4D施工進度模擬技術在施工管理中的應用研究

　　據環衛部門提供的數據，2013 年以來鄭州市城市生活垃圾人均日產生量約0.8千克，年增長率為2%-5%。目前每天生活垃圾產生量已超過7000 噸，且隨著城市規模的擴大，產生的生活垃圾量仍然會繼續增加，而且伴隨著社會主義新農村的建設大潮，城鎮居民數量會快速增長，生活垃圾清運范圍也由原來的市區逐步發展到市城各鄉鎮，生活垃圾收運量也會大幅度提高。隨之而來的城鎮環境問題特別是城市生活垃圾處理問題也變的越來越嚴重，因此急需建設一座以焚燒發電方式處理生活垃圾的發電廠，預防“垃圾圍城”現象的發生。

　　為確保垃圾焚燒發電廠工程項目的順利實施，在項目實施過程中，引入BIM技術，實現項目實施階段工程成本、進度、質量和安全的集成化信息管理，提高現場精細化管理程度。為保證建設項目管理目標的實現，如何控制好進度管理目標在項目管理中尤為重要，而進度優化是進度控制的關鍵?；贐IM技術的4D施工進度模擬可實現進度計劃與工程構件的動態鏈接，通過甘特圖及三維動畫演示等多種形式直觀地表達施工進度計劃和施工過程，為工程項目的管理人員直觀了解工程項目情況提供了便捷的工具。

　　本文從BIM技術的功能性出發，結合相關研究經驗與垃圾電站施工工程的實際應用，剖析了BIM技術在施工管理中的應用方法及應用價值，詳細闡述了基于BIM技術的4D施工進度模擬在施工進度管理中的應用過程，為進一步揭示和挖掘BIM技術在項目施工過程中的應用潛力提供參考。

　　2工程概況

　　鄭州(東部)環保能源工程是河南省、鄭州市重點建設工程，該工程由鄭州公用事業投資發展集團有限公司的子公司——鄭州東興環保能源有限公司投資建設。該工程占地約232畝，項目新建日處理能力為4000噸的生活垃圾焚燒發電廠，配套建設飛灰穩定化處理工程、煙氣處理設施、滲濾液處理工程等;采用6條700噸/日的機械爐排爐焚煉金線，中溫400℃、中壓4MPa余熱鍋爐，配套3臺30MW汽輪發電機組，投產后年發電量近4億度，供熱能力約160萬平方米，是目前中國東部地區規模最大的垃圾焚燒發電項目。

　　3基于BIM技術的4D施工進度模擬

　　4D施工進度模擬技術可以將施工網絡計劃和基于BIM技術所創建的3D模型鏈接而產生4D的施工進度模擬，即利用施工模擬軟件對帶有工程信息的3D模型附加以時間的維度，通過WBS任務管理將信息模型以可視化建筑構件的形象進行虛擬建造，進而來顯示整個項目的建造過程?；贐IM技術的施工進度管理流程如圖1所示。

　　基于BIM技術的4D施工模擬技術應用在項目施工階段的優越性主要體現在以下幾個方面：

　　(1)可實現對項目進度的精確計劃，實時跟蹤工程項目的實際進度，并通過計劃進度與實際進度進行比較，及時分析偏差對工期的影響程度以及產生的原因，采取有效措施，實現對項目進度的控制，保證項目能按時竣工。

　　(2)動態地分配各種施工資源和場地，4D施工進度模擬可以通過模擬整個項目的施工過程，有效的幫助項目管理者合理安排施工現場的資源配置和施工場地布置。

　　(3)優化專項重要重大技術方案，對需要做專家論證的專項方案進行篩選，并從中選出最優方案進行預演，通過模擬動畫將細部重要節點立體顯示，進而實現對施工現場可視化技術交底，使施工人員可以直觀地理解交底意圖。

　　4 創建參數化BIM模型

　　建筑的基本信息是通過建筑模型數字化表達來實現的，一個模型的建模精細度取決于預定的建模目的，建模目的不同決定了所建模型的不同特點和詳細程度。根據垃圾焚燒發電項目的實際需求制定滿足模型應用要求的建模深度標準。在施工階段，首先根據設計院提供CAD圖紙進行翻模，建模的精細程度應該滿足系統應用的功能需求，確?，F場施工與模型一致。施工模型是建筑構件詳細程度較高的模型，可直接表現建筑物不同系統構件的細節信息，能夠更好地服務于建筑施工。為了進行4D施工進度模擬，施工模型中的建筑構件對象需要與進度計劃中的作業活動相對應而進行細分。模型的細分和模擬過程密切相關，是進行4D模擬的一個先決條件。例如，要進行垃圾池混凝土澆筑的4D模擬，需要將此樓層混凝土構件根據相應的澆筑次序細分為混凝土柱、混凝土墻以及經過劃分的樓板區段。根據進度計劃，將細分后的模型構件按次序裝配集成的過程就是能看到的4D模擬過程。

　　本項目建模任務主要包括卸料大廳、垃圾池、汽機廠房、主控室等全場模型，主要使用Bentley AECOsim Building Designer建模軟件對項目結構、建筑等部位進行參數化模型的創建。

　　4.1結構模型

　　結構模型一般包括梁、柱、板、剪力墻以及其他砼結構，結構建模主要是按照先樁、基礎、基礎梁、柱、梁、板的順序進行建模，為了方便后期組合參考引用結構模型，建模的過程中構件的命名需要按照規范統一格式命名，如施工區域+建筑名稱+結構類型+標準層，使其一目了然，各構件命名必須自始至終保持一致。

　　4.2建筑模型

　　建筑建模主要包括樓梯創建、墻體建模和窗的放置等建筑構件，各構件編號及命名應該按照規定的命名規范進行命名。比如對墻體分為內墻、外墻、剪力墻以及幕墻等。5 創建4D施工進度模擬

　　5.1 進度計劃的編制與任務關聯

　　本項目進度目標WBS任務分解和細化參考鄭州(東部)環保能源工程主廠房建筑安裝工程及廠區道路工程施工進度計劃二級網絡圖進行編制，并以實現進度目標的里程碑事件的進度目標作為進度控制的依據。施工進度模擬的實現是通過WBS任務與參數化建筑模型鏈接來實施的，本項目使用 Synchro 4D施工進度模擬軟件創建工程的施工任務，并設定好各工作任務之間的映射關系，軟件自動生成甘特圖，如圖5所示。進度任務安排和建筑施工模型的構件對象一一對應，運用Synchro軟件將細分的工作任務在4D進度模擬中顯現出來，實現建筑模型與施工任務、甘特圖的完全對接，整個進度計劃就是4D模擬需要展示的全部內容。

　　5.2 4D進度模擬過程

　　4D進度模擬是在制定的施工進度計劃和建筑模型之間建立關聯關系，并依據時間信息給定合理的施工次序使其在可視化環境中演示出來的過程。為了更好的展示模擬效果，可以為構件的出現添加動畫，設置顯現方式、顏色以及播放的時間長短等。施工進度模擬的創建過程包括:

　　(1)將垃圾焚燒發電項目全場施工任務進行WBS任務分解和細分，創建符合施工次序的施工網絡計劃，以年、月、日為時間單位，軟件自動生成工作任務結構圖。

　　(2)將細分后的WBS任務關聯各個施工構件模型，使進度計劃與建筑構件一一對應，添加動畫編輯器，使施工次序按照不同的時間間隔進行正序的模擬或者是逆序的模擬，形象地反映整個施工的進度。

　　(2)如果施工過程需要對進度計劃進行修改，軟件會隨著施工時間的更改，對工作任務窗格進行更新，并即時更改當前狀態和調整任務計劃。

　　(3)三維模型上的不同顏色代表不同工序，不同的施工部位可根據實際需求設置構件的顯現狀態，本項目在建的部位表現為綠色，建造完成以后綠色消失表現為建筑真實的顏色。

　　6 4D施工進度模擬應用分析

　　在垃圾焚燒發電項目實施進度管理的時候需要協同設計、協同施工能力，BIM技術作為建筑業的一場新革命，作用之一是提供協同管理工作平臺，在項目實施的過程中采用Bentley ProjectWise辦公協同平臺，對各參與方的海量BIM及圖檔信息進行統一集中管理。同時，BIM可視化、參數化、信息傳遞快捷等特點也會在全過程項目管理中得到體現?；贐IM技術的4D施工進度模擬技術在本項目上的應用，其方法要點主要表現為以下幾個方面：

　　(1)將4D施工進度模擬技術融入到現場施工管理中，將臨時措施融入結構設計，避免現場返工;

　　(2)通過創建BIM模型進行施工模擬，在不影響建筑效果的情況下，對建筑設計方案進行修改優化，減少或者消除施工難度大、施工技術要求高的節點。

　　(3)充分考慮各專業施工的便捷性，減少交叉作業，降低運作成本;

　　(4)落實圖紙和設備交付進度，避免二次倒運，影響工期;

　　(5)充分考慮施工部署及總體安排，施工時構件的空間位置較難把握，合理安排施工機械的擺放，為施工工序轉換提供保障措施;

　　7 總結

　　4D施工進度模擬技術應用在施工階段，可以在很大程度上解決由于項目設計復雜、工期緊張等帶來的項目施工管理方面的問題，有效提高了項目的溝通效率和管理水平。本項目是公司的BIM重點試點項目，下一步將深入探索BIM應用模式，積累成功經驗，后期還將通過全專業BIM模型的創建，對設計進行功能、系統等各方面的優化和精細化管理，探索BIM技術與新管理模式的結合方式，為業內提供可借鑒經驗。

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