基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用探討

羅文聰

（云南新世紀(jì)滇池國際文化旅游會(huì)展投資有限公司　云南　昆明　650214）

基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用探討

羅文聰

（云南新世紀(jì)滇池國際文化旅游會(huì)展投資有限公司云南昆明650214）

近年來，工程施工的發(fā)展十分迅猛，施工安全、效率和質(zhì)量的要求也隨著日漸提高。在這一背景下，基于BIM的虛擬施工技術(shù)被提出，通過對(duì)施工方案、施工過程進(jìn)行虛擬建模，進(jìn)而對(duì)每一個(gè)施工環(huán)節(jié)預(yù)先制定處理控制方案和管理措施，完善施工方案。本文對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，深入分析了虛擬施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及實(shí)現(xiàn)過程，以期推動(dòng)BIM虛擬施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，提高實(shí)際施工工作。

BIM；虛擬施工；應(yīng)用

虛擬施工技術(shù)的出現(xiàn)是基于施工發(fā)展的需求，通過建筑信息模型進(jìn)行虛擬施工技術(shù)應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。BIM虛擬施工技術(shù)綜合使用多種技術(shù)，對(duì)施工項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模分析，從而提升對(duì)施工問題、風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)判能力，進(jìn)而改善施工現(xiàn)狀。

1　BIM基本內(nèi)涵

BIM是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物，其不同于傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)，比如CAD。在建筑施工中，各個(gè)參與方可以通過BIM實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)信息和交流共享，將傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)逐步提升到可視化三維設(shè)計(jì)的高度。BIM通過具體的數(shù)據(jù)信息對(duì)施工對(duì)象進(jìn)行仿真建模，集成了龐大的形狀信息和幾何數(shù)據(jù)，是對(duì)施工對(duì)象的數(shù)字化展現(xiàn)。BIM可以在建筑項(xiàng)目工程中進(jìn)行直接運(yùn)用，能夠有效的處理相關(guān)建筑施工軟件存在的描述性問題，進(jìn)而確保施工人員可以在施工過程中對(duì)各類施工信息數(shù)據(jù)做出正確的處理操作，是在施工過程中實(shí)現(xiàn)協(xié)同施工的基礎(chǔ)。

在BIM下的虛擬施工技術(shù)的基本思想基本是一致的，主要包括兩個(gè)方面：①信息完整性，即BIM下的虛擬施工技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ?xiàng)目工程施工過程所涉及的全部信息、數(shù)據(jù)以及資料統(tǒng)一保存到數(shù)據(jù)庫中，并且可以根據(jù)施工實(shí)際對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和交流共享。②數(shù)據(jù)一致性，即在施工項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中建立其一致性的相互關(guān)系。在相關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、修改等操作時(shí)，在其他環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可以得到實(shí)時(shí)更新，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)能夠保持一致。

2　BIM下虛擬施工的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)探析

2.1組織設(shè)計(jì)

組織設(shè)計(jì)的基本概念就是在施工中，通過對(duì)施工人力、物力、財(cái)力等各種施工要素進(jìn)行合理組織，利用最小的投入實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)出，高效利用各種資源的施工總體規(guī)劃。組織設(shè)計(jì)通常是按照施工階段進(jìn)行的，主要可以分為總設(shè)計(jì)、工程單位組織設(shè)計(jì)以及工程分部組織設(shè)計(jì)三個(gè)階段，進(jìn)而再進(jìn)行具體的組織設(shè)計(jì)。其中工程單位組織設(shè)計(jì)的對(duì)象是單體建筑物，以基礎(chǔ)施工圖作為依據(jù)。根據(jù)施工對(duì)象的復(fù)雜程度和規(guī)模大小，組織設(shè)計(jì)的深度和廣度也是不同的，但是整體內(nèi)容基本保持一致。工程單位組織設(shè)計(jì)主要包括施工方案、施工圖紙和施工進(jìn)度三個(gè)方面的內(nèi)容。

組織設(shè)計(jì)是施工中十分重要的環(huán)節(jié)，主要承擔(dān)了施工規(guī)劃和施工組織的關(guān)鍵作用。組織設(shè)計(jì)可以有效提高施工活動(dòng)的管理工作、可以對(duì)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行指導(dǎo)、可以產(chǎn)生相關(guān)文件。由于施工工程具有多樣性特點(diǎn)，所以組織設(shè)計(jì)對(duì)于不同的施工工程而言也是不同的，因此一般都需要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，得到審批之后才能夠進(jìn)行正式施工。

2.2碰撞檢測

碰撞檢測又可以稱為接觸檢測或是干涉檢測，在三維圖像系統(tǒng)中是一個(gè)十分常見的問題。通常情況下，將被檢測對(duì)象的構(gòu)成幾何元素全部輸入到碰撞系統(tǒng)中，在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)模型之間是否產(chǎn)生接觸或是穿透進(jìn)行檢測。如果存在接觸或是穿透，則需要進(jìn)一步對(duì)接觸或穿透部位進(jìn)行確定，以便對(duì)施工方案進(jìn)行修改優(yōu)化。在使用碰撞檢測時(shí)，一般需要先對(duì)明顯不會(huì)產(chǎn)生接觸或穿透的區(qū)域進(jìn)行排除，再對(duì)可能發(fā)生接觸或穿透的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢測。

目前，常用的碰撞檢測算法主要有層次包圍盒以及空間分解法兩種。層次包圍盒主要是使用結(jié)構(gòu)簡單體積較大的包圍盒對(duì)復(fù)雜的幾何對(duì)象進(jìn)行描述，通過對(duì)重疊部分進(jìn)行相交測試，從而提高碰撞檢測算法速度。常見的包圍盒有向包圍盒、軸對(duì)齊包圍盒、包圍球以及離散多面體等多種形式。空間分解法主要是將整個(gè)虛擬空間分解成一系列體積相等的單元格，只需對(duì)單元格相鄰和相同的對(duì)象進(jìn)行檢測?？臻g分解法主要適用于稀疏均勻的幾何對(duì)象，比如八叉樹、四面體網(wǎng)以及k-d樹等。

2.3虛擬施工

從當(dāng)前的實(shí)際情況來說，BIM主要運(yùn)用于設(shè)計(jì)方面，在施工中的應(yīng)用尚少。因此，需要加強(qiáng)BIM在虛擬施工當(dāng)中的運(yùn)用，以促進(jìn)施工技術(shù)發(fā)展進(jìn)步。通過BIM技術(shù)，在建模平臺(tái)上建立施工對(duì)象幾何模型以及施工流程的模型，對(duì)具體施工方案進(jìn)行逼真、實(shí)時(shí)以及互動(dòng)的模擬，以便發(fā)現(xiàn)施工流程中存在的問題，進(jìn)而對(duì)施工方案進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。通過虛擬施工技術(shù)，可以高效地檢驗(yàn)施工方案的可行性，對(duì)施工流程各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行拆分，明確每一個(gè)步驟的操作流程、注意事項(xiàng)以及管理工作。虛擬施工的流程一般可以分為三維建模、組裝虛擬施工環(huán)境、定義施工順序及關(guān)系、施工工程模擬、模擬結(jié)果分析、結(jié)果不滿足要求則調(diào)整參數(shù)從定義環(huán)節(jié)重新開始、結(jié)果滿足要求則進(jìn)行最優(yōu)分析、不滿足最優(yōu)條件則對(duì)其他方案進(jìn)行驗(yàn)證、滿足最優(yōu)條件則確定該方案為實(shí)際施工方案。

3　BIM下虛擬施工技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

3.1設(shè)計(jì)虛擬施工方案

通過BIM進(jìn)行虛擬施工設(shè)計(jì)，可以在Revit上創(chuàng)建虛擬模型，通過該軟件豐富的設(shè)計(jì)功能，協(xié)調(diào)施工環(huán)節(jié)信息管理，強(qiáng)化客戶溝通，對(duì)施工信息數(shù)據(jù)及時(shí)采集并且進(jìn)行反饋，最大程度保障數(shù)據(jù)的一致性和實(shí)時(shí)性。在方案設(shè)計(jì)之初，可以通過Revit軟件工具展開推敲設(shè)計(jì)，尤其是將相關(guān)設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)化為具體形象，同時(shí)對(duì)建筑信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。在建筑設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，就是把推敲設(shè)計(jì)進(jìn)行具化，在Revit軟件中實(shí)現(xiàn)施工方案。再通過對(duì)應(yīng)的分析工具對(duì)模型進(jìn)行綜合性評(píng)估。通常情況下，設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)方案的流程可以分為：利用BIM建立建筑信息模型，之后通過優(yōu)化、仿真技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行分析評(píng)估，之后再建立三維虛擬施工模型，然后對(duì)虛擬模型進(jìn)行優(yōu)化處理改善施工方案，最后判斷該方案是否屬于最佳方案，如果不屬于最佳方案則需進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化處理，如果符合最佳方案，則確定該方案作為施工方案。

3.2實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程

通過上述設(shè)計(jì)方案可知，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程需要三維設(shè)計(jì)軟件作為基礎(chǔ)進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程則需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行。比如有一建筑施工項(xiàng)目，周邊不存在障礙物、電力和供水都符合施工實(shí)際、交通便利。其建筑為六層磚混結(jié)構(gòu)，每層高度在290cm，建筑總體高度為18.6m，內(nèi)外差高為0.7m。根據(jù)這一實(shí)際案例可以看出，其模型結(jié)構(gòu)比較簡單、施工環(huán)境便利、施工周期也較短，所以可以通過進(jìn)行虛擬施工，使施工組織更加具有計(jì)劃性和高效性。

在Revit建模軟件上建立一個(gè)BIM虛擬模型，再通過分析軟件對(duì)該模型進(jìn)行綜合評(píng)測，然后再建立相應(yīng)的施工模型，明確該模型狀態(tài)下的組織設(shè)計(jì)、施工順序和關(guān)系、編制施工計(jì)劃、制定施工方案。通過確定的施工方案以及計(jì)劃，通過仿真軟件對(duì)其進(jìn)行三維模擬，在實(shí)際施工之前，借助三維演示及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的問題，提前進(jìn)行施工方案優(yōu)化或是制定應(yīng)多措施。比如安裝構(gòu)建、管線碰撞等問題，都可以在三維演示中得到體現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)實(shí)際施工作出指導(dǎo)。

通過這一虛擬模擬過程，實(shí)現(xiàn)了虛擬施工技術(shù)在施工中的應(yīng)用，可以在不浪費(fèi)施工資源和人力的情況下，對(duì)施工環(huán)節(jié)流程進(jìn)行深入全面的分析評(píng)價(jià)，有利于得出最佳施工方案，大幅提高施工效率和質(zhì)量。在實(shí)際施工中，實(shí)現(xiàn)虛擬施工技術(shù)需要更加全面的考慮各種影響因素，比如天氣、地質(zhì)等，以便進(jìn)行更加全面的虛擬施工。

4　結(jié)束語

在施工效率和質(zhì)量要求不斷提升的情況下，基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用具有十分重要的作用。只有在明確虛擬施工技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基本前提下，按照科學(xué)合理的步驟實(shí)現(xiàn)虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用，將施工方案優(yōu)化到最佳。

[1]星竹.虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑夢(mèng)想[J].中國建設(shè)信息，2011（04）：40～43.

[2]李云貴，邱奎寧，王永義.我國BIM技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（02）：36～41.

[3]柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2012，05.

TP391.9

A

1673-0038（2015）28-0076-02

2015-6-2

羅文聰（1983-），云南富源人，助理工程師，大專，從事建筑工程項(xiàng)目管理工作。