虛擬施工技術(shù)在建筑企業(yè)中的運(yùn)用

曾 強(qiáng)，李 亮，楊行平，李曉倩

（重慶建工集團(tuán)工業(yè)公司重慶402283）

虛擬施工技術(shù)在建筑企業(yè)中的運(yùn)用

曾 強(qiáng)，李 亮，楊行平，李曉倩

（重慶建工集團(tuán)工業(yè)公司重慶402283）

本文探討了虛擬施工技術(shù)的定義,關(guān)鍵技術(shù)和在建筑施工企業(yè)中的運(yùn)用規(guī)劃。文章通過(guò)對(duì)信息建造模型（BIM）的數(shù)據(jù)挖掘，信息管理平臺(tái)的二次開發(fā)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的集成，最終提出了運(yùn)用虛擬技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化施工管理的思路和方案。

虛擬技術(shù)；信息建造模型；信息管理平臺(tái)；精細(xì)化施工

1 虛擬施工技術(shù)概述

建筑工程施工是一項(xiàng)將設(shè)計(jì)圖紙建造成實(shí)物的復(fù)雜系統(tǒng)工程。其施工方法和組織程序都存在多樣性、多變性。目前對(duì)施工方法和施工組織的優(yōu)化主要建立在施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。僅僅依靠施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)工程施工進(jìn)行控制和優(yōu)化具有一定的局限性，特別是在全新結(jié)構(gòu)或復(fù)雜條件下的施工，依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)工程施工的可行性、控制優(yōu)化、事故預(yù)測(cè)和生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化等各方面進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，可能由于工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、思維慣性而忽略重要因素導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論，更無(wú)法開展定量分析。

采用工業(yè)化的定量生產(chǎn)方式是未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展方向，其中建筑材料和建筑制品已普遍采用集中、大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，如商品混凝土、商品鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。這些都促使建筑業(yè)的施工和管理方法也應(yīng)當(dāng)符合工業(yè)化的生產(chǎn)與供應(yīng)要求，例如將精益生產(chǎn)（Elaborating Production）和敏捷制造（Agile Manufacturing）引入建筑領(lǐng)域，形成了建筑業(yè)進(jìn)行精細(xì)化施工（Elaborating Construction）探索研究的全新技術(shù)發(fā)展方向。

在建筑工程的建設(shè)過(guò)程中，貫穿于全過(guò)程的關(guān)鍵因素就是：時(shí)間（工程進(jìn)度）、工程質(zhì)量、工程成本和工程安全。為了達(dá)到提高施工效率、控制工程進(jìn)度、節(jié)約工程成本和加強(qiáng)施工過(guò)程安全性的目的，必須強(qiáng)化落實(shí)施工過(guò)程的精細(xì)化管理，依靠科學(xué)的方法在“預(yù)”字上下工夫，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，尋找探索大型建筑基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“又好又快，節(jié)約環(huán)保”的科學(xué)發(fā)展之路。

2 虛擬施工技術(shù)定義

虛擬施工(Virtual Construction，簡(jiǎn)稱VC)，是實(shí)際施工前，將施工過(guò)程和施工產(chǎn)品的詳細(xì)信息在計(jì)算機(jī)上的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的虛擬建造技術(shù)具有5維特性：3d信息模型＋時(shí)間＋成本，滿足建筑工程企業(yè)施工過(guò)程精細(xì)化管理的要求。虛擬施工技術(shù)集成了當(dāng)今最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和信息數(shù)據(jù)技術(shù)，是一次對(duì)建筑施工企業(yè)具有歷史意義的技術(shù)革命（圖1）。

圖1 虛擬建造技術(shù)

3 虛擬施工技術(shù)信息集成化管理關(guān)鍵核心技術(shù)

虛擬施工技術(shù)信息集成化管理關(guān)鍵核心技術(shù)主要由三部分構(gòu)成：三維信息模型技術(shù)BIM（Building Information Mod-el）；ERP(Enterprise resource planning)企業(yè)資源管理系統(tǒng)＋條形碼技術(shù)＝以項(xiàng)目為核心的制造中心產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程信息管理技術(shù)；生產(chǎn)全過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

3.1 信息集成化管理模式（BIM）（圖2）

圖2 集成化模式

信息集成化管理技術(shù)在投標(biāo)報(bào)價(jià)、加工制造、項(xiàng)目施工、竣工結(jié)算的施工全過(guò)程中處于核心地位。新的項(xiàng)目投標(biāo)任務(wù)下達(dá)后，技術(shù)中心根據(jù)業(yè)主提供藍(lán)圖建立虛擬建造信息模型。圍繞3d信息模型進(jìn)行以下重要工作（圖3）。

圖3 3d信息模型工作示意圖

（1）投標(biāo)報(bào)價(jià)。市場(chǎng)部門根據(jù)3d信息模型提供的信息進(jìn)行成本估算、投標(biāo)施工方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)可視化等內(nèi)容的工作。

（2）構(gòu)件加工制作?？梢噪S時(shí)從三維模型生成圖紙和報(bào)表，通過(guò)可視化狀態(tài)監(jiān)控及三維模型檢查與其它領(lǐng)域?qū)I(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)合作模型完成后的報(bào)表提供給備料部門，用于準(zhǔn)確的備料。圖紙和報(bào)表會(huì)響應(yīng)模型中的修改，只有更改模型才能改動(dòng)圖紙，模型的正確保證圖紙無(wú)錯(cuò)誤，并且準(zhǔn)確地告知并規(guī)避碰撞，避免錯(cuò)誤的發(fā)生（圖4）。

（3）項(xiàng)目施工管理。項(xiàng)目中標(biāo)后，技術(shù)中心復(fù)核結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的尺寸與位置，制定施工計(jì)劃、材料采購(gòu)計(jì)劃，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)度和成本進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

（4）工程竣工結(jié)算。3d虛擬建造模型在施工中按照實(shí)際工程情況不斷修正，因此到工程竣工時(shí)，虛擬建造信息模型存儲(chǔ)了實(shí)際工程的數(shù)據(jù)，為竣工資料和結(jié)算提供了準(zhǔn)確依據(jù)。

3.2 ERP(Enterprise resource planning)企業(yè)資源管理系統(tǒng)＋條形碼技術(shù)＝制造中心產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程信息管理（項(xiàng)目名稱＋發(fā)運(yùn)編號(hào)＋構(gòu)件編號(hào)）（圖5）

圖4 構(gòu)件加工制作示意圖

圖5 指定意義編碼

（1）數(shù)據(jù)采集。在制作、油漆、入庫(kù)、打包、發(fā)運(yùn)工序進(jìn)行作業(yè)時(shí)，使用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入相應(yīng)業(yè)務(wù)操作界面，掃描條碼數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存。條碼數(shù)據(jù)會(huì)保存在數(shù)據(jù)采集器上的相關(guān)文件中。

（2）服務(wù)器監(jiān)控。當(dāng)采集器將掃描文件上傳到服務(wù)器的指定目錄后，服務(wù)器端會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控到有新的上傳文件，并導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（3）導(dǎo)入ERP。由公司專人通過(guò)客戶端連接WEB服務(wù)器，根據(jù)工廠、工號(hào)等查詢條件列出上傳記錄，并導(dǎo)出成指定格式的數(shù)據(jù)文件，最后導(dǎo)入到ERP用友NC系統(tǒng)中。

3.3 將設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理軟件在集成化信息平臺(tái)上進(jìn)行連接，達(dá)到高效率信息化生產(chǎn)管理的目標(biāo)（圖6）

圖6 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理軟件在集成化信息平臺(tái)上連接

生產(chǎn)全過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)φ麄€(gè)重慶建工集團(tuán)工業(yè)公司的生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)用IE瀏覽器察看現(xiàn)場(chǎng)情況，并按授權(quán)級(jí)別操作設(shè)備排查安全隱患，同時(shí)可通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行拍照和錄像，包括實(shí)時(shí)錄像和定時(shí)錄像等，達(dá)到加強(qiáng)工廠安全生產(chǎn)管理的目標(biāo)。

基于建筑信息模型（BIM）理念，在充分挖掘鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件功能特性的同時(shí)，深度體現(xiàn)BIM軟件的特性，使鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)向建筑設(shè)計(jì)信息化的方向發(fā)展。依托數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)深化軟件與上游CAD/CAE軟件的集成（快速建立模型），以及與下游工藝、制造信息的傳遞與集成，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省項(xiàng)目成本（圖7）。

圖7 信息庫(kù)平臺(tái)快速建立模型圖

4 虛擬施工技術(shù)展望

虛擬施工技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)建造方式的全面變革，帶來(lái)了建筑施工企業(yè)組織、管理及生產(chǎn)方式等多方面的變化，提出了更高的要求，對(duì)此我們也要有足夠的重視?，F(xiàn)階段包括企業(yè)科研經(jīng)費(fèi)緊缺、科研能力薄弱、一些先進(jìn)的技術(shù)還不易取得立竿見(jiàn)影的實(shí)際效果等等現(xiàn)狀，都影響了企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)建造技術(shù)的熱情。如何在現(xiàn)有的國(guó)外虛擬建造軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，使其更加符合建筑企業(yè)的工作流程和信息交流，是值得重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

現(xiàn)澆混凝土空心樓板GBF管的抗浮驗(yàn)算

GBF管現(xiàn)澆空心板是在現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)中采取埋芯成孔工藝，在樓蓋內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求等間距排放GBF管，并在管兩端部采取抗浮措施，使管與上下鋼筋網(wǎng)片連為一體，澆筑混凝土而成的。

GBF管的抗浮固定是現(xiàn)澆空心樓板整個(gè)施工過(guò)程中的控制重點(diǎn)和難點(diǎn)，控制方法有壓筋法和板下鋼管固定法兩種。壓筋法即在肋間設(shè)置支架鋼筋，采用“幾”字形支架，支架鋼筋分別布置在距GBF管端部200mm處，用以控制GBF管的上口位置和排與排之間的間距。待GBF管鋪設(shè)完后，在“縣”字形支架上部點(diǎn)焊Φ10通長(zhǎng)壓筋。板下鋼管固定法即在模板支設(shè)前,利用手槍鉆在模板上鉆眼。待GBF管就位后，利用模板上已鉆好的眼，用鐵絲將GBF管與模板下架體連接。

GBF管的抗浮驗(yàn)算方法如下：考慮GBF'管在流態(tài)混凝土中產(chǎn)生的浮力，對(duì)拉結(jié)鐵絲的直徑及間距進(jìn)行驗(yàn)算。以“壓筋法”為例：采用8號(hào)鐵絲，每間隔1m穿過(guò)模板，將通長(zhǎng)壓筋與模板下腳手架鋼管連接，并進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

(1)浮力計(jì)算。對(duì)于虛線區(qū)域，根據(jù)阿基米德定律：F浮= p混凝土gV=2500 x9.8×3.14x0.12x0.9×4=2769.48(N)。

(2)應(yīng)力計(jì)算。在一個(gè)計(jì)算單元中，有兩個(gè)拉結(jié)點(diǎn)。每個(gè)拉結(jié)點(diǎn)用1根8號(hào)鐵絲連接，8號(hào)鐵絲直徑4mm，則每根鐵絲截面拉應(yīng)力為σ=F～／2A=2769.48／(2×3.14～22)=110.25(N／mm2)。

(3)安全性驗(yàn)算。實(shí)際截面應(yīng)力O—110.25N／ram2＜[礦] =210N／mm2。即每個(gè)拉結(jié)點(diǎn)采用1根8號(hào)鐵絲是安全的，完全可以抵抗計(jì)算單元內(nèi)GBF管的上浮力。

（摘自：《建筑工人》）

Virtual Construction Technology to Be Used in Construction Enterprises

The definition of virtual construction technology and the use and plan of key technology in the construction enterprises are discussed in this article.Through data mining of building information modeling(BIM),the second development on information management platform and integration of wireless networks,this article puts forward the idea and strategy for delicacy construction and management by way of virtual technology.

virtual technology;building information modeling(BIM);information management platform;delicacy construction

TU74

A

1671-9107（2011）10-0036-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.10.036

2011-06-26

曾強(qiáng)（1976-），工程師，重慶建工集團(tuán)工業(yè)公司副總經(jīng)理兼總工程師，主要從事施工技術(shù)管理工作。