舒 暢，陳甫亮（ 湖南城市學(xué)院，湖南 益陽 43000； 長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 404）

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基于BIM技術(shù)的施工方案優(yōu)化研究

舒 暢1，陳甫亮2
（1 湖南城市學(xué)院，湖南 益陽 413000；2 長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114）

摘 要：隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的以二維方式表現(xiàn)的施工方案已經(jīng)無法滿足使用需求。本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過引入虛擬施工的概念，將BIM技術(shù)與虛擬施工結(jié)合在一起。通過對施工方案的分析研究，總結(jié)了施工方案的評價指標(biāo)體系與優(yōu)化方法。用Revit系列三維建模軟件和NavisWorks模擬施工軟件進(jìn)行3D建模，并通過相關(guān)的信息模型從可視化協(xié)助施工和碰撞檢測這兩個角度進(jìn)行施工方案進(jìn)行分析與研究，實(shí)現(xiàn)了施工方案的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；虛擬施工；三維模型；施工方案優(yōu)化

建 筑信 息 模 型 （ Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是使用數(shù)字化的表示方式，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成工程項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計、建造和運(yùn)營管理［1］。BIM技術(shù)正在引發(fā)工程建設(shè)行業(yè)一次史無前例的徹底變革，并給采用該模型的建筑企業(yè)帶來極大的新增價值［2］。本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過引入虛擬施工的概念，將BIM技術(shù)與虛擬施工結(jié)合在一起，用三維建模軟件和模擬施工軟件進(jìn)行3D建模，以確保設(shè)計與施工方案的可行性，提高項(xiàng)目的生產(chǎn)效率。

1　BIM技術(shù)與虛擬施工

1.1BIM技術(shù)的概念及其特點(diǎn)

BIM 最初發(fā)源于上世紀(jì) 70年代的美國，Chuck Eastman提出：將一個建筑建設(shè)項(xiàng)目的所有信息綜合

在一個單一的模型中，其中包含了幾何特性、構(gòu)建信息以及功能要求等。這個模型的信息還包括了施工進(jìn)度和建造過程的過程控制信息［3］。

BIM支持項(xiàng)目設(shè)計、施工、運(yùn)營、維護(hù)全生命周期，通過參數(shù)化的建模方式將建設(shè)項(xiàng)目中建筑、結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備等一系列相關(guān)建筑信息輸入BIM模型中，構(gòu)成一個信息載體。通過BIM技術(shù)的3D表達(dá)，能幫助項(xiàng)目各參與方更好地理解建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計情況，理解設(shè)計意圖，檢查設(shè)計空間的碰撞情況。

BIM技術(shù)相比常規(guī)的建造模式在各方面具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如表1.1所示：

表1.1　BIM技術(shù)與常規(guī)建造模式的比較

1.2虛擬施工技術(shù)的定義與特點(diǎn)

虛擬施工是由虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真技術(shù)組合而成。虛擬現(xiàn)實(shí)以一種綜合的方法融入了多種技術(shù)，包括建模技術(shù)、聲音模擬技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)、智能反饋技術(shù)、智能交互技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)［4］。通俗一點(diǎn)說就是在多維的信息空間中，將用戶放置于一個虛擬的環(huán)境下，使其有身臨其境的感覺。仿真技術(shù)是以計算機(jī)和多種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型，對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)研究的一門新型技術(shù)［5］。結(jié)合施工過程的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真內(nèi)力分析計算技術(shù)作用于優(yōu)化施工方案的整個過程就是虛擬施工［6］。

虛擬施工的特點(diǎn)包括：

（1）先試后建。正是因?yàn)樗@一特點(diǎn)大大降低了施工過程中的返工率，節(jié)約成本。

（2）分析與優(yōu)化。對設(shè)計進(jìn)行分析與優(yōu)化，確保可施工性。

1.3基于BIM的虛擬施工技術(shù)

以大型數(shù)據(jù)庫為核心構(gòu)建的BIM信息模型，為虛擬施工提供了一個工作平臺?；贐IM平臺的虛擬施工，不僅能夠提前發(fā)現(xiàn)具體項(xiàng)目中的各種設(shè)計施工以及運(yùn)營管理上的問題，還可以實(shí)現(xiàn)各種信息資源的一體化項(xiàng)目管理，有效提高項(xiàng)目管理水平。

BIM的載體是模型，核心是信息，其本質(zhì)就是面向全過程的信息整合平臺。隨著BIM的不斷成熟，將BIM技術(shù)與虛擬施工技術(shù)相結(jié)合，利用BIM技術(shù)，在虛擬環(huán)境中建模、模擬、分析設(shè)計與施工過程的數(shù)字化、可視化技術(shù)。通過虛擬施工，可以優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計、優(yōu)化施工過程、優(yōu)化施工管理，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計和施工或的問題，通過模擬找到解決方法，進(jìn)而確定最佳設(shè)計和施工方案，用于指導(dǎo)真實(shí)的施工。基于BIM的虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用將大大降低建設(shè)、運(yùn)營和管理成本。

2　施工方案評價與優(yōu)化

作為施工組織設(shè)計的核心，施工方案是否合理與工程成本的高低、工期以及施工的質(zhì)量等方面有著密切的聯(lián)系。對于施工方來說，一個好的施工方案能保證工程的順利中標(biāo)和施工建設(shè)有序的進(jìn)行。施工方案的內(nèi)容包括：施工順序安排、施工機(jī)械選擇、施工方法的確定、施工方案選擇的原則以及評價施工方案的指標(biāo)等。

2.1施工方案的評價指標(biāo)

項(xiàng)目的建設(shè)過程中包含了許多的工種和工程，在施工組織時可以采用不同的施工方法和施工順序來實(shí)現(xiàn)，不同工種之間的配合也可以通過不同的組織方法來實(shí)現(xiàn)。為得到最符合該項(xiàng)目的最優(yōu)施工方案，可以將幾個可行的施工方案放在特定的經(jīng)濟(jì)背景下，考慮各種與項(xiàng)目相關(guān)的因素，考察其未來的效果，進(jìn)行綜合評價。

根據(jù)建筑施工的特點(diǎn)，總結(jié)出施工方案的評價指標(biāo)可以分為兩級，第一級指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、質(zhì)量安全指標(biāo)、施工技術(shù)指標(biāo)和工期指標(biāo)。第二級指標(biāo)包含：人工費(fèi)、施工機(jī)具使用費(fèi)、材料費(fèi)、其他費(fèi)用、質(zhì)量保證程度、安全保證程度、文明施工程度、施工工藝、施工機(jī)械化程度、進(jìn)度計劃、工期和工期保證程度總共12項(xiàng)分指標(biāo)。

2.2施工方案的評價與優(yōu)化方法

施工方案的指標(biāo)分為上述12個具體的指標(biāo)，利用這些指標(biāo)來評價施工方案，一般來講有定性評價、定量評價和綜合評判三種方法。

（1）定性評價。當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目施工方案的某些評價指標(biāo)無法用具體的數(shù)目來表達(dá)或者獲得具體數(shù)據(jù)較為困難時，可使用定性分析評價施工方案的好壞。

（2）定量評價。對于人工費(fèi)﹑機(jī)械費(fèi)﹑材料費(fèi)、其他費(fèi)用以及工期這些指標(biāo)都是具體的數(shù)字指標(biāo)，可以用數(shù)量指標(biāo)衡量進(jìn)行對比分析得出某項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)方案。

（3）綜合評判。施工方案的評價是一個多目標(biāo)決策過程，必須按照多目標(biāo)決策分析原理和方法對經(jīng)濟(jì)﹑質(zhì)量安全等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面綜合的分析。首先應(yīng)該對定性的指標(biāo)進(jìn)行量化，通過引入“專家評分法”對各定性指標(biāo)進(jìn)行處理。

各個指標(biāo)對于工程的影響程度是不同的，為了能夠更好地優(yōu)化施工方案引入了“權(quán)重”。權(quán)重表示在評價過程中，被評價對象的不同側(cè)面的重要程度的定量分配，對各評價因子在總體評價中的作用進(jìn)行區(qū)別對待。

施工方案的優(yōu)化主要涉及兩個層面：一是對方案指標(biāo)（包括、質(zhì)量、安全和成本等）的優(yōu)化；二是對施工程序、施工順序、施工方法等具體內(nèi)容的優(yōu)化［7］。

目前，國內(nèi)外常用的優(yōu)化方法有：定性分析的方法、功能評價系數(shù)法、施工方案綜合評價法、運(yùn)籌學(xué)優(yōu)選法、模糊數(shù)學(xué)優(yōu)選法等［8］。

3　基于BIM技術(shù)的施工方案模擬與優(yōu)化

3.1三維模型的建立

運(yùn)用Autodesk公司旗下的BIM核心建模軟件Revit進(jìn)行建筑物的三維建模。該系列軟件包含Revit architecture（建筑）、Revit structure（結(jié)構(gòu)）和Revit MEP（機(jī)電）三種軟件。

首先，通過Revit architecture和Revit structure分別建立起該建筑物的建筑圖和結(jié)構(gòu)圖并進(jìn)行渲染，如圖3.1、圖3.2所示：

圖3.1　三維建筑模型

圖3.2　三維建筑模型

然后根據(jù)會議中心的建筑模型的相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用Revit MEP軟件得出建筑物的機(jī)電模型。

最后運(yùn)用NavisWorks Manage整合分析軟件將建筑、機(jī)電、結(jié)構(gòu)整合到一張圖上顯示出來，形成完整的三維模型。

3.2施工方案的分析與優(yōu)化

（1）可視化協(xié)助施工。與以往按照二維施工圖進(jìn)行施工不一樣，基于 BIM 三維模型的施工可以提前對建成后的效果進(jìn)行感受，能使建造人員對所建建筑有一個整體的把握。在NavisWorks中通過使用“第三人行走”和漫游的方式實(shí)現(xiàn)所建項(xiàng)目內(nèi)部可視化。

通過人在房間漫游行走并可以按照人的視點(diǎn)做成一個視頻，通過對視頻的觀看可以間接檢查管線的碰撞問題和熟悉建筑的大體布局。

（2）碰撞檢測。碰撞檢測就是在電腦上提前對不同專業(yè)組合而成的三維建筑信息模型進(jìn)行空間上的碰撞沖突檢測?？梢栽谑┕で斑M(jìn)行三維模型碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)問題并對碰撞點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記和標(biāo)注，通過業(yè)主方，要求設(shè)計單位進(jìn)行更改，避免了施工方因?yàn)橹型驹O(shè)計變更導(dǎo)致進(jìn)度、人力以及成本的損失。

最后通過外部接口導(dǎo)出測試報告，作為原設(shè)計需要變更的依據(jù)發(fā)給設(shè)計單位進(jìn)行整改。

4　結(jié)論

4.1研究了基于BIM的虛擬施工技術(shù)，分別總結(jié)了 BIM技術(shù)和虛擬施工技術(shù)的特點(diǎn)以及目前的運(yùn)用情況，闡述了基于BIM的虛擬施工技術(shù)的具體運(yùn)用原理和應(yīng)用范圍。

4.2通過對施工方案的分析研究，得出了評價施工方案的12個指標(biāo)，使用專家打分法將指標(biāo)進(jìn)行量化，根據(jù)指標(biāo)的重要程度附上相應(yīng)的權(quán)重值。同時也總結(jié)了工程常用優(yōu)化方法。

4.3結(jié)合案例運(yùn)用 Revit系列三維建模軟件和 NavisWorks模擬施工軟件建立了建筑物的三維模型，并通過NavisWorks軟件對Revit建立的模型進(jìn)行整合。

參考文獻(xiàn)

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［8］邱苑華. 項(xiàng)目管理學(xué)—工程管理理論、方法與實(shí)踐［M］.北京:科學(xué)出版社， 2001.

（責(zé)任編輯：張時瑋）

中圖分類號：U415.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.002

文章編號：1672–7304（2016）01–0005–03

作者簡介：舒暢（1988-），女，湖南益陽人，研究方向：工程結(jié)構(gòu)及工程管理。

Construction Program Optimization Research Based on BIM Virtual Construction Technology

SHU Chang1，CHEN Fu-liang2
（1.Hunan City University，Yiyang，Hunan，413000；2.Changsha University of Sic& Tech， Changsha， Hunan， 410114）

Abstract:With the rapid development of architecture， the conventional construction program which is presented with 2D drawings is out of date and cannot meet the engineering requirement. Based on BIM technology，by introducing the concept of virtual construction，combine the BIM technology and virtual construction together. Analyze the construction program and summarize the assessment system as well as optimization methods. Use a series of Revit 3d modeling software and NavisWorks construction simulation software for 3D modeling. Analyze and optimize the construction program through model visualization assisted construction and collision detection from information model.

Keywords:BIM technology；Virtual Construction；Construction Program Optimization； 3D molding