4D施工进度模拟技术在施工管理中的应用研究

　　据环卫部门提供的数据，2013 年以来郑州市城市生活垃圾人均日产生量约0.8千克，年增长率为2%-5%。目前每天生活垃圾产生量已超过7000 吨，且随着城市规模的扩大，产生的生活垃圾量仍然会继续增加，而且伴随着社会主义新农村的建设大潮，城镇居民数量会快速增长，生活垃圾清运范围也由原来的市区逐步发展到市城各乡镇，生活垃圾收运量也会大幅度提高。随之而来的城镇环境问题特别是城市生活垃圾处理问题也变的越来越严重，因此急需建设一座以焚烧发电方式处理生活垃圾的发电厂，预防“垃圾围城”现象的发生。

　　为确保垃圾焚烧发电厂工程项目的顺利实施，在项目实施过程中，引入BIM技术，实现项目实施阶段工程成本、进度、质量和安全的集成化信息管理，提高现场精细化管理程度。为保证建设项目管理目标的实现，如何控制好进度管理目标在项目管理中尤为重要，而进度优化是进度控制的关键。基于BIM技术的4D施工进度模拟可实现进度计划与工程构件的动态链接，通过甘特图及三维动画演示等多种形式直观地表达施工进度计划和施工过程，为工程项目的管理人员直观了解工程项目情况提供了便捷的工具。

　　本文从BIM技术的功能性出发，结合相关研究经验与垃圾电站施工工程的实际应用，剖析了BIM技术在施工管理中的应用方法及应用价值，详细阐述了基于BIM技术的4D施工进度模拟在施工进度管理中的应用过程，为进一步揭示和挖掘BIM技术在项目施工过程中的应用潜力提供参考。

　　2工程概况

　　郑州(东部)环保能源工程是河南省、郑州市重点建设工程，该工程由郑州公用事业投资发展集团有限公司的子公司——郑州东兴环保能源有限公司投资建设。该工程占地约232亩，项目新建日处理能力为4000吨的生活垃圾焚烧发电厂，配套建设飞灰稳定化处理工程、烟气处理设施、渗滤液处理工程等;采用6条700吨/日的机械炉排炉焚炼金线，中温400℃、中压4MPa余热锅炉，配套3台30MW汽轮发电机组，投产后年发电量近4亿度，供热能力约160万平方米，是目前中国东部地区规模最大的垃圾焚烧发电项目。

　　3基于BIM技术的4D施工进度模拟

　　4D施工进度模拟技术可以将施工网络计划和基于BIM技术所创建的3D模型链接而产生4D的施工进度模拟，即利用施工模拟软件对带有工程信息的3D模型附加以时间的维度，通过WBS任务管理将信息模型以可视化建筑构件的形象进行虚拟建造，进而来显示整个项目的建造过程。基于BIM技术的施工进度管理流程如图1所示。

　　基于BIM技术的4D施工模拟技术应用在项目施工阶段的优越性主要体现在以下几个方面：

　　(1)可实现对项目进度的精确计划，实时跟踪工程项目的实际进度，并通过计划进度与实际进度进行比较，及时分析偏差对工期的影响程度以及产生的原因，采取有效措施，实现对项目进度的控制，保证项目能按时竣工。

　　(2)动态地分配各种施工资源和场地，4D施工进度模拟可以通过模拟整个项目的施工过程，有效的帮助项目管理者合理安排施工现场的资源配置和施工场地布置。

　　(3)优化专项重要重大技术方案，对需要做专家论证的专项方案进行筛选，并从中选出最优方案进行预演，通过模拟动画将细部重要节点立体显示，进而实现对施工现场可视化技术交底，使施工人员可以直观地理解交底意图。

　　4 创建参数化BIM模型

　　建筑的基本信息是通过建筑模型数字化表达来实现的，一个模型的建模精细度取决于预定的建模目的，建模目的不同决定了所建模型的不同特点和详细程度。根据垃圾焚烧发电项目的实际需求制定满足模型应用要求的建模深度标准。在施工阶段，首先根据设计院提供CAD图纸进行翻模，建模的精细程度应该满足系统应用的功能需求，确保现场施工与模型一致。施工模型是建筑构件详细程度较高的模型，可直接表现建筑物不同系统构件的细节信息，能够更好地服务于建筑施工。为了进行4D施工进度模拟，施工模型中的建筑构件对象需要与进度计划中的作业活动相对应而进行细分。模型的细分和模拟过程密切相关，是进行4D模拟的一个先决条件。例如，要进行垃圾池混凝土浇筑的4D模拟，需要将此楼层混凝土构件根据相应的浇筑次序细分为混凝土柱、混凝土墙以及经过划分的楼板区段。根据进度计划，将细分后的模型构件按次序装配集成的过程就是能看到的4D模拟过程。

　　本项目建模任务主要包括卸料大厅、垃圾池、汽机厂房、主控室等全场模型，主要使用Bentley AECOsim Building Designer建模软件对项目结构、建筑等部位进行参数化模型的创建。

　　4.1结构模型

　　结构模型一般包括梁、柱、板、剪力墙以及其他砼结构，结构建模主要是按照先桩、基础、基础梁、柱、梁、板的顺序进行建模，为了方便后期组合参考引用结构模型，建模的过程中构件的命名需要按照规范统一格式命名，如施工区域+建筑名称+结构类型+标准层，使其一目了然，各构件命名必须自始至终保持一致。

　　4.2建筑模型

　　建筑建模主要包括楼梯创建、墙体建模和窗的放置等建筑构件，各构件编号及命名应该按照规定的命名规范进行命名。比如对墙体分为内墙、外墙、剪力墙以及幕墙等。5 创建4D施工进度模拟

　　5.1 进度计划的编制与任务关联

　　本项目进度目标WBS任务分解和细化参考郑州(东部)环保能源工程主厂房建筑安装工程及厂区道路工程施工进度计划二级网络图进行编制，并以实现进度目标的里程碑事件的进度目标作为进度控制的依据。施工进度模拟的实现是通过WBS任务与参数化建筑模型链接来实施的，本项目使用 Synchro 4D施工进度模拟软件创建工程的施工任务，并设定好各工作任务之间的映射关系，软件自动生成甘特图，如图5所示。进度任务安排和建筑施工模型的构件对象一一对应，运用Synchro软件将细分的工作任务在4D进度模拟中显现出来，实现建筑模型与施工任务、甘特图的完全对接，整个进度计划就是4D模拟需要展示的全部内容。

　　5.2 4D进度模拟过程

　　4D进度模拟是在制定的施工进度计划和建筑模型之间建立关联关系，并依据时间信息给定合理的施工次序使其在可视化环境中演示出来的过程。为了更好的展示模拟效果，可以为构件的出现添加动画，设置显现方式、颜色以及播放的时间长短等。施工进度模拟的创建过程包括:

　　(1)将垃圾焚烧发电项目全场施工任务进行WBS任务分解和细分，创建符合施工次序的施工网络计划，以年、月、日为时间单位，软件自动生成工作任务结构图。

　　(2)将细分后的WBS任务关联各个施工构件模型，使进度计划与建筑构件一一对应，添加动画编辑器，使施工次序按照不同的时间间隔进行正序的模拟或者是逆序的模拟，形象地反映整个施工的进度。

　　(2)如果施工过程需要对进度计划进行修改，软件会随着施工时间的更改，对工作任务窗格进行更新，并即时更改当前状态和调整任务计划。

　　(3)三维模型上的不同颜色代表不同工序，不同的施工部位可根据实际需求设置构件的显现状态，本项目在建的部位表现为绿色，建造完成以后绿色消失表现为建筑真实的颜色。

　　6 4D施工进度模拟应用分析

　　在垃圾焚烧发电项目实施进度管理的时候需要协同设计、协同施工能力，BIM技术作为建筑业的一场新革命，作用之一是提供协同管理工作平台，在项目实施的过程中采用Bentley ProjectWise办公协同平台，对各参与方的海量BIM及图档信息进行统一集中管理。同时，BIM可视化、参数化、信息传递快捷等特点也会在全过程项目管理中得到体现。基于BIM技术的4D施工进度模拟技术在本项目上的应用，其方法要点主要表现为以下几个方面：

　　(1)将4D施工进度模拟技术融入到现场施工管理中，将临时措施融入结构设计，避免现场返工;

　　(2)通过创建BIM模型进行施工模拟，在不影响建筑效果的情况下，对建筑设计方案进行修改优化，减少或者消除施工难度大、施工技术要求高的节点。

　　(3)充分考虑各专业施工的便捷性，减少交叉作业，降低运作成本;

　　(4)落实图纸和设备交付进度，避免二次倒运，影响工期;

　　(5)充分考虑施工部署及总体安排，施工时构件的空间位置较难把握，合理安排施工机械的摆放，为施工工序转换提供保障措施;

　　7 总结

　　4D施工进度模拟技术应用在施工阶段，可以在很大程度上解决由于项目设计复杂、工期紧张等带来的项目施工管理方面的问题，有效提高了项目的沟通效率和管理水平。本项目是公司的BIM重点试点项目，下一步将深入探索BIM应用模式，积累成功经验，后期还将通过全专业BIM模型的创建，对设计进行功能、系统等各方面的优化和精细化管理，探索BIM技术与新管理模式的结合方式，为业内提供可借鉴经验。

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