基于建筑施工現(xiàn)場的4D可視化管理研究

牟忠洪

摘 要：建筑施工指的是工程建設(shè)的階段性活動，是通過建設(shè)的過程把設(shè)計中要體現(xiàn)的各個方面在指定的位置變成事物的過程。建筑施工現(xiàn)場的管理范圍十分廣泛，不僅包括對施工現(xiàn)場布局的科學(xué)性的指導(dǎo)，施工空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及對施工工具的有效處理，還包括對設(shè)備運行的狀態(tài)監(jiān)控與勞動力工作的關(guān)注，還有對建筑施工進度的管理和成本的核算等。隨著更多的工程公司采用了可視化的管理系統(tǒng)，以加強對建筑施工現(xiàn)場的監(jiān)管。這不僅反映了建筑施工現(xiàn)場的合理要求，而且體現(xiàn)了可視化使其透明度更高的效果，保證了建筑施工現(xiàn)場管理的有效性。

關(guān)鍵詞：施工現(xiàn)場；4D；可視化；管理

1 前言

管理施工現(xiàn)場各種復(fù)雜情況的時候，要面對的管理知識有很多。例如，對布局施工現(xiàn)場、監(jiān)控設(shè)備的運轉(zhuǎn)以及優(yōu)化施工的結(jié)構(gòu)等方面，可以直接或者間接的看出，建筑施工質(zhì)量的好壞取決于管理者對施工現(xiàn)場管理的程度。在認(rèn)識到這一問題后，通過加強對建筑施工水平的強關(guān)注來提高各施工單位的質(zhì)量意識，同時在現(xiàn)場管理中加入可視化的管理系統(tǒng)，可視化的管理系統(tǒng)的應(yīng)用，使得建筑施工的現(xiàn)場有效管理水平得以提升。

2 可視化管理

可視化管理技術(shù)作為一種新型的具有現(xiàn)代感的管理方式，通過信息技術(shù)的輔助作用。在管理施工現(xiàn)場的應(yīng)用可以使得監(jiān)控施工現(xiàn)場動態(tài)化。把攝像頭安裝在施工現(xiàn)場，使用可視化管理技術(shù)對數(shù)據(jù)信息進行相關(guān)的采集，緊接著將這些信息利用無線網(wǎng)絡(luò)傳送到電腦端，然后把傳送的視頻信息通過轉(zhuǎn)碼器變換成數(shù)字信號，隨后我們可以在監(jiān)控中心看到這些數(shù)字信息，最后，通過對信息的處理與加工來對施工現(xiàn)場進行管控，以此來而提高管理的數(shù)字化水平。

3 4D可視化系統(tǒng)在施工現(xiàn)場管理中的開展途徑

筆者在以4D++施工模式為依據(jù)的基礎(chǔ)上，對在施工管理中的4D可視化管理系統(tǒng)的運用進行了詳細(xì)的論述。4D可視化管理系統(tǒng)的構(gòu)成是施工現(xiàn)場的確切數(shù)據(jù)和3D模型庫。在系統(tǒng)運作過程中，3D模型庫的用途是對管理系統(tǒng)所需要的大量數(shù)據(jù)實施搜集和上傳，保障了管理工作中的數(shù)據(jù)來源。對于3D數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，可以應(yīng)用開源圖形庫和AutoCAD軟件構(gòu)建3D實體模型。而施工現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)的采集與保存主要針對施工過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息，通過分析數(shù)據(jù)反映出綜合的施工現(xiàn)場情況。

3.1 施工現(xiàn)場3D布置方面

通過對具體的工程施工計劃與施工工期的掌握對施工現(xiàn)場進行3D布置，對各種建筑設(shè)備以及建筑設(shè)施的立體與平面空間進行規(guī)劃設(shè)計，以此確保順利開展各項施工準(zhǔn)備工作，同時為之后的文明與安全施工做好鋪墊。3D施工現(xiàn)場需要布置的內(nèi)容非常繁雜，涉及的范圍很大，像運輸?shù)缆?、庫房以及水電路線等。

3.2 要將3D模型和施工進度有效結(jié)合在一起

建立4D實體模型是在施工現(xiàn)場中運用4D可視化管理的第一步，將3D模型和施工過程的有效結(jié)合是4D實體模型關(guān)鍵的構(gòu)成部分。兩者的結(jié)合要求管理者必須要全面分析施工設(shè)施、施工材料場地布置與工程進度等方面的相互關(guān)系，從而找出施工資源的時間、空間以及數(shù)量之間的相互作用關(guān)系和規(guī)律，以及影響施工進行的關(guān)鍵因素以建立4D模型。在對施工的進度和3D模型進行作用的同時，要確保施工進度和現(xiàn)場布置能夠在時空維度保持一致的狀態(tài)，對施工現(xiàn)場每一時間點的施工情況能夠使用動態(tài)模擬得出。在改變工程進度的時候，通過管理系統(tǒng)準(zhǔn)確計算出的所有工程項目與所有時間上的施工狀態(tài)，確定工程進度需要的材料以及設(shè)備等多方資源，然后提供給施工管理人員立體、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，保證管理工作更加科學(xué)化、規(guī)范化的進行。

3.3 4D工程模擬模型

以往建筑工程的施工布置圖都是平面的形式，施工現(xiàn)場的布置情況，并不能直觀、及時的將這些數(shù)據(jù)的變化情況反映出來，管理人員只能按照自身積累的管理經(jīng)驗，來對施工各方面的情況進行管理與監(jiān)控，這樣的做法不僅效率較低，不能在第一時間做出準(zhǔn)確的決策，對工程的進度造成了一定的影響，同時還有可能因為決策不當(dāng)而加劇沖突，對管理人員的工作開展質(zhì)量造成了直接的影響。而使用4D施工管理系統(tǒng)，能夠有效解決傳統(tǒng)施工現(xiàn)場管理中存在的問題，能夠在信息技術(shù)以及相應(yīng)軟件的幫助下，建立4D工程模擬模型，可以將工程中的每個環(huán)節(jié)的施工情況都以動態(tài)模型的方式呈現(xiàn)在管理者面前，從而真正實現(xiàn)現(xiàn)場實時化管理，切實提升了整體工程的管理水平。

3.4 資源管理方面

運用4D可視化系統(tǒng)對建筑資源進行管理，主要體現(xiàn)在兩個大方面：一方面是工程設(shè)備資源庫。應(yīng)用4D可視化管理系統(tǒng)管理施工設(shè)備資源時，首先管理人員要對建筑工程使用的設(shè)備，如塔吊、卷揚機以及履帶吊等加以記錄和區(qū)分，然后以參數(shù)化實體的方式將分類數(shù)據(jù)資料輸入電腦并建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，還要提煉每種施工設(shè)備同樣以參數(shù)化的形式體現(xiàn)，有效提高類似的定制能力。期間要使用機械模式描述3D機械實體，使虛擬的施工方案與結(jié)構(gòu)方案能夠相互匹配，使得對施工計劃的控制與更改更加有利于管理者；另一方面，是對工程資金查詢、計算分析等方面進行的管理。管理人員通過對該系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)資源與3D場景的分類統(tǒng)計的使用分析工程資源的使用狀況，在對數(shù)據(jù)情況進行研究的時候需要系統(tǒng)根據(jù)定額庫設(shè)置相應(yīng)的預(yù)置線。

3.5 對施工機具設(shè)施的管理

通過對該系統(tǒng)的研究中，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對施工機具有管理的功能，該系統(tǒng)利用建立起來的3D設(shè)施、實體設(shè)備以及4D實體模型與工程施工進度的方案相銜接。只需使用鼠標(biāo)點擊需要查看的場地，系統(tǒng)就會自動給出將相應(yīng)的名稱、標(biāo)高以及型號，這使得管理者可以按照實際需求對這些數(shù)據(jù)進行對應(yīng)的調(diào)試，從而實現(xiàn)可視化管理施工機具的功能。

4 4D施工現(xiàn)場管理模型

4D施工現(xiàn)場管理是施工單位根據(jù)施工現(xiàn)場的具體狀況，結(jié)合施工進度安排和設(shè)備的實際使用開展的施工管理方式，4D施工模型的建立有助于施工單位對施工現(xiàn)場實現(xiàn)動態(tài)管理，更好的協(xié)調(diào)各個施工設(shè)備和施工團隊的工作安排。4D施工現(xiàn)場管理模型主要有如下特征：

3D可視化。施工管理部門通過對施工現(xiàn)場各種施工設(shè)備和設(shè)施進行提取，捕捉各個設(shè)施和設(shè)備的幾何特征，再利用軟件構(gòu)成3D可視模型，利用軟件構(gòu)成的3D可視模型可以在模擬現(xiàn)場進行隨意的位置轉(zhuǎn)化，方便設(shè)計施工人員從各個角度進行觀測，協(xié)助施工。每個模型實體不僅僅包含了各自的幾何狀態(tài)特點，也可以完整的體現(xiàn)出所處地域的地表環(huán)境特征，進而方便施工團隊對工作內(nèi)容進行標(biāo)注和指導(dǎo)，利于對施工現(xiàn)場的熟悉，避免因?qū)κ┕龅厣瓒斐傻氖┕な鹿省?/p>

3D場地模型與進度計劃的雙向鏈接。4D施工現(xiàn)場管理的開展和利用有助于對施工過程中場地安排、進度計劃以及材料的使用進行分析研究，從空間、時間以及數(shù)量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)不同影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，動態(tài)關(guān)系的建立有助于施工單位對后續(xù)的進度計劃進行調(diào)整和更正。4D管理模型是在3D可視模型和進度計劃表基礎(chǔ)上所建立的，通過該模型能夠直觀的反應(yīng)出場地布置和施工進度安排之間的聯(lián)系，動態(tài)模型建立的優(yōu)勢還在于，一旦施工進度安排發(fā)生改變，通過該模型可以迅速計算出工程量、施工材料以及人力資源損耗所發(fā)生的變化，施工單位可以從中發(fā)現(xiàn)計劃調(diào)整的不足和缺陷，進而對其進行更正。

4D動態(tài)模擬。3D可視模型和進度計劃相結(jié)合所構(gòu)成的4D模型，能夠?qū)崟r反映出施工過程和施工場地的變化情況。作為工作人員，只需要在軟件上通過設(shè)置有關(guān)時間節(jié)點，就可以直觀的反映出不同時間節(jié)點下施工進度發(fā)生的變化以及施工狀態(tài)的調(diào)整，在動態(tài)模擬的過程中，操作人員可以對模型進行任意時間段的轉(zhuǎn)化，時間正序倒序的模擬方便了管理人員對施工材料損耗以及人力使用的了解，進而實現(xiàn)對施工環(huán)節(jié)的動態(tài)追蹤。

5 4D施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)

4D施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)包括了施工現(xiàn)場的全部數(shù)據(jù)信息和施工資料，具體包括了施工設(shè)備的實際使用狀況、設(shè)備的位置變化以及施工材料在不同時期的具體使用量，上述的這些信息都能夠在4D施工現(xiàn)場系統(tǒng)中如實的反映出來。作為施工單位，可以隨時登陸系統(tǒng)對施工信息和數(shù)據(jù)進行查看和登出，加強了管理部門對施工現(xiàn)場的了解，有助于施工組織設(shè)計的規(guī)劃和安排。隨著施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)的功能也變得完善，目前具有以下功能：

3D施工場地布置。施工場地布置的好壞決定了施工方案的實施能否順利執(zhí)行，施工組織設(shè)計作為協(xié)調(diào)施工的重要工作，其制定的合理性影響了施工計劃的開展，做好3D施工場地布置工作，為施工組織設(shè)計提供了重要的施工數(shù)據(jù)和信息基礎(chǔ)。施工管理者可以根據(jù)3D施工場地圖對現(xiàn)有的施工場地進行分析，探討施工環(huán)節(jié)中最佳的設(shè)施擺放和合理的組織安排，同時可以借助3D模擬圖進行應(yīng)急演練加強施工現(xiàn)場的風(fēng)險防范意識。除了常規(guī)的施工設(shè)施和施工器材之外，施工現(xiàn)場常常會擺放臨時建筑材料和搭建加工場地，這些設(shè)施會干擾影響施工現(xiàn)場的具體安排，3D場地模擬圖形可以直觀反映實際的現(xiàn)場布置狀況，便于溝通和管理。

施工現(xiàn)場4D模擬。施工現(xiàn)場環(huán)境往往是復(fù)雜多變的，在實際施工過程中，建筑場地雖然固定，但是由于建筑施工的特殊性，場地狀態(tài)變化復(fù)雜，施工場地中不可避免的要面臨施工材料的運輸和設(shè)備的搭建，管理部門的施工安排可能無法顧及到施工現(xiàn)場的實際狀況。現(xiàn)場的工作調(diào)度更多的是依靠現(xiàn)場人員的指揮，這樣的施工現(xiàn)場管理模式不利于對場地的規(guī)劃使用。施工現(xiàn)場4D模擬的推廣和使用，為解決施工現(xiàn)場的管理問題提供了可能，在該系統(tǒng)模式中，操作人員可以對任意時間節(jié)點進行查看，從中了解不同時間階段施工現(xiàn)場材料使用、人員變化以及設(shè)備位置擺放的變化，這樣一來可以方便工地經(jīng)理對材料設(shè)備進行合理的位置調(diào)放，根據(jù)不同時間間隔的變化選擇合適的材料運輸時間，錯開施工現(xiàn)場的人員高峰期。4D模擬還能夠協(xié)助工程管理者實時了解設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，防止由于現(xiàn)場設(shè)備安置不當(dāng)造成的設(shè)備使用沖突，便于施工組織設(shè)計的安排對施工現(xiàn)場進行合理的施工優(yōu)化。在進行施工設(shè)備的位置擺放和調(diào)度之前，可以預(yù)先在軟件系統(tǒng)進行模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工中潛在的風(fēng)險隱患進行及時處理。

6 結(jié)束語

綜上所述，4D可視化施工管理模式被普遍運用到了施工工作中，作為一種新型的技術(shù)，它主要運用三維CAD模型作為引子與時間維相互作用產(chǎn)生。通過結(jié)合4D可視化管理模式與3D模型以及施工工期，通過動態(tài)的形式模擬出建筑施工場地和施工過程的具體情況，從而對施工進行動態(tài)化的管理措施。施工單位可以依據(jù)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)，建立工程管理預(yù)警系統(tǒng)，如果系統(tǒng)在遇到施工中的某個環(huán)節(jié)發(fā)生問題就及時發(fā)出預(yù)警指示，從而降低建筑施工過程中發(fā)生的概率風(fēng)險?？偠灾?D可視化施工管理技術(shù)的運用符合時代的發(fā)展要求。

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