陳永高

摘 要：從建筑施工現(xiàn)狀和實(shí)際需求出發(fā)，分析和研究了 BIM 在建筑工程中的應(yīng)用，綜合應(yīng)用BIM技術(shù)、虛擬施工技術(shù)、施工進(jìn)度計(jì)劃、場地布置、資源管理等施工管理職能，對(duì)虛擬施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了研究探索，實(shí)現(xiàn)了建筑施工過程的可視化管理，實(shí)現(xiàn)施工過程中人力、材料、機(jī)械等資源的動(dòng)態(tài)管理和工程成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高建筑施工管理和資源控制能力。

關(guān)鍵詞：BIM 建筑信息模型； 施工仿真； 資源管理

引言

現(xiàn)代建筑項(xiàng)目施工過程是一項(xiàng)十分復(fù)雜的活動(dòng)，現(xiàn)在各種異型曲面的建筑設(shè)計(jì)不斷涌現(xiàn)。雖然這在一定程度上滿足了人們追求視覺美感的需求，應(yīng)用傳統(tǒng)的建筑施工模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)代建筑的迫切需求。在這種情況下，建筑施工信息化建設(shè)無疑給當(dāng)前面臨窘境的建筑施工領(lǐng)域帶來了希望。

建設(shè)領(lǐng)域信息化是指將信息技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)工程全生命期，實(shí)現(xiàn)信息采集與存儲(chǔ)的自動(dòng)化、信息交換的網(wǎng)絡(luò)化、信息利用的科學(xué)化和信息管理的系統(tǒng)化。這是一綜合應(yīng)用高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)建設(shè)行業(yè)進(jìn)行改造的重大變革。在當(dāng)今的政策與環(huán)境兩大利好情況下，工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用管理軟件市場也正處于放量增長狀態(tài)。在這種環(huán)境背景下建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

基于建筑信息模型（BIM）技術(shù)的施工過程可視化仿真與資源動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)，是以施工對(duì)象的3D模型為基礎(chǔ)，施工的施工計(jì)劃為其時(shí)間因素，將工程的進(jìn)展形象地展現(xiàn)出來，形成動(dòng)態(tài)的施工過程模擬模型，用以輔助施工計(jì)劃管理，幫助建筑施工方最大化的降低風(fēng)險(xiǎn)，減少損耗，輕松完成項(xiàng)目施工。

通過對(duì)施工階段BIM應(yīng)用的技術(shù)、方法、標(biāo)準(zhǔn)和軟件進(jìn)行深入研究，根據(jù)我國施工管理特點(diǎn)和實(shí)際需求，提出工程施工BIM應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)、系統(tǒng)流程和應(yīng)對(duì)措施，并將BIM與4D技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)建筑施工BIM建模系統(tǒng)和基于BIM的4D施工項(xiàng)目管理平臺(tái)。

1.平臺(tái)開發(fā)內(nèi)容

基于BIM技術(shù)，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)和結(jié)構(gòu)仿真等計(jì)算機(jī)技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備的支持下進(jìn)行協(xié)同工作，對(duì)建筑施工活動(dòng)中的資源流動(dòng)過程進(jìn)行全面的仿真模擬，讓用戶體驗(yàn)“身臨其境”，各施工參與方可以直觀的對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行管理、優(yōu)化及進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，為建筑項(xiàng)目施工過程選擇最佳施工方案及加強(qiáng)實(shí)時(shí)管理，以提高整體建筑工程效率。主要包括以下幾方面內(nèi)容。

1.1 基于BIM的設(shè)計(jì)可視化展示

按照設(shè)計(jì)圖紙，通過使用Revit、Navisworks和Microsoft Visual Studio語言等相關(guān)三維建模工具及開發(fā)平臺(tái)，在建立BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用研究，可對(duì)施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的可視化展示，使參與方能直觀地理解設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可施工性，在施工前能預(yù)先發(fā)現(xiàn)存在的問題，與設(shè)計(jì)方共同解決。

1.3 施工資源動(dòng)態(tài)管理

基于4D施工模型，可以動(dòng)態(tài)模擬工程的進(jìn)度計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度，顯示施工現(xiàn)場任意時(shí)間的相應(yīng)場地布置和空間狀況的3D視圖，并按照施工進(jìn)度，全面展現(xiàn)施工現(xiàn)場各種場地設(shè)施、設(shè)備隨主體建筑物施工所產(chǎn)生的變化，包括各個(gè)設(shè)備、設(shè)施的3D實(shí)體、所在位置、設(shè)置時(shí)間以及型號(hào)規(guī)格、技術(shù)指標(biāo)等屬性，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的4D模擬。能計(jì)算各項(xiàng)施工資源計(jì)劃用量，以合理安排施工人員的調(diào)配、工程材料的采購、大型機(jī)械的進(jìn)場等工作。

1.4 工程量動(dòng)態(tài)查詢

根據(jù)計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度信息，可以動(dòng)態(tài)計(jì)算節(jié)點(diǎn)任意時(shí)間段內(nèi)每日計(jì)劃工程量、計(jì)劃工程量累計(jì)、每日實(shí)際工程量、實(shí)際工程量累計(jì)，幫助施工管理者實(shí)時(shí)掌握工程量的計(jì)劃完工和實(shí)際完工情況。在分期結(jié)算過程中，每期實(shí)際工程量累計(jì)數(shù)據(jù)是結(jié)算的重要參考，動(dòng)態(tài)計(jì)算實(shí)際工程量可以為施工階段工程款結(jié)算提供數(shù)據(jù)支持。

1.5 基于BIM的施工項(xiàng)目管理

將BIM與4D技術(shù)結(jié)合起來，通過建立基于IFC的4D施工信息模型，將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度鏈接，與施工資源、安全質(zhì)量以及場地布置等信息集成一體。能夠?qū)崿F(xiàn)基于BIM和網(wǎng)絡(luò)的施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本、安全、質(zhì)量和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理以及施工過程的4D可視化模擬。見圖3

2.平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的實(shí)施方案

根據(jù)集成BIM的基本結(jié)構(gòu)、建模流程和應(yīng)用架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)施工過程可視化仿真與資源動(dòng)態(tài)管理的集成BIM建模需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)：

2.1 建立集成BIM應(yīng)用架構(gòu)

首先結(jié)合集成BIM建模的流程，建立面向施工階段的集成BIM應(yīng)用架構(gòu)，如圖4所示。該架構(gòu)是一個(gè)包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和數(shù)據(jù)層的結(jié)構(gòu)體系。

2.2 基于BIM的4D虛擬施工及動(dòng)態(tài)管理功能構(gòu)建

1）完整的基于IFC的建筑施工4D信息模型：通過建立基于IFC的BIM結(jié)構(gòu)及其信息描述與擴(kuò)展機(jī)制，根據(jù)施工過程模擬的需求對(duì)已有的4D施工信息模型進(jìn)行完善和擴(kuò)展，建立完整的基于IFC的建筑施工4D信息模型。

2）構(gòu)建4D虛擬施工環(huán)境：研究施工過程虛擬仿真、數(shù)值模擬和虛擬場景之間協(xié)調(diào)同步以及過程模擬的交互處理等關(guān)鍵技術(shù)，通過建筑信息模型賦予建筑構(gòu)件材質(zhì)屬性，并給材料設(shè)置貼圖、透明度、光照屬性等信息，建立建筑真實(shí)感模型。應(yīng)用設(shè)置光源、陰影、場景等真實(shí)感圖形技術(shù)，構(gòu)建建筑施工虛擬環(huán)境。

3）施工過程的4D動(dòng)態(tài)虛擬模擬：基于建筑施工4D信息模型，應(yīng)用4D技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、真實(shí)感圖形技術(shù)以及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)，對(duì)施工過程中建筑結(jié)構(gòu)、施工工序以及場地設(shè)施布置等隨進(jìn)度的變化狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)虛擬模擬，并在施工模擬過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)施工計(jì)劃、場地布置、機(jī)械操作的實(shí)時(shí)調(diào)整。

4）施工操作沖突分析與設(shè)施碰撞檢測：通過建立施工場地動(dòng)態(tài)時(shí)空模型，研究空間碰撞檢測算法，在施工模擬過程中進(jìn)行施工操作沖突分析，實(shí)現(xiàn)場地設(shè)施之間、施工機(jī)械之間以及施工機(jī)械與主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞檢測。

5）基于4D動(dòng)態(tài)集成管理的虛擬施工：基于建筑施工4D信息模型，應(yīng)用系統(tǒng)集成和信息交換技術(shù)，將4D施工管理系統(tǒng)與虛擬施工系統(tǒng)無縫集成，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程中施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理。

2.3 基于BIM的4D建筑施工優(yōu)化功能構(gòu)建

1）基于BIM的施工優(yōu)化信息模型：利用IFC標(biāo)準(zhǔn)定義施工管理領(lǐng)域涉及的人力、機(jī)械、材料等資源信息模型，通過將資源信息模型與施工計(jì)劃、成本和施工場地信息模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和集成，構(gòu)建基于IFC的施工優(yōu)化信息模型，將充分利用BIM技術(shù)在信息集成和共享上的特點(diǎn)。利用一個(gè)施工優(yōu)化信息模型建模子系統(tǒng)，能夠從其他數(shù)據(jù)源中提取優(yōu)化信息模型所需要的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建施工優(yōu)化信息模型。

2）基于BIM和離散事件模擬的施工資源優(yōu)化：直接將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到基于離散事件模擬的施工優(yōu)化系統(tǒng)中，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

3）基于BIM的施工操作優(yōu)化：利用BIM中完整的三維空間坐標(biāo)信息，將設(shè)計(jì)與施工工序信息集成一體，綜合應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和4D模擬技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的施工操作優(yōu)化，可以應(yīng)用于大型構(gòu)件的吊裝定位和操作。

4）基于BIM的施工過程4D可視化模擬：通過基于4D技術(shù)的場地與機(jī)械設(shè)施動(dòng)態(tài)建模子系統(tǒng)，提供交互式場地與機(jī)械設(shè)施三維實(shí)體建模功能。并將施工資源優(yōu)化和施工操作優(yōu)化系統(tǒng)集成到4D施工管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)基于BIM和資源優(yōu)化的施工過程4D可視化模擬。

2.4 將資源管理細(xì)化到 WBS工序節(jié)點(diǎn)

WBS工序節(jié)點(diǎn)往往處于WBS樹狀結(jié)構(gòu)的葉端，并作為 WBS施工段節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。WBS工序節(jié)點(diǎn)是對(duì)施工具體工作內(nèi)容的分類與細(xì)化，沒有對(duì)應(yīng)的模型、沒有對(duì)應(yīng)的清單項(xiàng)目，難以計(jì)算其人、材、機(jī)資源的用量和成本，但是，只有將資源管理需要細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)，才能保障施工階段資源管理的準(zhǔn)確性和精細(xì)程度。根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》（GB50500-2013）將資源統(tǒng)一劃分和編碼，細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)也是本課題研究過程中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵。

3.應(yīng)用過程與效果

1）引入建筑業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)IFC（Industry Foundation Classes），建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑施工管理的數(shù)據(jù)描述，提供IFC文件解析器和基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口引擎，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工管理以及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息集成、交換和共享。

2） 應(yīng)用建筑信息模型BIM（Building Information Model）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的工程信息建模，建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的4D施工管理擴(kuò)展模型，將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，并與人力、材料、機(jī)械、成本等施工資源以及場地布置信息集成一體，形成多維信息管理。

3） 引入施工進(jìn)度與資源分配的優(yōu)化理論和過程模擬技術(shù)，應(yīng)用基于離散事件模擬理論和方法，分析施工過程中各種施工工序、施工資源與施工工期之間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)關(guān)系、以及各種不確定性和隨機(jī)性，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

4）將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度相鏈接，與施工資源和場地布置信息集成一體。提供基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的4D進(jìn)度管理、4D資源管理、4D施工場地管理和4D施工過程可視化模擬等功能，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理以及施工過程的4D可視化模擬。

5）對(duì)施工過程仿真及資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)概念及其理論實(shí)踐體系進(jìn)行系統(tǒng)分析，并使用Revit等軟件建立BIM模型，然后借助于Navisworks和Revit API分別對(duì)模型施工過程進(jìn)行真實(shí)的模擬再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM模型中特定信息的獲取以及施工過程的建筑構(gòu)件之間的碰撞檢測功能，從而優(yōu)化并獲得最佳施工方案，為施工階段提供很好的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

6）計(jì)算施工段及構(gòu)件的工程量以及相對(duì)施工進(jìn)度的人力、材料、機(jī)械消耗量和預(yù)算成本，進(jìn)行工程量完成情況、資源計(jì)劃和實(shí)際消耗等多方面的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)施工資源的4D動(dòng)態(tài)管理。

7）可進(jìn)行3D施工場地布置，自動(dòng)定義施工設(shè)施的4D屬性?？刹樵?cè)O(shè)施實(shí)體的名稱、類型以及計(jì)劃設(shè)置時(shí)間等施工屬性，并可進(jìn)行沖突檢查，將場地布置與施工進(jìn)度相對(duì)應(yīng)，形成4D動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場管理。

4.應(yīng)用前景與意義

4.1 提供信息資源利用的解決方案

將識(shí)別施工過程主要信息資源并建立標(biāo)準(zhǔn)信息資源模型；實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的管理和利用，為施工過程利用信息資源提供有效的解決途徑；通過建立4D模型，實(shí)現(xiàn)碰撞檢測與施工模擬展示、施工資源動(dòng)態(tài)管理、成本實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度控制、信息實(shí)時(shí)查詢、計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度對(duì)比分析以及整個(gè)施工過程4D可視化模擬。并相對(duì)施工進(jìn)度，進(jìn)行工程量及其人力、材料、機(jī)械、成本的計(jì)劃用量和實(shí)際消耗量的查詢及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)工程的3D場地布置和施工設(shè)施的信息查詢。

4.2 深化BIM技術(shù)在施工管理領(lǐng)域的應(yīng)用

分析和研究BIM在建筑施工中的應(yīng)用；然后通過專業(yè)建模軟件與軟件開發(fā)平臺(tái)相結(jié)合的方式，對(duì)虛擬施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)建筑施工過程的可視化仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)施工資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理；并結(jié)合二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)BIM模型中特定信息的獲取和構(gòu)件之間碰撞檢測功能，為建筑物的后續(xù)施工提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4.3 實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目資源動(dòng)態(tài)管理。本研究通過系統(tǒng)地分析施工項(xiàng)目信息資源，可為建筑施工管理提供詳實(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)，從而輔助提高施工項(xiàng)目管理決策水平，提高施工效益與競爭力。

4.4 通過將虛擬施工技術(shù)應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，可以在不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量的前提下利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑施工實(shí)際過程進(jìn)行三維模擬分析，加強(qiáng)對(duì)施工過程進(jìn)行事前控制和動(dòng)態(tài)管理，從而改進(jìn)和優(yōu)化施工方案，提升建筑行業(yè)的整體效益。

[1] 趙昂. BIM技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[D]. 重慶.重慶大學(xué)，2006

[2] 柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 西安. 西安建筑科技大學(xué)， 2012

[3] 彭鵬. 基于詳圖描述和建筑性能分析的BIM設(shè)計(jì)流程研究[D].武漢.華中科技大學(xué)，2010

[4] 王瑁. BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D]. 成都.西南交通大學(xué)，2011

[5] Deutsch. BIM and Integrated Design [M]. Randy Wiley， 2011

[6] Paul John. BIM for Facility Managers IFMA Teicholz [M]. Wiley & Sons Inc， 2013

5）基于4D動(dòng)態(tài)集成管理的虛擬施工：基于建筑施工4D信息模型，應(yīng)用系統(tǒng)集成和信息交換技術(shù)，將4D施工管理系統(tǒng)與虛擬施工系統(tǒng)無縫集成，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程中施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理。

2.3 基于BIM的4D建筑施工優(yōu)化功能構(gòu)建

1）基于BIM的施工優(yōu)化信息模型：利用IFC標(biāo)準(zhǔn)定義施工管理領(lǐng)域涉及的人力、機(jī)械、材料等資源信息模型，通過將資源信息模型與施工計(jì)劃、成本和施工場地信息模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和集成，構(gòu)建基于IFC的施工優(yōu)化信息模型，將充分利用BIM技術(shù)在信息集成和共享上的特點(diǎn)。利用一個(gè)施工優(yōu)化信息模型建模子系統(tǒng)，能夠從其他數(shù)據(jù)源中提取優(yōu)化信息模型所需要的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建施工優(yōu)化信息模型。

2）基于BIM和離散事件模擬的施工資源優(yōu)化：直接將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到基于離散事件模擬的施工優(yōu)化系統(tǒng)中，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

3）基于BIM的施工操作優(yōu)化：利用BIM中完整的三維空間坐標(biāo)信息，將設(shè)計(jì)與施工工序信息集成一體，綜合應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和4D模擬技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的施工操作優(yōu)化，可以應(yīng)用于大型構(gòu)件的吊裝定位和操作。

4）基于BIM的施工過程4D可視化模擬：通過基于4D技術(shù)的場地與機(jī)械設(shè)施動(dòng)態(tài)建模子系統(tǒng)，提供交互式場地與機(jī)械設(shè)施三維實(shí)體建模功能。并將施工資源優(yōu)化和施工操作優(yōu)化系統(tǒng)集成到4D施工管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)基于BIM和資源優(yōu)化的施工過程4D可視化模擬。

2.4 將資源管理細(xì)化到 WBS工序節(jié)點(diǎn)

WBS工序節(jié)點(diǎn)往往處于WBS樹狀結(jié)構(gòu)的葉端，并作為 WBS施工段節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。WBS工序節(jié)點(diǎn)是對(duì)施工具體工作內(nèi)容的分類與細(xì)化，沒有對(duì)應(yīng)的模型、沒有對(duì)應(yīng)的清單項(xiàng)目，難以計(jì)算其人、材、機(jī)資源的用量和成本，但是，只有將資源管理需要細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)，才能保障施工階段資源管理的準(zhǔn)確性和精細(xì)程度。根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》（GB50500-2013）將資源統(tǒng)一劃分和編碼，細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)也是本課題研究過程中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵。

3.應(yīng)用過程與效果

1）引入建筑業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)IFC（Industry Foundation Classes），建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑施工管理的數(shù)據(jù)描述，提供IFC文件解析器和基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口引擎，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工管理以及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息集成、交換和共享。

2） 應(yīng)用建筑信息模型BIM（Building Information Model）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的工程信息建模，建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的4D施工管理擴(kuò)展模型，將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，并與人力、材料、機(jī)械、成本等施工資源以及場地布置信息集成一體，形成多維信息管理。

3） 引入施工進(jìn)度與資源分配的優(yōu)化理論和過程模擬技術(shù)，應(yīng)用基于離散事件模擬理論和方法，分析施工過程中各種施工工序、施工資源與施工工期之間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)關(guān)系、以及各種不確定性和隨機(jī)性，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

4）將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度相鏈接，與施工資源和場地布置信息集成一體。提供基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的4D進(jìn)度管理、4D資源管理、4D施工場地管理和4D施工過程可視化模擬等功能，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理以及施工過程的4D可視化模擬。

5）對(duì)施工過程仿真及資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)概念及其理論實(shí)踐體系進(jìn)行系統(tǒng)分析，并使用Revit等軟件建立BIM模型，然后借助于Navisworks和Revit API分別對(duì)模型施工過程進(jìn)行真實(shí)的模擬再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM模型中特定信息的獲取以及施工過程的建筑構(gòu)件之間的碰撞檢測功能，從而優(yōu)化并獲得最佳施工方案，為施工階段提供很好的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

6）計(jì)算施工段及構(gòu)件的工程量以及相對(duì)施工進(jìn)度的人力、材料、機(jī)械消耗量和預(yù)算成本，進(jìn)行工程量完成情況、資源計(jì)劃和實(shí)際消耗等多方面的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)施工資源的4D動(dòng)態(tài)管理。

7）可進(jìn)行3D施工場地布置，自動(dòng)定義施工設(shè)施的4D屬性?？刹樵?cè)O(shè)施實(shí)體的名稱、類型以及計(jì)劃設(shè)置時(shí)間等施工屬性，并可進(jìn)行沖突檢查，將場地布置與施工進(jìn)度相對(duì)應(yīng)，形成4D動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場管理。

4.應(yīng)用前景與意義

4.1 提供信息資源利用的解決方案

將識(shí)別施工過程主要信息資源并建立標(biāo)準(zhǔn)信息資源模型；實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的管理和利用，為施工過程利用信息資源提供有效的解決途徑；通過建立4D模型，實(shí)現(xiàn)碰撞檢測與施工模擬展示、施工資源動(dòng)態(tài)管理、成本實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度控制、信息實(shí)時(shí)查詢、計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度對(duì)比分析以及整個(gè)施工過程4D可視化模擬。并相對(duì)施工進(jìn)度，進(jìn)行工程量及其人力、材料、機(jī)械、成本的計(jì)劃用量和實(shí)際消耗量的查詢及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)工程的3D場地布置和施工設(shè)施的信息查詢。

4.2 深化BIM技術(shù)在施工管理領(lǐng)域的應(yīng)用

分析和研究BIM在建筑施工中的應(yīng)用；然后通過專業(yè)建模軟件與軟件開發(fā)平臺(tái)相結(jié)合的方式，對(duì)虛擬施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)建筑施工過程的可視化仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)施工資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理；并結(jié)合二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)BIM模型中特定信息的獲取和構(gòu)件之間碰撞檢測功能，為建筑物的后續(xù)施工提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4.3 實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目資源動(dòng)態(tài)管理。本研究通過系統(tǒng)地分析施工項(xiàng)目信息資源，可為建筑施工管理提供詳實(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)，從而輔助提高施工項(xiàng)目管理決策水平，提高施工效益與競爭力。

4.4 通過將虛擬施工技術(shù)應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，可以在不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量的前提下利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑施工實(shí)際過程進(jìn)行三維模擬分析，加強(qiáng)對(duì)施工過程進(jìn)行事前控制和動(dòng)態(tài)管理，從而改進(jìn)和優(yōu)化施工方案，提升建筑行業(yè)的整體效益。

[1] 趙昂. BIM技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[D]. 重慶.重慶大學(xué)，2006

[2] 柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 西安. 西安建筑科技大學(xué)， 2012

[3] 彭鵬. 基于詳圖描述和建筑性能分析的BIM設(shè)計(jì)流程研究[D].武漢.華中科技大學(xué)，2010

[4] 王瑁. BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D]. 成都.西南交通大學(xué)，2011

[5] Deutsch. BIM and Integrated Design [M]. Randy Wiley， 2011

[6] Paul John. BIM for Facility Managers IFMA Teicholz [M]. Wiley & Sons Inc， 2013

5）基于4D動(dòng)態(tài)集成管理的虛擬施工：基于建筑施工4D信息模型，應(yīng)用系統(tǒng)集成和信息交換技術(shù)，將4D施工管理系統(tǒng)與虛擬施工系統(tǒng)無縫集成，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程中施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理。

2.3 基于BIM的4D建筑施工優(yōu)化功能構(gòu)建

1）基于BIM的施工優(yōu)化信息模型：利用IFC標(biāo)準(zhǔn)定義施工管理領(lǐng)域涉及的人力、機(jī)械、材料等資源信息模型，通過將資源信息模型與施工計(jì)劃、成本和施工場地信息模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和集成，構(gòu)建基于IFC的施工優(yōu)化信息模型，將充分利用BIM技術(shù)在信息集成和共享上的特點(diǎn)。利用一個(gè)施工優(yōu)化信息模型建模子系統(tǒng)，能夠從其他數(shù)據(jù)源中提取優(yōu)化信息模型所需要的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建施工優(yōu)化信息模型。

2）基于BIM和離散事件模擬的施工資源優(yōu)化：直接將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到基于離散事件模擬的施工優(yōu)化系統(tǒng)中，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

3）基于BIM的施工操作優(yōu)化：利用BIM中完整的三維空間坐標(biāo)信息，將設(shè)計(jì)與施工工序信息集成一體，綜合應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和4D模擬技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的施工操作優(yōu)化，可以應(yīng)用于大型構(gòu)件的吊裝定位和操作。

4）基于BIM的施工過程4D可視化模擬：通過基于4D技術(shù)的場地與機(jī)械設(shè)施動(dòng)態(tài)建模子系統(tǒng)，提供交互式場地與機(jī)械設(shè)施三維實(shí)體建模功能。并將施工資源優(yōu)化和施工操作優(yōu)化系統(tǒng)集成到4D施工管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)基于BIM和資源優(yōu)化的施工過程4D可視化模擬。

2.4 將資源管理細(xì)化到 WBS工序節(jié)點(diǎn)

WBS工序節(jié)點(diǎn)往往處于WBS樹狀結(jié)構(gòu)的葉端，并作為 WBS施工段節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。WBS工序節(jié)點(diǎn)是對(duì)施工具體工作內(nèi)容的分類與細(xì)化，沒有對(duì)應(yīng)的模型、沒有對(duì)應(yīng)的清單項(xiàng)目，難以計(jì)算其人、材、機(jī)資源的用量和成本，但是，只有將資源管理需要細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)，才能保障施工階段資源管理的準(zhǔn)確性和精細(xì)程度。根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》（GB50500-2013）將資源統(tǒng)一劃分和編碼，細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)也是本課題研究過程中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵。

3.應(yīng)用過程與效果

1）引入建筑業(yè)國際標(biāo)準(zhǔn)IFC（Industry Foundation Classes），建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑施工管理的數(shù)據(jù)描述，提供IFC文件解析器和基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口引擎，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工管理以及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息集成、交換和共享。

2） 應(yīng)用建筑信息模型BIM（Building Information Model）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的工程信息建模，建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的4D施工管理擴(kuò)展模型，將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，并與人力、材料、機(jī)械、成本等施工資源以及場地布置信息集成一體，形成多維信息管理。

3） 引入施工進(jìn)度與資源分配的優(yōu)化理論和過程模擬技術(shù)，應(yīng)用基于離散事件模擬理論和方法，分析施工過程中各種施工工序、施工資源與施工工期之間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)關(guān)系、以及各種不確定性和隨機(jī)性，通過對(duì)各項(xiàng)工序的模擬計(jì)算，得出工序工期、人力、機(jī)械、場地等資源的占用情況，對(duì)施工工期、資源配置以及場地布置進(jìn)行優(yōu)化。

4）將建筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度相鏈接，與施工資源和場地布置信息集成一體。提供基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的4D進(jìn)度管理、4D資源管理、4D施工場地管理和4D施工過程可視化模擬等功能，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的4D動(dòng)態(tài)集成管理以及施工過程的4D可視化模擬。

5）對(duì)施工過程仿真及資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)概念及其理論實(shí)踐體系進(jìn)行系統(tǒng)分析，并使用Revit等軟件建立BIM模型，然后借助于Navisworks和Revit API分別對(duì)模型施工過程進(jìn)行真實(shí)的模擬再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM模型中特定信息的獲取以及施工過程的建筑構(gòu)件之間的碰撞檢測功能，從而優(yōu)化并獲得最佳施工方案，為施工階段提供很好的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

6）計(jì)算施工段及構(gòu)件的工程量以及相對(duì)施工進(jìn)度的人力、材料、機(jī)械消耗量和預(yù)算成本，進(jìn)行工程量完成情況、資源計(jì)劃和實(shí)際消耗等多方面的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)施工資源的4D動(dòng)態(tài)管理。

7）可進(jìn)行3D施工場地布置，自動(dòng)定義施工設(shè)施的4D屬性。可查詢?cè)O(shè)施實(shí)體的名稱、類型以及計(jì)劃設(shè)置時(shí)間等施工屬性，并可進(jìn)行沖突檢查，將場地布置與施工進(jìn)度相對(duì)應(yīng)，形成4D動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場管理。

4.應(yīng)用前景與意義

4.1 提供信息資源利用的解決方案

將識(shí)別施工過程主要信息資源并建立標(biāo)準(zhǔn)信息資源模型；實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的管理和利用，為施工過程利用信息資源提供有效的解決途徑；通過建立4D模型，實(shí)現(xiàn)碰撞檢測與施工模擬展示、施工資源動(dòng)態(tài)管理、成本實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度控制、信息實(shí)時(shí)查詢、計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度對(duì)比分析以及整個(gè)施工過程4D可視化模擬。并相對(duì)施工進(jìn)度，進(jìn)行工程量及其人力、材料、機(jī)械、成本的計(jì)劃用量和實(shí)際消耗量的查詢及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)工程的3D場地布置和施工設(shè)施的信息查詢。

4.2 深化BIM技術(shù)在施工管理領(lǐng)域的應(yīng)用

分析和研究BIM在建筑施工中的應(yīng)用；然后通過專業(yè)建模軟件與軟件開發(fā)平臺(tái)相結(jié)合的方式，對(duì)虛擬施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)建筑施工過程的可視化仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)施工資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理；并結(jié)合二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)BIM模型中特定信息的獲取和構(gòu)件之間碰撞檢測功能，為建筑物的后續(xù)施工提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4.3 實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目資源動(dòng)態(tài)管理。本研究通過系統(tǒng)地分析施工項(xiàng)目信息資源，可為建筑施工管理提供詳實(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)，從而輔助提高施工項(xiàng)目管理決策水平，提高施工效益與競爭力。

4.4 通過將虛擬施工技術(shù)應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，可以在不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量的前提下利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑施工實(shí)際過程進(jìn)行三維模擬分析，加強(qiáng)對(duì)施工過程進(jìn)行事前控制和動(dòng)態(tài)管理，從而改進(jìn)和優(yōu)化施工方案，提升建筑行業(yè)的整體效益。

[1] 趙昂. BIM技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[D]. 重慶.重慶大學(xué)，2006

[2] 柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 西安. 西安建筑科技大學(xué)， 2012

[3] 彭鵬. 基于詳圖描述和建筑性能分析的BIM設(shè)計(jì)流程研究[D].武漢.華中科技大學(xué)，2010

[4] 王瑁. BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D]. 成都.西南交通大學(xué)，2011

[5] Deutsch. BIM and Integrated Design [M]. Randy Wiley， 2011

[6] Paul John. BIM for Facility Managers IFMA Teicholz [M]. Wiley & Sons Inc， 2013