一文读懂基于BIM的虚拟建造——施工模拟

随着BIM技术在国内施工的推进，目前BIM技术已从原先对一些简单的静态碰撞分析发展到对整个项目进行全生命周期应用的阶段。一个项目从施工进场开始，首先要面对的是如何对整个项目的施工场地进行合理布置。合理的场地布置能尽可能减少将来大型机械和临时设施反复调整平面位置，尽最大限度地利用大型机械设施的性能。同时，能够对物流材料做好需求分析，尽可能合理地安排材料进场和材料堆放，对现场人流进行合理的规划，保证流水作业等。为避免上述问题，可以将BIM技术提前应用到施工现场临时设施规划阶段，从而更好地指导施工，为企业降低施工风险与施工成本。

基于BIM的虚拟建造包括基于BIM的施工模拟、基于BIM的构件虚拟拼装、基于BIM的施工现场临时设施规划等方面。

今天我们就先来讲一讲BIM的施工模拟~

施工模拟

1、虚拟施工的概述

虚拟施工(Virtual Construction，简称VC)，是实际施工过程在计算机上的虚拟实现。它采用虚拟现实和结构仿真等技术，在高性能计算机等设备的支持下群组协同工作。通过BIM技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型，可以实现对施工方案进行实时、交互和逼真的模拟，进而对已有的施工方案进行验证、优化和完善，逐步替代传统的施工方案编制方式和方案操作流程。

在对施工过程进行三维模拟操作中，能预知在实际施工过程中可能碰到的问题，提前避免和减少返工以及资源浪费的现象，优化施工方案，合理配置施工资源，节省施工成本，加快施工进度，控制施工质量，达到提高建筑施工效率的目的。

基于BIM的虚拟施工技术体系流程。从体系架构中可以看出，在建筑工程项目中使用虚拟施工技术，将会是个庞大复杂的系统工程，其中包括了建立建筑结构三维模型、搭建虚拟施工环境、定义建筑构件的先后顺序、对施工过程进行虚拟仿真、管线综合碰撞检测以及最优方案判定等不同阶段，同时也涉及了建筑、结构、水暖电、安装、装饰等不同专业、不同人员之间的信息共享和协同工作。

基于BIM的虚拟施工体系流程

BIM的载体是模型，核心是信息，其本质就是面向全过程的信息整合平台。虚拟施工是通过仿真技术虚拟现实。随着BIM的不断成熟，将BIM技术与虚拟施工技术相结合，利用BIM技术，在虚拟环境中建模、模拟、分析设计与施工过程的数字化、可视化技术。通过虚拟施工，可以优化项目设计、施工过程控制和管理，提前发现设计和施工的问题，通过模拟找到解决方法，进而确定最佳设计和施工方案，用于指导真实的施工，最终大大降低返工成本和管理成本。

如果虚拟施工有效协同三维可视化功能再加上时间维度，可以进行进度模拟施工。4D模型虚拟施工随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主、领导都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌；5D模型对项目工程量进行准确测量，有效控制费成本支出；6D模型实现对安全环境的模拟，时时观察环境变化，做好改善与预防措施。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

基于BIM的nD虛拟施工模型

虚拟施工的特点包括：

1．先试后建，正是因为它这一特点大大降低了施工过程中的返工率，节约了很大一部分成本。

2．分析与优化，对设计进行分析与优化，确保可施工性。

整合设化，使各专业的协作在设计开始就“自然”地通过中心数据库实现，无须具体人员的参与、组织、管理，设计中的交流、沟通显而易见，基本上不需要任何成本。

增强了设计优化的手段，设计、检查协调、修改、再设计的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，消除设计错误和设计忽略，减少施工中的返工成本。

工序上分化BIM模型和进度计划软件（如MS Project，P3等）的数据集成，实时监控施工进度，实时调整现场情况。 可建性分析，进行安全、施工空间、对环境影响等全面的可建性模拟分析。

冲突碰撞检查分析，建造前期对各专业的碰撞问题进行模拟，生成与提供可整体化协调的数据，解决传统的二维图纸会审耗时长、效率低、发现问题难的问题。

3．优化施工管理，清晰展示施工过程，各工种人员能清楚了解自己的工作内容和工作条件。

虚拟施工核心技术

2、模拟施工的目的及意义

▷ 4D施工模拟提升管理水平

施工进度计划是项目建设和指导工程施工的重要技术文件，是施工单位进行生产和经济活动的重要依据。进度管理是质量、进度、投资是三个建设管理环节的中心，直接影响到工期目标的实现和投资效益的发挥。施工进度计划是施工组织设计的核心，通过合理安排施工顺序，在劳动力、材料物资及资金消耗最少的情况下，按规定工期完成拟建工程施工任务。传统进度管理的方式有基于二维图纸、网络图等。

▷ 可建性模拟提高工作效率

为了工程如期完成，不同专业在同一区域、同一楼层交叉施工的情况是难以避免的。是否能够组织协同好各方的施工顺序以及施工区域，都会对工作效率和既定计划查收产生影响。BIM技术可以通过施工模拟为各个专业施工方建立良好的协调管理提供支持和依据。

3、实现虚拟施工过程的仿真软件

用于建模的Revit软件本身不具备进行施工模拟的能力。要实现施工过程仿真需要一种能够将BIM模型和施工进度安排相结合并以动画形式展现的工具。这里可以使用Navisworks。

Navisworks的主要功能如下：

三维模型的实时漫游

模型整合

碰撞校审

模型渲染

4D模拟

支持PDMS和PDS模型

模型发布

4、虚拟施工的运用

虚拟施工可比较不同的施工方案，对方案进行提前模拟和优化。通过虚拟施工从设备投入、工期、施工措施费用等各方面精细的对比评估，能够确定最优施工方案。

除了利用施工模拟技术优化施工方案外，基于BIM对构件进行虚拟拼装和吊装，对施工现场的临时设施进行规划等方面的应用也在逐步发展成熟。

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