基于BIM的虛擬施工技術應用探討

羅文聰

（云南新世紀滇池國際文化旅游會展投資有限公司　云南　昆明　650214）

基于BIM的虛擬施工技術應用探討

羅文聰

（云南新世紀滇池國際文化旅游會展投資有限公司云南昆明650214）

近年來，工程施工的發展十分迅猛，施工安全、效率和質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節預先制定處理控制方案和管理措施，完善施工方案。本文對BIM技術進行了簡單介紹，深入分析了虛擬施工的關鍵環節以及實現過程，以期推動BIM虛擬施工技術的實際應用，提高實際施工工作。

BIM；虛擬施工；應用

虛擬施工技術的出現是基于施工發展的需求，通過建筑信息模型進行虛擬施工技術應用，具有十分重要的現實意義。BIM虛擬施工技術綜合使用多種技術，對施工項目各個環節進行建模分析，從而提升對施工問題、風險的預判能力，進而改善施工現狀。

1　BIM基本內涵

BIM是社會經濟發展的產物，其不同于傳統的平面設計，比如CAD。在建筑施工中，各個參與方可以通過BIM實現施工數據信息和交流共享，將傳統的二維設計逐步提升到可視化三維設計的高度。BIM通過具體的數據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據，是對施工對象的數字化展現。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據做出正確的處理操作，是在施工過程中實現協同施工的基礎。

在BIM下的虛擬施工技術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下的虛擬施工技術能夠將建筑項目工程施工過程所涉及的全部信息、數據以及資料統一保存到數據庫中，并且可以根據施工實際對數據庫中的數據進行更新和交流共享。②數據一致性，即在施工項目各個環節設計數據中建立其一致性的相互關系。在相關人員對數據庫中的數據進行更新、修改等操作時，在其他環節的關聯數據可以得到實時更新，確保各個環節的數據能夠保持一致。

2　BIM下虛擬施工的關鍵性環節探析

2.1組織設計

組織設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最大產出，高效利用各種資源的施工總體規劃。組織設計通常是按照施工階段進行的，主要可以分為總設計、工程單位組織設計以及工程分部組織設計三個階段，進而再進行具體的組織設計。其中工程單位組織設計的對象是單體建筑物，以基礎施工圖作為依據。根據施工對象的復雜程度和規模大小，組織設計的深度和廣度也是不同的，但是整體內容基本保持一致。工程單位組織設計主要包括施工方案、施工圖紙和施工進度三個方面的內容。

組織設計是施工中十分重要的環節，主要承擔了施工規劃和施工組織的關鍵作用。組織設計可以有效提高施工活動的管理工作、可以對施工環節進行指導、可以產生相關文件。由于施工工程具有多樣性特點，所以組織設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，在三維圖像系統中是一個十分常見的問題。通常情況下，將被檢測對象的構成幾何元素全部輸入到碰撞系統中，在一定時間內，對模型之間是否產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化。在使用碰撞檢測時，一般需要先對明顯不會產生接觸或穿透的區域進行排除，再對可能發生接觸或穿透的區域進行重點檢測。

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構簡單體積較大的包圍盒對復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、四面體網以及k-d樹等。

2.3虛擬施工

從當前的實際情況來說，BIM主要運用于設計方面，在施工中的應用尚少。因此，需要加強BIM在虛擬施工當中的運用，以促進施工技術發展進步。通過BIM技術，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，以便發現施工流程中存在的問題，進而對施工方案進行改進優化。通過虛擬施工技術，可以高效地檢驗施工方案的可行性，對施工流程各個環節進行拆分，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、組裝虛擬施工環境、定義施工順序及關系、施工工程模擬、模擬結果分析、結果不滿足要求則調整參數從定義環節重新開始、結果滿足要求則進行最優分析、不滿足最優條件則對其他方案進行驗證、滿足最優條件則確定該方案為實際施工方案。

3　BIM下虛擬施工技術的實現過程

3.1設計虛擬施工方案

通過BIM進行虛擬施工設計，可以在Revit上創建虛擬模型，通過該軟件豐富的設計功能，協調施工環節信息管理，強化客戶溝通，對施工信息數據及時采集并且進行反饋，最大程度保障數據的一致性和實時性。在方案設計之初，可以通過Revit軟件工具展開推敲設計，尤其是將相關設計概念轉化為具體形象，同時對建筑信息數據進行提取。在建筑設計的環節中，就是把推敲設計進行具化，在Revit軟件中實現施工方案。再通過對應的分析工具對模型進行綜合性評估。通常情況下，設計虛擬設計方案的流程可以分為：利用BIM建立建筑信息模型，之后通過優化、仿真技術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實現虛擬施工過程

通過上述設計方案可知，實現虛擬施工過程需要三維設計軟件作為基礎進行。實現虛擬施工過程則需要根據實際情況進行。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構，每層高度在290cm，建筑總體高度為18.6m，內外差高為0.7m。根據這一實際案例可以看出，其模型結構比較簡單、施工環境便利、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，然后再建立相應的施工模型，明確該模型狀態下的組織設計、施工順序和關系、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現施工過程中可能存在的問題，提前進行施工方案優化或是制定應多措施。比如安裝構建、管線碰撞等問題，都可以在三維演示中得到體現，進而對實際施工作出指導。

通過這一虛擬模擬過程，實現了虛擬施工技術在施工中的應用，可以在不浪費施工資源和人力的情況下，對施工環節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量。在實際施工中，實現虛擬施工技術需要更加全面的考慮各種影響因素，比如天氣、地質等，以便進行更加全面的虛擬施工。

4　結束語

在施工效率和質量要求不斷提升的情況下，基于BIM的虛擬施工技術應用具有十分重要的作用。只有在明確虛擬施工技術關鍵環節的基本前提下，按照科學合理的步驟實現虛擬施工技術的應用，將施工方案優化到最佳。

[1]星竹.虛擬技術實現建筑夢想[J].中國建設信息，2011（04）：40～43.

[2]李云貴，邱奎寧，王永義.我國BIM技術研究與應用[J].鐵路技術創新，2014（02）：36～41.

[3]柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術應用研究[D].西安建筑科技大學，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。