溫利春

摘 要：在日新月異的電子技術和科學技術迅猛飛躍的今天，每個行業(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——4D技術，它的應用不僅大大提高了施工進程，大大的增進了速度，同時也讓工程的進展變得更加的簡潔和順利。文章就對該技術在實際操作中的一些具體操作進行了系統(tǒng)的概括和歸納，希望可以為其日后的普遍發(fā)展提供一個可靠而又寶貴的借鑒依據(jù)。

關鍵詞：4D；水利施工；管理系統(tǒng)；應用

1 4D施工管理系統(tǒng)概述

“基于IFC標準的建筑工程4D施工管理系統(tǒng)”（簡稱4D-GCPSU2006）是由清華大學研發(fā)的。該系統(tǒng)綜合應用4D-CAD、BIM（BuildingInformationModel）、工程數(shù)據(jù)庫、人工智能、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡通訊以及計算機軟件集成技術，引入建筑業(yè)國際標準IFC（IndustryFoundation-Classes），通過建立基于IFC的4D施工管理擴展模型4DSMM++（4DSiteManagementModel++），將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進度相鏈接，與施工資源和場地布置信息集成一體。

根據(jù)IFC和其數(shù)據(jù)引擎，該項技術已經(jīng)完成了實際工作中的數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌，有效的實現(xiàn)了工程進程中的合理數(shù)據(jù)評估，為工程的整個進程提供了可靠的保障和實際數(shù)字依據(jù)。同時，該項技術已經(jīng)在多個城市中的多個大型項目中得到了廣泛的運用，有效的縮短了工程完成時間，提高了工作效率，降低了成本，避免了材料的大規(guī)模浪費。但是在黑龍江還沒有進行廣泛的運用。所以希望可以根據(jù)此文中針對該項技術的介紹和實踐經(jīng)驗，為以后此項技術的廣泛運用提高一個可靠的理論依據(jù)，實現(xiàn)其在各項工程的更為普及的運用。

2 基于IFC的4D施工管理系統(tǒng)分析

此項技術是根據(jù)工程開工前各項的評估數(shù)據(jù)展開定性的，在真正的運用實踐中，會受到多方因素的影響，比如工程的質量、技術力量，人員儲備力量，工程款的多少等等。這些影響因素不僅會讓工程的預估數(shù)字變得模糊，嚴重的可能會影響整個工程的進程。所以，為了避免這樣的事故和數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，最大限度的減小預估和實踐的誤差數(shù)字，在此以IFC為依托，創(chuàng)建了這個高度仿真模擬系統(tǒng)，以供參考。

該系統(tǒng)可以通過對工程現(xiàn)場的各個方面的數(shù)據(jù)進行評估反饋，從而根據(jù)實際情況宏觀調控調度整個工程的各方面數(shù)據(jù)配備情況。當拖延工程進度等問題的出現(xiàn)時，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題的途徑，進而提出最好的解決方案。比如在工程施工中因為工程質量不佳，安全保護系統(tǒng)不到位，難度過大或者資金不到位等而導致的各種問題的出現(xiàn)都會影響該系統(tǒng)的預估數(shù)據(jù)，所以當各種數(shù)據(jù)發(fā)生變更時，它可以根據(jù)實際的數(shù)據(jù)進行重新的采集匯總和評估，進而重新制定出新的和實際相差最少的計劃方案，從而解決這些問題，實現(xiàn)對現(xiàn)有資源的最大優(yōu)化設計。

2.1 全過程仿真子系統(tǒng)

該系統(tǒng)模型是以工作的基本過程為基礎，然后把模擬的工作過程分成若干個具體的小部分，將原有的數(shù)據(jù)和模擬的數(shù)據(jù)通過某種計算機的技術進行整合，從而實現(xiàn)對整個工程的一個預估測評。這樣可以全方位的測算出工程的各個方面，包括人員配備，材料需要，工程進度，工程難度，資金預估等等，讓其相互之間形成一個不可分割而又互相制約的網(wǎng)絡模塊，將各個部分的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的整理匯總分析，從而完成對整個工程的整體測評。

在真正的測評中，要采用“仿真鐘”來具體測算評估這一過程，在這個過程中要使用兩個這樣的設備，一個用來預測工程基本施工步驟，另一個用來計算模型真正的運轉。同時，這兩種方式的測算形式都要逐步慢慢進行，不能操之過急。

2.2 機械設備配置優(yōu)化子系統(tǒng)

根據(jù)施工數(shù)據(jù)的分析問題，在這通過該種技術對設備實施了評估預測，用工程進度和工程所需要的資金為例，進行了一個系統(tǒng)的模型：

決策變量：N={N1，N2，…Nm}（1）

目標函數(shù)：MinC（N，T）=Σm

i=1CiNiT（N），MinT（N），

MinT（N）（2）

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

本文采用線性加權和法對目標函數(shù)進行求解，其求解模型為：

MinY=K1C'+K2T'（3）

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

優(yōu)化計算過程中，將單項工程施工所用到的機械設備根據(jù)其類型及數(shù)量進行排列組合，列出所有的施工機械設備配置方案，即列出向量N={N1，N2，…Nm}的所有取值，再根據(jù)工期、費用目標在實際中的重要程度，確定K1、K2的值，再對所有方案進行計算。使評價函數(shù)值Y最小的方案即為最優(yōu)機械設備配置方案。

3 應用實例

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

開工前，現(xiàn)場施工反饋信息數(shù)據(jù)庫為空，調用全過程仿真子系統(tǒng)對該地下廠房施工全過程進行仿真計算，得到該地下廠房從開工到第一臺機組發(fā)電共需43個月，其中主變洞開工日期為2003年1月1日，完工日期為2003年7月7日。開工后，由實際施工過程中的現(xiàn)場反饋信息可知，主變洞實際開工日期為2003年1月15日，并且在第Ⅰ層中導洞開挖至50m時工作面上發(fā)生了塌方事故（當前時間是2003年2月13日，施工歷時23d），根據(jù)塌方范圍以及處理難度，估計事故處理時間大概為15d。將以上施工反饋信息輸入到現(xiàn)場施工反饋信息數(shù)據(jù)庫，運用本文建立的基于施工信息實時反饋的動態(tài)仿真系統(tǒng)，以當前時間和開挖進度為模擬起點，對主變洞以及整個地下洞室群的后續(xù)施工工序重新進行模擬計算，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，第一臺機組發(fā)電時間不變，這是由于主變洞處于非關鍵路線上，對總工期不起控制作用。

4 結束語

針對于以上的設計和對系統(tǒng)的介紹，不難看出對于該項技術對解決工程進行中的各種諸如材料、人員、設備、資金、土質、工期等等各方面問題提供了巨大的數(shù)據(jù)保障整合，可以隨時對施工進程進行及時而有效的資源配置，減少預估數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)的誤差，最大限度進行準確預估測評，更好的為各項工程服務，降低資源浪費，節(jié)約成本，縮短工期，最大限度地提高工作效率，實現(xiàn)資源的優(yōu)化設置，為其長遠的發(fā)展提供一個理論依據(jù)。

參考文獻

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