4D施工進度模擬技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用研究

 

　　關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；4D施工進度模擬；施工管理

 

 

　　據(jù)環(huán)衛(wèi)部門提供的數(shù)據(jù)，2013年以來鄭州市城市生活垃圾人均日產(chǎn)生量約0.8千克，年增長率為2%-5%。目前每天生活垃圾產(chǎn)生量已超過7000噸，且隨著城市規(guī)模的擴大，產(chǎn)生的生活垃圾量仍然會繼續(xù)增加，而且伴隨著社會主義新農(nóng)村的建設(shè)大潮，城鎮(zhèn)居民數(shù)量會快速增長，生活垃圾清運范圍也由原來的市區(qū)逐步發(fā)展到市城各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生活垃圾收運量也會大幅度提高。隨之而來的城鎮(zhèn)環(huán)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(shè)一座以焚燒發(fā)電方式處理生活垃圾的發(fā)電廠，預(yù)防“垃圾圍城”現(xiàn)象的發(fā)生。

 

　　為確保垃圾焚燒發(fā)電廠工程項目的順利實施，在項目實施過程中，引入BIM技術(shù)，實現(xiàn)項目實施階段工程成本、進度、質(zhì)量和安全的集成化信息管理，提高現(xiàn)場精細化管理程度。為保證建設(shè)項目管理目標的實現(xiàn)，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(yōu)化是進度控制的關(guān)鍵?；贐IM技術(shù)的4D施工進度模擬可實現(xiàn)進度計劃與工程構(gòu)件的動態(tài)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(shù)的功能性出發(fā)，結(jié)合相關(guān)研究經(jīng)驗與垃圾電站施工工程的實際應(yīng)用，剖析了BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用方法及應(yīng)用價值，詳細闡述了基于BIM技術(shù)的4D施工進度模擬在施工進度管理中的應(yīng)用過程，為進一步揭示和挖掘BIM技術(shù)在項目施工過程中的應(yīng)用潛力提供參考。

 

 

　　鄭州（東部）環(huán)保能源工程是河南省、鄭州市重點建設(shè)工程，該工程由鄭州公用事業(yè)投資發(fā)展集團有限公司的子公司——鄭州東興環(huán)保能源有限公司投資建設(shè)。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(fā)電廠，配套建設(shè)飛灰穩(wěn)定化處理工程、煙氣處理設(shè)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(fā)電機組，投產(chǎn)后年發(fā)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(qū)規(guī)模最大的垃圾焚燒發(fā)電項目。

 

 

　　4D施工進度模擬技術(shù)可以將施工網(wǎng)絡(luò)計劃和基于BIM技術(shù)所創(chuàng)建的3D模型鏈接而產(chǎn)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(wù)管理將信息模型以可視化建筑構(gòu)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(shù)的施工進度管理流程如圖1所示。

 

　　基于BIM技術(shù)的4D施工模擬技術(shù)應(yīng)用在項目施工階段的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

 

　　（1）可實現(xiàn)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(chǎn)生的原因，采取有效措施，實現(xiàn)對項目進度的控制，保證項目能按時竣工。

 

　?。?）動態(tài)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(xiàn)場的資源配置和施工場地布置。

 

　?。?）優(yōu)化專項重要重大技術(shù)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(yōu)方案進行預(yù)演，通過模擬動畫將細部重要節(jié)點立體顯示，進而實現(xiàn)對施工現(xiàn)場可視化技術(shù)交底，使施工人員可以直觀地理解交底意圖。

 

 

　　建筑的基本信息是通過建筑模型數(shù)字化表達來實現(xiàn)的，一個模型的建模精細度取決于預(yù)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(jù)垃圾焚燒發(fā)電項目的實際需求制定滿足模型應(yīng)用要求的建模深度標準。在施工階段，首先根據(jù)設(shè)計院提供CAD圖紙進行翻模，建模的精細程度應(yīng)該滿足系統(tǒng)應(yīng)用的功能需求，確保現(xiàn)場施工與模型一致。施工模型是建筑構(gòu)件詳細程度較高的模型，可直接表現(xiàn)建筑物不同系統(tǒng)構(gòu)件的細節(jié)信息，能夠更好地服務(wù)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(gòu)件對象需要與進度計劃中的作業(yè)活動相對應(yīng)而進行細分。模型的細分和模擬過程密切相關(guān)，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(gòu)件根據(jù)相應(yīng)的澆筑次序細分為混凝土柱、混凝土墻以及經(jīng)過劃分的樓板區(qū)段。根據(jù)進度計劃，將細分后的模型構(gòu)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(wù)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BentleyAECOsimBuildingDesigner建模軟件對項目結(jié)構(gòu)、建筑等部位進行參數(shù)化模型的創(chuàng)建。

 

 

　　結(jié)構(gòu)模型一般包括梁、柱、板、剪力墻以及其他砼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)建模主要是按照先樁、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)梁、柱、梁、板的順序進行建模，為了方便后期組合參考引用結(jié)構(gòu)模型，建模的過程中構(gòu)件的命名需要按照規(guī)范統(tǒng)一格式命名，如施工區(qū)域+建筑名稱+結(jié)構(gòu)類型+標準層，使其一目了然，各構(gòu)件命名必須自始至終保持一致，如圖2和圖3所示。

 

 

 

　　建筑建模主要包括樓梯創(chuàng)建、墻體建模和窗的放置等建筑構(gòu)件，各構(gòu)件編號及命名應(yīng)該按照規(guī)定的命名規(guī)范進行命名。比如對墻體分為內(nèi)墻、外墻、剪力墻以及幕墻等，汽機廠房組合模型如圖4。

 

 

 

　　本項目進度目標WBS任務(wù)分解和細化參考鄭州（東部）環(huán)保能源工程主廠房建筑安裝工程及廠區(qū)道路工程施工進度計劃二級網(wǎng)絡(luò)圖進行編制，并以實現(xiàn)進度目標的里程碑事件的進度目標作為進度控制的依據(jù)。施工進度模擬的實現(xiàn)是通過WBS任務(wù)與參數(shù)化建筑模型鏈接來實施的，本項目使用Synchro4D施工進度模擬軟件創(chuàng)建工程的施工任務(wù)，并設(shè)定好各工作任務(wù)之間的映射關(guān)系，軟件自動生成甘特圖，如圖5所示。進度任務(wù)安排和建筑施工模型的構(gòu)件對象一一對應(yīng)，運用Synchro軟件將細分的工作任務(wù)在4D進度模擬中顯現(xiàn)出來，實現(xiàn)建筑模型與施工任務(wù)、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(nèi)容,如圖6所示。

 

 

　　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(guān)聯(lián)關(guān)系，并依據(jù)時間信息給定合理的施工次序使其在可視化環(huán)境中演示出來的過程。為了更好的展示模擬效果，可以為構(gòu)件的出現(xiàn)添加動畫，設(shè)置顯現(xiàn)方式、顏色以及播放的時間長短等。施工進度模擬的創(chuàng)建過程包括:

 

　?。?）將垃圾焚燒發(fā)電項目全場施工任務(wù)進行WBS任務(wù)分解和細分，創(chuàng)建符合施工次序的施工網(wǎng)絡(luò)計劃，以年、月、日為時間單位，軟件自動生成工作任務(wù)結(jié)構(gòu)圖。

 

　　（2）將細分后的WBS任務(wù)關(guān)聯(lián)各個施工構(gòu)件模型，使進度計劃與建筑構(gòu)件一一對應(yīng)，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。

 

　?。?）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(wù)窗格進行更新，并即時更改當前狀態(tài)和調(diào)整任務(wù)計劃。

 

　?。?）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(jù)實際需求設(shè)置構(gòu)件的顯現(xiàn)狀態(tài)，本項目在建的部位表現(xiàn)為綠色（如圖7），建造完成以后綠色消失表現(xiàn)為建筑真實的顏色（如圖8）。

 

 

 

　　在垃圾焚燒發(fā)電項目實施進度管理的時候需要協(xié)同設(shè)計、協(xié)同施工能力，BIM技術(shù)作為建筑業(yè)的一場新革命，作用之一是提供協(xié)同管理工作平臺，在項目實施的過程中采用BentleyProjectWise辦公協(xié)同平臺，對各參與方的海量BIM及圖檔信息進行統(tǒng)一集中管理。同時，BIM可視化、參數(shù)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(xiàn)。基于BIM技術(shù)的4D施工進度模擬技術(shù)在本項目上的應(yīng)用，其方法要點主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

 

　　（1）將4D施工進度模擬技術(shù)融入到現(xiàn)場施工管理中，將臨時措施融入結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免現(xiàn)場返工；

 

　　（2）通過創(chuàng)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(shè)計方案進行修改優(yōu)化，減少或者消除施工難度大、施工技術(shù)要求高的節(jié)點。

 

　　（3）充分考慮各專業(yè)施工的便捷性，減少交叉作業(yè)，降低運作成本；

 

　?。?）落實圖紙和設(shè)備交付進度，避免二次倒運，影響工期；

 

　?。?）充分考慮施工部署及總體安排，施工時構(gòu)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(zhuǎn)換提供保障措施；

 

 

　　4D施工進度模擬技術(shù)應(yīng)用在施工階段，可以在很大程度上解決由于項目設(shè)計復(fù)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(yīng)用模式，積累成功經(jīng)驗，后期還將通過全專業(yè)BIM模型的創(chuàng)建，對設(shè)計進行功能、系統(tǒng)等各方面的優(yōu)化和精細化管理，探索BIM技術(shù)與新管理模式的結(jié)合方式，為業(yè)內(nèi)提供可借鑒經(jīng)驗。

 

 

　?。?）王雪青，張康照，謝銀.基于BIM實時施工模型的4D模型[J].廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，37（4）:817-819.

 

　?。?）王婷，池文婷.BIM技術(shù)在4D施工進度模擬的應(yīng)用探討[J].圖學(xué)學(xué)報，2015,36(2):307-309.