jìn)度文件數(shù)據(jù)的有效對(duì)接，以此為工程管理提供新方法。

BIM; 四維可視化; 施工模擬

關(guān)于四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬的概念是由美國(guó)斯坦福大學(xué)CIFE于1996年率先提出的，但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間之內(nèi)，只實(shí)現(xiàn)了三維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬以及施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)管理，BIM技術(shù)在最近幾年中的發(fā)展最終促進(jìn)了三維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬的向四維方向的有效轉(zhuǎn)變。目前階段國(guó)內(nèi)關(guān)于BIM技術(shù)在四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬方面的研究清華大學(xué)一直處于領(lǐng)先地位[1]。清華大學(xué)土木與水利工程學(xué)院所組建的工程管理研究團(tuán)隊(duì)多年來一直對(duì)四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬給予了高度關(guān)注，并取得了較為顯著的成果，BIM技術(shù)也被列入到“十三五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃當(dāng)中，并明確提出了需要促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑產(chǎn)業(yè)中大應(yīng)用力度。為了進(jìn)一步探究BIM技術(shù)在四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬中的作用與價(jià)值，本文以某高校圖書館建設(shè)工程為例，將Project文件與Revit建筑結(jié)構(gòu)模型以及Revit MEP機(jī)電設(shè)備模型通過Autodest Navisworks軟件關(guān)聯(lián)起來，最終建立起四維可視化動(dòng)態(tài)施工模型[2]。

1 工程概況

某高校圖書館地上7層，建筑總高度31.40 m，建筑面積為14018.6 m2，占地面積2461.5 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為PHC樁基礎(chǔ)。

2 建立三維模型

在該項(xiàng)目的BIM三維模型當(dāng)中主要有三個(gè)方面的模型組成：結(jié)構(gòu)模型、建筑模型與機(jī)電設(shè)備模型。結(jié)構(gòu)模型主要包括PHC樁基礎(chǔ)、樁基承臺(tái)、框架柱、框架梁、次梁、樓板以及節(jié)點(diǎn)等構(gòu)件內(nèi)容，在建模的過程當(dāng)中需要遵循從下到上的基本原則，同時(shí)采用規(guī)范化的構(gòu)件命名標(biāo)準(zhǔn)[3]。建筑建模主要包括建筑墻體、門、窗以及樓梯等構(gòu)件的創(chuàng)建，在建筑建模當(dāng)中相關(guān)構(gòu)件的命名與編號(hào)是建模的關(guān)鍵所在，例如需要對(duì)墻體進(jìn)行詳細(xì)的劃分，將墻體分為內(nèi)墻、外墻以及屋頂女兒墻等。該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)與建筑整合模型如下圖1中所示。

Revit MEP軟件系列分為三個(gè)不同的組成部分：暖通、電氣與給排水系統(tǒng)。在使用Revit MEP軟件進(jìn)行機(jī)電設(shè)備建模需要遵循特定的順序，首先需要進(jìn)行排風(fēng)管、送風(fēng)管等暖通風(fēng)管建模，之后建立電氣橋架模型，最后建立消防管等給排水管道模型。如下圖2中所示為該項(xiàng)目選擇內(nèi)部觀察的機(jī)電設(shè)備模型。

圖 1 建筑結(jié)構(gòu)整合模型

圖 2 內(nèi)部視角機(jī)電設(shè)備模型

3 編制施工進(jìn)度計(jì)劃

該項(xiàng)目四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬的實(shí)現(xiàn)需要將施工進(jìn)度計(jì)劃文件與所建立的BIM三維模型連接起來才能實(shí)現(xiàn)，其中編制足夠精確的施工進(jìn)度計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬的關(guān)鍵所在，例如三通一平、設(shè)備與材料進(jìn)場(chǎng)以及施工腳手架進(jìn)度都需要足夠精確。本文選擇Project 2010軟件創(chuàng)建施工進(jìn)度編制任務(wù)，最后將橫道圖文件保存為“.mpp”格式，該項(xiàng)目的施工進(jìn)度計(jì)劃文件如下圖3中所示。施工進(jìn)度計(jì)劃中需要實(shí)現(xiàn)具體工作任務(wù)的詳細(xì)劃分，并與三維模型中的對(duì)應(yīng)構(gòu)件連接在一起，最終實(shí)現(xiàn)橫道圖、三維模型與具體工作任務(wù)之間的有效對(duì)接[4]。

圖 3 施工進(jìn)度文件

4 基于BIM技術(shù)的四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬分析

4.1 通過BIM軟件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬

四維模擬是建立在施工進(jìn)度文件與三維模型連接的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，將施工進(jìn)度文件中的時(shí)間信息指定為施工模型中的構(gòu)件裝配時(shí)間，從而形成特定的施工次序，并通過三維模型的可視化環(huán)境進(jìn)行四維動(dòng)態(tài)演示。

在目前的BIM施工軟件市場(chǎng)上，Autodest Navisworks是使用最為廣泛的一款軟件，Navisworks軟件的使用也不需要CAD為基礎(chǔ)，對(duì)硬件設(shè)備的要求也相對(duì)較低，可以對(duì)相同以及不同專業(yè)構(gòu)件之間的碰撞情況進(jìn)行檢查，此外，該軟件的兼容性也相對(duì)較高，不僅可以兼容各種不同類型的設(shè)計(jì)模型，同時(shí)還為不同施工設(shè)計(jì)軟件提供了接口，因此，通過這些接口進(jìn)度施工信息與三維模型信息之間的對(duì)接可以有效實(shí)現(xiàn)[5]?；诖朔N情況，本文選擇Autodest Navisworks作為該項(xiàng)目四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬軟件。

4.2 四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬過程

將建立的建筑結(jié)構(gòu)整合模型以及機(jī)電設(shè)備模型全部轉(zhuǎn)化為dwf文件，并在Autodest Navisworks軟件當(dāng)中直接打開并進(jìn)行文件整合，在Autodest Navisworks中選擇“timeliner”接口作為Project2010軟件所生成的“.mpp”格式施工進(jìn)度計(jì)劃文件的接口，在完成施工進(jìn)度計(jì)劃文件的接入之后，將Autodest Navisworks中的“規(guī)則”設(shè)定為“使用相同名稱小寫將TimeLine任務(wù)從列名稱對(duì)應(yīng)到選擇集”，通過這種方式就可以有效實(shí)現(xiàn)橫道圖、三維模型與具體工作任務(wù)之間的有效對(duì)接，該項(xiàng)目在施工進(jìn)度文件與Autodest Navisworks的對(duì)接結(jié)果如下圖4中所示[6]。

為了提高施工模擬效果，可以為不同任務(wù)類型設(shè)置構(gòu)件施工動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)真正的四維可視化動(dòng)態(tài)施工模擬，具體過程包括以下4個(gè)方面：（1）創(chuàng)建工程四維進(jìn)度施工模擬，允許用戶采用不同的時(shí)間單位間隔以及不同的施工順序?qū)κ┕みM(jìn)度進(jìn)行模擬與分析，全面反映項(xiàng)目整體進(jìn)度；（2）在動(dòng)畫播放窗口當(dāng)中顯示當(dāng)天日期以及本日所完成的施工任務(wù)與剩余的施工任務(wù)；（3）用戶根據(jù)實(shí)際施工狀態(tài)對(duì)模型更改之后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行施工模擬對(duì)比并進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，并對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行同步調(diào)整；（4）使用不同的顏色將三維模型中的施工工序標(biāo)識(shí)出來，在Autodest Navisworks軟件界面當(dāng)中綠色表示正在進(jìn)行的施工工序，已經(jīng)完成建設(shè)的構(gòu)件顯示出構(gòu)件的真實(shí)顏色，如下圖5中所示[7]。

圖 4 施工進(jìn)度文件與Autodest Navisworks的數(shù)據(jù)對(duì)接

圖 5 Autodest Navisworks施工進(jìn)度模擬

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了三維施工模擬向四維方向的轉(zhuǎn)變，有效解決了施工管理過程當(dāng)中一些較為復(fù)雜的問題，對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)建筑施工管理技術(shù)發(fā)展具有重要意義。在未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，施工模擬必然會(huì)朝著更多維的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可視化動(dòng)態(tài)施工模擬到成本控制、資源配置以及工藝流程的全方位模擬，實(shí)現(xiàn)真正的信息化施工管理。

[1] 趙欣,關(guān)宇,譚品峰,等.南開大學(xué)大學(xué)生活動(dòng)中心施工模擬與監(jiān)測(cè)[J].鋼結(jié)構(gòu),2017(3):103-108

[2] 蔡柳鶴,賈尚瑞,邢遵勝,等.蘇州文體中心體育館屋蓋滑移施工模擬分析[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展,2016(4):75-80

[3] 歐陽(yáng)業(yè)偉,石開榮,張?jiān)?基于BIM的地鐵工程施工進(jìn)度管理方法研究[J].建筑技術(shù),2017(3):271-274

[4] 舒興平,趙凱,袁智深,等.裝配式斜支撐節(jié)點(diǎn)鋼框架結(jié)構(gòu)施工模擬豎向變形影響研究[J].工業(yè)建筑,2015(10):42-47

[5] 王亞中,李偉,李洪義,等.BIM技術(shù)在長(zhǎng)春萬(wàn)豪東方廣場(chǎng)城市綜合體工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].施工技 術(shù),2015(S1):765-769

[6] 趙運(yùn)濤,齊明,高海,等.BIM模型在超高層建筑外框結(jié)構(gòu)施工方案編制中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2016(8):719-721

[7] 張為和.基于BIM的夜郎河雙線特大橋施工應(yīng)用方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),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年度教育信息技術(shù)研究課題:翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在中職專業(yè)課程中的應(yīng)用與效果研究(KT15001)

謝暉(1978-),女,碩士,講師,主要研究方向?yàn)榻ㄖこ探虒W(xué)、建筑技術(shù)科研. E-mail:rejoice_xie@163.com