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，通過對施工方案、施工過程進行虛擬建模，進而對每一個施工環(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BIM技術(shù)進行了簡單介紹，深入分析了虛擬施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及實現(xiàn)過程，以期推動BIM虛擬施工技術(shù)的實際應(yīng)用，提高實際施工工作。

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行虛擬施工技術(shù)應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實意義。BIM虛擬施工技術(shù)綜合使用多種技術(shù)，對施工項目各個環(huán)節(jié)進行建模分析，從而提升對施工問題、風(fēng)險的預(yù)判能力，進而改善施工現(xiàn)狀。

1　BIM基本內(nèi)涵

BIM是社會經(jīng)濟發(fā)展的產(chǎn)物，其不同于傳統(tǒng)的平面設(shè)計，比如CAD。在建筑施工中，各個參與方可以通過BIM實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)信息和交流共享，將傳統(tǒng)的二維設(shè)計逐步提升到可視化三維設(shè)計的高度。BIM通過具體的數(shù)據(jù)信息對施工對象進行仿真建模，集成了龐大的形狀信息和幾何數(shù)據(jù)，是對施工對象的數(shù)字化展現(xiàn)。BIM可以在建筑項目工程中進行直接運用，能夠有效的處理相關(guān)建筑施工軟件存在的描述性問題，進而確保施工人員可以在施工過程中對各類施工信息數(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，主要包括兩個方面：①信息完整性，即BIM下的虛擬施工技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ椖抗こ淌┕み^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)施工實際對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行更新和交流共享。②數(shù)據(jù)一致性，即在施工項目各個環(huán)節(jié)設(shè)計數(shù)據(jù)中建立其一致性的相互關(guān)系。在相關(guān)人員對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行更新、修改等操作時，在其他環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可以得到實時更新，確保各個環(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

組織設(shè)計的基本概念就是在施工中，通過對施工人力、物力、財力等各種施工要素進行合理組織，利用最小的投入實現(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)計通常是按照施工階段進行的，主要可以分為總設(shè)計、工程單位組織設(shè)計以及工程分部組織設(shè)計三個階段，進而再進行具體的組織設(shè)計。其中工程單位組織設(shè)計的對象是單體建筑物，以基礎(chǔ)施工圖作為依據(jù)。根據(jù)施工對象的復(fù)雜程度和規(guī)模大小，組織設(shè)計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)計主要包括施工方案、施工圖紙和施工進度三個方面的內(nèi)容。

組織設(shè)計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)計可以有效提高施工活動的管理工作、可以對施工環(huán)節(jié)進行指導(dǎo)、可以產(chǎn)生相關(guān)文件。由于施工工程具有多樣性特點，所以組織設(shè)計對于不同的施工工程而言也是不同的，因此一般都需要進行單獨設(shè)計，得到審批之后才能夠進行正式施工。

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)中是一個十分常見的問題。通常情況下，將被檢測對象的構(gòu)成幾何元素全部輸入到碰撞系統(tǒng)中，在一定時間內(nèi)，對模型之間是否產(chǎn)生接觸或是穿透進行檢測。如果存在接觸或是穿透，則需要進一步對接觸或穿透部位進行確定，以便對施工方案進行修改優(yōu)化。在使用碰撞檢測時，一般需要先對明顯不會產(chǎn)生接觸或穿透的區(qū)域進行排除，再對可能發(fā)生接觸或穿透的區(qū)域進行重點檢測。

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復(fù)雜的幾何對象進行描述，通過對重疊部分進行相交測試，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虛擬空間分解成一系列體積相等的單元格，只需對單元格相鄰和相同的對象進行檢測。空間分解法主要適用于稀疏均勻的幾何對象，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)前的實際情況來說，BIM主要運用于設(shè)計方面，在施工中的應(yīng)用尚少。因此，需要加強BIM在虛擬施工當(dāng)中的運用，以促進施工技術(shù)發(fā)展進步。通過BIM技術(shù)，在建模平臺上建立施工對象幾何模型以及施工流程的模型，對具體施工方案進行逼真、實時以及互動的模擬，以便發(fā)現(xiàn)施工流程中存在的問題，進而對施工方案進行改進優(yōu)化。通過虛擬施工技術(shù)，可以高效地檢驗施工方案的可行性，對施工流程各個環(huán)節(jié)進行拆分，明確每一個步驟的操作流程、注意事項以及管理工作。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)果滿足要求則進行最優(yōu)分析、不滿足最優(yōu)條件則對其他方案進行驗證、滿足最優(yōu)條件則確定該方案為實際施工方案。

3　BIM下虛擬施工技術(shù)的實現(xiàn)過程

3.1設(shè)計虛擬施工方案

通過BIM進行虛擬施工設(shè)計，可以在Revit上創(chuàng)建虛擬模型，通過該軟件豐富的設(shè)計功能，協(xié)調(diào)施工環(huán)節(jié)信息管理，強化客戶溝通，對施工信息數(shù)據(jù)及時采集并且進行反饋，最大程度保障數(shù)據(jù)的一致性和實時性。在方案設(shè)計之初，可以通過Revit軟件工具展開推敲設(shè)計，尤其是將相關(guān)設(shè)計概念轉(zhuǎn)化為具體形象，同時對建筑信息數(shù)據(jù)進行提取。在建筑設(shè)計的環(huán)節(jié)中，就是把推敲設(shè)計進行具化，在Revit軟件中實現(xiàn)施工方案。再通過對應(yīng)的分析工具對模型進行綜合性評估。通常情況下，設(shè)計虛擬設(shè)計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)對模型進行分析評估，之后再建立三維虛擬施工模型，然后對虛擬模型進行優(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一步進行優(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實現(xiàn)虛擬施工過程

通過上述設(shè)計方案可知，實現(xiàn)虛擬施工過程需要三維設(shè)計軟件作為基礎(chǔ)進行。實現(xiàn)虛擬施工過程則需要根據(jù)實際情況進行。比如有一建筑施工項目，周邊不存在障礙物、電力和供水都符合施工實際、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，所以可以通過進行虛擬施工，使施工組織更加具有計劃性和高效性。

在Revit建模軟件上建立一個BIM虛擬模型，再通過分析軟件對該模型進行綜合評測，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、施工順序和關(guān)系、編制施工計劃、制定施工方案。通過確定的施工方案以及計劃，通過仿真軟件對其進行三維模擬，在實際施工之前，借助三維演示及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的問題，提前進行施工方案優(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)，進而對實際施工作出指導(dǎo)。

通過這一虛擬模擬過程，實現(xiàn)了虛擬施工技術(shù)在施工中的應(yīng)用，可以在不浪費施工資源和人力的情況下，對施工環(huán)節(jié)流程進行深入全面的分析評價，有利于得出最佳施工方案，大幅提高施工效率和質(zhì)量。在實際施工中，實現(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)實現(xiàn)建筑夢想[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，從事建筑工程項目管理工作。