一文讀懂基于BIM的施工模擬：虛擬建造

近些年來，隨著BIM技術在國內施工的推進，目前BIM技術已從原先對一些簡單的靜態(tài)碰撞分析發(fā)展到對整個項目進行全生命周期應用的階段。

一個項目從施工進場開始，首先要面對的是如何對整個項目的施工場地進行合理布置。合理的場地布置能盡可能減少將來大型機械和臨時設施反復調整平面位置，盡最大限度地利用大型機械設施的性能。

同時，能夠對物流材料做好需求分析，盡可能合理地安排材料進場和材料堆放，對現(xiàn)場人流進行合理的規(guī)劃，保證流水作業(yè)等。為避免上述問題，可以將BIM技術提前應用到施工現(xiàn)場臨時設施規(guī)劃階段，從而更好地指導施工，為企業(yè)降低施工風險與施工成本。

而基于BIM的虛擬建造包括基于BIM的施工模擬、基于BIM的構件虛擬拼裝、基于BIM的施工現(xiàn)場臨時設施規(guī)劃等方面。下面我們一起來看下它們各自都包含哪些內容。

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一、施工模擬

01虛擬施工的概述

虛擬施工(Virtual Construction，簡稱VC)，是實際施工過程在計算機上的虛擬實現(xiàn)。

它采用虛擬現(xiàn)實和結構仿真等技術，在高性能計算機等設備的支持下群組協(xié)同工作。通過BIM技術建立建筑物的幾何模型和施工過程模型，可以實現(xiàn)對施工方案進行實時、交互和逼真的模擬，進而對已有的施工方案進行驗證、優(yōu)化和完善，逐步替代傳統(tǒng)的施工方案編制方式和方案操作流程。

同時在對施工過程進行三維模擬操作中，能預知在實際施工過程中可能碰到的問題，提前避免和減少返工以及資源浪費的現(xiàn)象，優(yōu)化施工方案，合理配置施工資源，節(jié)省施工成本，加快施工進度，控制施工質量，達到提高建筑施工效率的目的。

基于BIM的虛擬施工技術體系流程。從體系架構中可以看出，在建筑工程項目中使用虛擬施工技術，將會是個龐大復雜的系統(tǒng)工程，其中包括了建立建筑結構三維模型、搭建虛擬施工環(huán)境、定義建筑構件的先后順序、對施工過程進行虛擬仿真、管線綜合碰撞檢測以及最優(yōu)方案判定等不同階段，同時也涉及了建筑、結構、水暖電、安裝、裝飾等不同專業(yè)、不同人員之間的信息共享和協(xié)同工作。

基于BIM的虛擬施工體系流程

BIM的載體是模型，核心是信息，其本質就是面向全過程的信息整合平臺。虛擬施工是通過仿真技術虛擬現(xiàn)實。隨著BIM的不斷成熟，將BIM技術與虛擬施工技術相結合，利用BIM技術，在虛擬環(huán)境中建模、模擬、分析設計與施工過程的數(shù)字化、可視化技術。通過虛擬施工，可以優(yōu)化項目設計、施工過程控制和管理，提前發(fā)現(xiàn)設計和施工的問題，通過模擬找到解決方法，進而確定最佳設計和施工方案，用于指導真實的施工，最終大大降低返工成本和管理成本。

如果虛擬施工有效協(xié)同三維可視化功能再加上時間維度，可以進行進度模擬施工。

4D模型虛擬施工隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，同時進行有效協(xié)同，施工方、監(jiān)理方、甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主、領導都能對工程項目的各種問題和情況了如指掌;

5D模型對項目工程量進行準確測量，有效控制費成本支出;

6D模型實現(xiàn)對安全環(huán)境的模擬，時時觀察環(huán)境變化，做好改善與預防措施。這樣通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。

基于BIM的nD虛擬施工模型

02虛擬施工的特點

(1)先試后建，正是因為它這一特點大大降低了施工過程中的返工率，節(jié)約了很大一部分成本。

(2)分析與優(yōu)化，對設計進行分析與優(yōu)化，確?？墒┕ば?。

整合設化，使各專業(yè)的協(xié)作在設計開始就“自然”地通過中心數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，無須具體人員的參與、組織、管理，設計中的交流、溝通顯而易見，基本上不需要任何成本。

增強了設計優(yōu)化的手段，設計、檢查協(xié)調、修改、再設計的循環(huán)過程，直至在施工之前解決所有設計問題，消除設計錯誤和設計忽略，減少施工中的返工成本。

工序上分化BIM模型和進度計劃軟件(如MS Project，P3等)的數(shù)據(jù)集成，實時監(jiān)控施工進度，實時調整現(xiàn)場情況。可建性分析，進行安全、施工空間、對環(huán)境影響等全面的可建性模擬分析。

沖突碰撞檢查分析，建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進行模擬，生成與提供可整體化協(xié)調的數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)的二維圖紙會審耗時長、效率低、發(fā)現(xiàn)問題難的問題。

(3)優(yōu)化施工管理，清晰展示施工過程，各工種人員能清楚了解自己的工作內容和工作條件。

虛擬施工核心技術

二、構件虛擬拼裝

構件出廠前的預拼裝和安吊裝等，與深化設計過程的預拼裝不同，主要體現(xiàn)在：深化設計階段構件的預拼裝主要是為了檢查深化設計的精度，其預拼裝的結果反饋到設計中對設計進行優(yōu)化改進，從而提高預制構件生產(chǎn)設計的水平;

而出廠前的預拼裝等主要融合了生產(chǎn)中的實際偏差信息，其預拼裝的結果反饋到實際生產(chǎn)中對生產(chǎn)過程工藝進行優(yōu)化改進，同時對不合格的預制構件進行報廢，可提高預制構件生產(chǎn)加工的精度和質量，并提高建筑安裝水平。

01混凝土構件的虛擬拼裝

在預制構件生產(chǎn)完成后，其相關的實際數(shù)據(jù)(如預埋件的實際位置、窗框的實際位置等參數(shù))需要反饋到BIM模型中，對預制構件的BIM模型進行修正，在出廠前需要對修正的預制構件進行虛擬拼裝，旨在檢查生產(chǎn)中的細微偏差對安裝精度的影響。若經(jīng)過虛擬拼裝顯示對安裝精度影響在可控范圍內，則可出廠進行現(xiàn)場安裝;反之，不合格的預制構件則需要重新加工。

預制構件虛擬拼裝

02鋼構件的虛擬拼裝

要實現(xiàn)鋼構件的虛擬預拼裝，首先要實現(xiàn)實物結構的虛擬化。實物虛擬化就是將真實的構件精確地轉化為數(shù)字模型。這種工作依據(jù)構件的大小有多種轉變的方法，目前可以直接利用的設備包括全站儀、三坐標檢測儀、激光掃描儀等。例如使用機器人全站儀對某工程選定的部位進行完整的空間點云數(shù)據(jù)采集，快速構建三維可視化模型。通過與BIM模型對比，在模型中顯示實體偏差，輸出實測實量數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的真實客觀，并將精準的數(shù)據(jù)帶到現(xiàn)場工地，實現(xiàn)數(shù)字化和智能化，從而提高工作效率和精度。

三維可視化模型全站儀數(shù)據(jù)采集

03幕墻工程虛擬拼裝

運用BIM技術可以有效地解決工廠集成過程前、中、后的信息創(chuàng)建、管理和傳遞的問題。利用BIM模型、三維構建圖紙、加工制造、組裝模擬等手段，即可為幕墻工廠集成階段的工作提供有效支持。同時，BIM的應用還可以將單元板塊工廠集成過程中創(chuàng)建的信息傳遞至下一階段的單元運輸、板塊存放等流程，并可進行全程跟蹤和控制。

幕墻單元板塊組裝流程圖

預拼裝的實施步驟

幕墻預拼裝的實施步驟

04機電設備工程虛擬拼裝

在機電工程項目中施工進度模擬優(yōu)化，主要利用Navisworks軟件對整個施工機電設備進行虛擬拼裝模擬，方便現(xiàn)場管理人員及時對部分施工節(jié)點進行預演及虛擬拼裝，并有效控制進度。此外，利用三維動畫對計劃方案進行模擬拼裝，更容易讓人理解整個進度計劃流程。對于不足的環(huán)節(jié)可加以修改完善，對于所提出的新方案可再次通過動畫模擬進行優(yōu)化，直至進度計劃方案合理可行。

傳統(tǒng)方式與基于BIM的虛擬拼裝方式進度掌握比較

三、施工現(xiàn)場臨時設施規(guī)劃

01大型施工機械設施規(guī)劃

大型機械設施的規(guī)劃是整個項目施工現(xiàn)場臨時設施規(guī)劃中非常重要的一步。大型機械設施規(guī)劃的好壞，往往能決定一個項目的施工進度和項目成本。在傳統(tǒng)的大型機械設施平面規(guī)劃中，施工方案的制定往往需要在平面圖上推敲這些大型機械的合理布置方案。但是單一地看二維的CAD圖紙和施工方案，很難發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題。而利用BIM技術就可以通過三維模型較直觀形象得選擇更合理的平面規(guī)劃布置，并清楚表達與建筑物主體結構的連接關系，選擇合適的施工技術方案，提前解決施工過程中可能存在的問題。

02現(xiàn)場物流及人流規(guī)劃

施工現(xiàn)場是一個涉及各種需求的復雜場地，其中建筑行業(yè)對于物流、人流也有自己特殊的需求。BIM 技術首先是一個信息收集系統(tǒng)，可以有效地將整個建筑物的相關信息錄入收集，并以直觀的方式表現(xiàn)出來。

比如，建筑工程涉及各種材料，有些材料為半成品，有些材料是完成品，對于不同的材料既有通用要求，也有特殊要求。材料進場應該有效地收集其運輸路線、堆放場地及材料本身的信息等。

同時還可以利用BIM技術來模擬、分配和管理各種建筑物中人流規(guī)劃，采用三維模型來表現(xiàn)效果、檢查碰撞、調整布局，最終形成可以直觀展示的報告等。

總之，BIM技術發(fā)展到現(xiàn)在，它的應用范圍已經(jīng)足夠廣泛，尤其是在施工建設當中，起到了不可替代的作用。

BIM技術遲早都要用，使用越晚，我們在市場上的競爭優(yōu)勢會越不明顯。所以大家要抓緊時間行動起來喲~~

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