劉一鳴，金必煌，劉沐潔

(安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院,安徽 合肥 230011)

現(xiàn)代工程項(xiàng)目管理[1]是涉及到施工材料、技術(shù)、工藝、施工進(jìn)度以及人力資源配置等多方面要素的復(fù)雜性系統(tǒng)工程。要想提升施工管理的效率必須要兼顧多方面的要素，這就對施工管理人員的能力提出了較高的要求。一直以來，施工管理主要依賴于管理人員的綜合素質(zhì)與經(jīng)驗(yàn)，主要是以橫道圖、簡單的施工模擬軟件為工具，施工管理的科學(xué)性不高，管理隨機(jī)性較強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量與施工進(jìn)度的均衡提升。BIM技術(shù)的發(fā)展則打通了不同軟件之間的連接障礙，能夠?qū)⒎抡婺Ｐ团c施工進(jìn)度管理軟件連接起來，從而實(shí)現(xiàn)對施工過程的模擬。

1 相關(guān)研究綜述

早在20世紀(jì)90年代中期學(xué)術(shù)界就已經(jīng)開始研究施工過程模擬的相關(guān)技術(shù)，但是由于在當(dāng)時計(jì)算機(jī)硬件配套相對落后，施工模擬軟件也不夠發(fā)達(dá)，最終只允許通過構(gòu)建仿真模型的方式來對施工過程進(jìn)行模擬，施工過程模擬也只能采用多環(huán)節(jié)的靜態(tài)模擬來替代。隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破，施工過程模擬已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。所謂施工過程模擬是指在三維仿真模型的基礎(chǔ)之上模擬工程項(xiàng)目的具體施工流程與進(jìn)度[2]，從而滿足工程項(xiàng)目管理的現(xiàn)實(shí)需求。具體而言主要是通過Revit等軟件構(gòu)建三維模型，并將WBS所制定的施工進(jìn)度計(jì)劃表連接到模型當(dāng)中，賦予不同構(gòu)建對應(yīng)的時間維度。

現(xiàn)階段國內(nèi)在BIM技術(shù)研究方面也已經(jīng)取得了許多重要突破，其中清華大學(xué)在BIM施工過程模擬方面一直走在前列，以陸新征教授為首的清華大學(xué)BIM研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款基于BIM技術(shù)的工程建筑全過程模擬與管理系統(tǒng)，并被應(yīng)用于石首長江公路大橋項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中[2]，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，產(chǎn)業(yè)內(nèi)部與政府部門對BIM技術(shù)的重視程度都在不斷提升，BIM技術(shù)研發(fā)已在我國“十三五”規(guī)劃當(dāng)中，圍繞著BIM技術(shù)的科研創(chuàng)新正處于全面開展當(dāng)中。

為了進(jìn)一步探索構(gòu)建BIM施工過程模擬模型的可能性，在本文的研究當(dāng)中以科技圖書館為例，采用revit軟件構(gòu)建了建筑結(jié)構(gòu)模型，用Revit MEP構(gòu)建了機(jī)電設(shè)備模型，并將兩個模型融合起來，最后通過autodest navisworks軟件將三維仿真模型與project文件聯(lián)合起來構(gòu)建了富含時間維度的施工模擬模型。與傳統(tǒng)模型相比，該模型的優(yōu)點(diǎn)主要集中體現(xiàn)在如下幾個方面當(dāng)中：(1)基于BIM技術(shù)的施工過程模型依然具備三維展示功能，同時允許不同專業(yè)在同一模型中就具體問題展開溝通與交流，減少現(xiàn)場返工。(2)施工過程模擬模型能夠?qū)⑹┕がF(xiàn)場與時間維度統(tǒng)一起來，能夠?qū)⑹┕l件與進(jìn)度直觀地展示在管理者面前，有利于資源的優(yōu)化配置，降低施工成本；(3)施工過程模擬模型還能被應(yīng)用于施工交底、方案論證等環(huán)節(jié)之中。

本文通過BIM仿真模擬施工方案為優(yōu)化傳統(tǒng)施工組織流程和管理方案提供新的思路，通過案例分析，創(chuàng)建新的管理流程與施工過程管理，構(gòu)建基于BIM的大型管理構(gòu)架。

2 BIM三維建模分析

2.1 工程概況

以科技圖書館為研究對象，對工程施工全過程用BIM仿真施工技術(shù)全過程進(jìn)行模擬，建筑共計(jì)7層，總高度為32.20 m，建筑面積為23 654 m2，占地總面積為3 568.9 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)。

2.2 建模內(nèi)容

BIM三維模型主要分為三個不同的組成部分：建筑模型、結(jié)構(gòu)模型以及機(jī)電設(shè)備模型。建筑模型主要是指建筑的門窗、墻體以及裝飾性材料等相關(guān)內(nèi)容，結(jié)構(gòu)模型則主要包含了建筑的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如梁、板、柱等承重性結(jié)構(gòu)構(gòu)件；機(jī)電設(shè)備模型主要是指水、電、暖等相關(guān)構(gòu)件。建筑模型與結(jié)構(gòu)模型建模的關(guān)鍵在于構(gòu)件的編碼與命名，在實(shí)際建模當(dāng)中需要標(biāo)準(zhǔn)的編碼序列對不同構(gòu)件類別進(jìn)行詳細(xì)劃分，從而確保建筑與結(jié)構(gòu)模型的統(tǒng)一性。在本文的研究當(dāng)中建筑模型與結(jié)構(gòu)模型建立均采用revit軟件，在完成建筑結(jié)構(gòu)模型整合之后，則采用revit MEP軟件讀取模型中的內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行設(shè)備模型建模，該公建建筑的建筑結(jié)構(gòu)整合模型以及機(jī)電設(shè)備模型(見圖1—2)。

圖1 科技圖書館建筑與結(jié)構(gòu)整合模型

圖2 科技圖書館內(nèi)部視角機(jī)電設(shè)備模型

3 編制施工進(jìn)度計(jì)劃

施工過程模擬的基本原理是在三維模型的基礎(chǔ)之上增設(shè)時間維度，也就是需要將施工進(jìn)度計(jì)劃將三維模型連接起來。為了確保模擬的精準(zhǔn)性，必須要確保施工進(jìn)度計(jì)劃與三維模型的匹配性。在該工程項(xiàng)目當(dāng)中選擇采用project 2011作為施工進(jìn)度計(jì)劃編制的基本軟件，最終以橫道圖“·mpp”格式文件作為施工進(jìn)度計(jì)劃文件，該工程項(xiàng)目所編制的施工進(jìn)度計(jì)劃文件如圖3所示。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，該施工進(jìn)度計(jì)劃與三維模型中的具體構(gòu)件能夠做到一一對應(yīng)，這就使得施工進(jìn)度文件、三維模型以及具體施工任務(wù)之間能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯上的統(tǒng)計(jì)，從而為施工過程模擬提供必要的條件。

圖3 科技圖書館施工進(jìn)度表

4 基于BIM技術(shù)的施工過程模擬分析

施工過程模擬的根本目標(biāo)是提升施工管理的可視化程度，傳統(tǒng)以二維平法施工圖為基礎(chǔ)的施工管理要求施工管理人員需要具備較強(qiáng)的空間思維與邏輯判斷能力，但由于人的精力有限，在具體管理過程中必然會存在諸多漏洞。施工過程模擬以三維BIM模型為基礎(chǔ)，在施工進(jìn)度文件的對應(yīng)下，能夠?qū)⒕唧w施工過程形象地展示在施工管理人員面前，能夠從直觀視覺上來表達(dá)施工管理內(nèi)容，有效提升了管理的有效性。

由于revit軟件只能進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模，而無法進(jìn)行動態(tài)演示。為此，在該工程項(xiàng)目當(dāng)中施工過程模擬則采用了autodest navisworks軟件，能夠滿足revit、revit MEP以及project軟件的接入需求，并直接整合軟件內(nèi)容進(jìn)行碰撞檢查。為此，在該工程項(xiàng)目當(dāng)中采用其為模擬基礎(chǔ)軟件。

4.1 全過程施工模擬

首先，需要將利用revit以及revit MEP軟件所制作的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備模型全部轉(zhuǎn)存為·dwf文件，并在autodest navisworks按照規(guī)定次序打開文件，實(shí)現(xiàn)三維模型的重新整合。此外，還需要通過autodest navisworks的“timeliner”接口導(dǎo)入施工進(jìn)度文件，在完成“·mpp”文件之后還需要將軟件中的“規(guī)則”項(xiàng)`改為“任務(wù)從列名稱對應(yīng)到選擇集”，從而完成模型與施工進(jìn)度文件之間的完全統(tǒng)一。該工程項(xiàng)目在autodest navisworks完成數(shù)據(jù)對接的結(jié)果(見圖4)。

圖4 科技圖書館施工進(jìn)度文件與autodest navisworks的數(shù)據(jù)

為了進(jìn)一步提升施工過程模擬的效果，提升模擬的可視化性能，還可以就具體施工工序以及構(gòu)件制作施工動畫，具體而言主要可以從以下四個方面入手：(1)允許用戶通過拉動工作條等方式來等間隔或按照不同的施工順序來對具體施工過程進(jìn)行探查，從而滿足工程項(xiàng)目進(jìn)度管理的需求；(2)在施工動畫場景播放窗口同時顯示當(dāng)日日期以及當(dāng)日剩余的任務(wù)量；(3)當(dāng)施工管理者在施工模擬窗口對施工模型進(jìn)行更改之后，修改的內(nèi)容會同步反饋到模型當(dāng)中，同時會自動通知其他專業(yè)人員施工管理者所作出的具體內(nèi)容調(diào)整；(4)采用不同的顏色標(biāo)識將施工的具體環(huán)節(jié)表達(dá)出來，例如，在autodest navisworks中綠色[3]表示正在施工的位置，圖5所示表示正在進(jìn)行出屋面位置施工。

圖5 autodest navisworks施工環(huán)節(jié)模擬

4.2 復(fù)雜技術(shù)方案模擬

復(fù)雜技術(shù)方案模式是BIM施工過程模擬的一大重要應(yīng)用熱點(diǎn)，同時也是解決現(xiàn)階段施工技術(shù)難點(diǎn)的一個重要工具[4]。長期以來，復(fù)雜技術(shù)方案在二維圖紙中的表達(dá)存在嚴(yán)重欠缺，而語言表達(dá)則不夠嚴(yán)謹(jǐn)，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化施工管理的現(xiàn)實(shí)需求。在傳統(tǒng)施工管理中只能采用技術(shù)交底、圖紙會審的方式來解決這一問題。這種方法不僅耗時耗力，也難以徹底根治非標(biāo)準(zhǔn)化管理的問題。全過程施工模擬則為可視化交底提供了便捷的條件[5]。例如，在該工程項(xiàng)目當(dāng)中，塔吊的按裝存在著較大的難度，且由于一線安裝人員經(jīng)驗(yàn)不足，對具體安裝過程的把握不足。為此，該工程采用了全過程施工模擬的方式對塔吊安裝技術(shù)方案進(jìn)行了模擬，從而提升了塔吊安裝人員對具體操作流程[6]的認(rèn)知，主要包含以下三個不同的方面：(1)采用了與主體結(jié)構(gòu)全過程施工模擬相類似的方法對塔吊安裝全過程進(jìn)行了模擬，編制了具體的塔吊安裝方案與作業(yè)安裝時間流程，為塔吊施工人員提供了形象化的作業(yè)思路，具體如圖6中所示；(2)通過模擬塔吊的旋轉(zhuǎn)、拆除等對塔吊的安裝[7]可行性進(jìn)行了分析論證，從而確保塔吊在后期使用過程當(dāng)中能夠覆蓋所有有需求的區(qū)域，并避開障礙物[8]；(3)將建筑結(jié)構(gòu)三維模型與塔吊運(yùn)行整合起來，避免建筑結(jié)構(gòu)施工對大型設(shè)備吊裝搬運(yùn)造成影響。

圖6 塔吊安裝進(jìn)度模擬

5 結(jié) 語

BIM技術(shù)的發(fā)展為施工過程模擬提供了有利條件，建立在BIM三維模型之上的BIM施工過程模擬技術(shù)不僅能為施工管理人員提供一個便捷的可視化施工管理窗口，同時也能在一定程度上為復(fù)雜施工方案模擬交底提供新的支撐。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與BIM軟件的日益豐富，BIM施工過程模擬技術(shù)也必將逐漸趨于完善，施工過程模擬技術(shù)也必然會逐漸趨于完善。