建筑施工现场可视化管理与研究祁鹏强

建筑施工现场可视化管理与研究祁鹏强

祁鹏强

河南省昌建建筑工程有限公司河南省驻马店市463000

摘要：建筑施工具有施工周期长，影响因素多，因而实现建筑施工现场可视化管理具有十分重要的意义。不仅能够提高施工现场安全水平和信息技术应用水平，还能够提高施工质量，对搞好现场施工科学管理、降低各类事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工等，产生了极大的推动作用。为此，在接下来的文章中，将围绕建筑施工现场可视化管理方面展开详细分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。

关键词：施工现场；可视化；管理

引言：施工现场管理工作所涉及范围极广，不仅包括施工现场的科学布局、优化施工空间结构、施工机具设施的动态化管理，还包括设备的正常运行、材料的供给、施工劳动力的合理调配以及施工进度与成本管理等内容。为了提高建筑施工现场管理水平，越来越多的施工企业引入了可视化管理系统，结合建筑工程施工现场的具体需求，以可视化技术为基础，实现了施工现场管理水平的逐步提升。

1.可视化管理概述

可视化管理是一项现代化管理技术，是借助于计算机、网络、信息、视频、管理软件等先进技术，实现施工现场的可视化监控，通过安装于施工现场的摄像头，对施工现场作业及各项施工活动进行视频采集，借助于无线视频，传送至办公室，通过视频编码器转换为数字化信号，利用网络传送至监控中心，通过视频管理系统实现统一管理。1996年，美国斯坦福大学首次提出了4D理论，并提出将其应用于建筑施工等行业领域。2000年，清华大学成功构建了4D施工管理模型。2002年，进一步构建了扩展模型，采用WBS结构对施工现场材料、进度、机具设备、人力、成本、施工现场布置进行4D动态化监控与管理，实现了施工过程的可视化。通过对施工项目进程进行跟踪与监控，将项目过程分别存储为多媒体文件，并为日后其他项目建设提供参考和依据。近些年来，面向对象技术发展速度日趋加快，可视化技术也越来越受开发设计人员的青睐，也逐步发展成为一种成熟的标准。

2.4D-CAD技术的应用

2.14D-CAD概念

4D-CAD以建筑物的3D模型为基础，施工进度计划为时间因素，将工程的进展形象地展现出来，形成动态的建造过程模拟和自动地优化控制和管理。由于涉及领域范围广、时间跨度长、数据多而杂等因素，建筑信息模型无法一步到位。4D信息模型相当于一个子信息模型，是在4D模型的基础上，再增加包括施工过程信息、施工资源信息以及其他的相关信息而形成的扩展模型。由于4D信息模型和时变结构计算在时间维度上具有共通性，因此它们之间能形成良好的数据互通性。3D结构模型可通过4D系统的三维模型导出生成。如钢筋混凝土结构施工阶段，包括结构构件（柱、墙、梁、板）和支撑体系（支撑、模板）。4D模型能动态表现每个构件、施工段乃至整体结构在施工过程中的不同各时间段或时间点的施工状态，包括：未施工、施工中及工序（支模板、绑钢筋、浇混凝土、养护、拆模板支撑等各种工序）、施工完毕等。4D信息模型包括了相关工程信息，如结构形式、荷载、材料、施工资源以及质量安全等。随着施工进度动态变化的4D信息模型，能自动生成相应的时变结构的计算模型，用于计算结构的受力情况和动态变化，评价施工期结构的安全性能和可靠度。

2.2基于IFC标准的4D信息模型研究

将4D-CAD技术与BIM相结合，研究基于IFC标准的4D模型理论，建立3D几何模型与时间以及工程信息的集成机制。建立基于IFC标准的4D施工管理扩展模型4DSMM++，实现了3D信息模型与进度的双向链接。4DSMM++集进度、成本、人力、材料、机械以及场地等多种施工资源于一体，可形成多维信息集成和管理。开发基于IFC标准的建筑工程4D施工系统（4D-GCP－SU2006），提供了基于网络环境的4D进度管理、4D资源动态管理、4D施工场地管理和4D施工过程可视化模拟等功能，实现了施工进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D动态集成管理[1]。

3.建筑施工现场4D可视化管理的应用

3.1基于4D信息模型的建筑施工期时变结构的安全分析

能契合“时变”内涵，简化分析过程；实现从设计阶段到施工阶段的信息交换和共享；能对建筑施工期时变结构的安全分析过程进行4D可视化动态模拟。实现结构安全分析与施工安全管理相结合。从4D信息模型所获取的相关信息，结合设计规范荷载取值、随机模拟和时变结构分析，可以自动形成结构分析所需的计算模型、抗力随机过程及荷载效应随机过程，并计算该时点的结构安全性能指标（如安全度）。通过对各个构件的安全性能指标进行模糊分析，可以得到整体结构的安全性能评价。若能获取结构或局部构件的实测安全信息，便能结合动态预测与评价模型，调整安全性能指标的预测值，使结构的安全性能评价更准确。

3.2建立4D信息模型

按照施工图纸建立建筑物的3D模型，再按照WBS划分和施工方案对3D模型进行施工段划分，并附加工程属性，形成3D工程构件模型。将划分好的3D工程构件模型和相应的施工进度计划（如MicrosoftProject软件所编制的进度计划）链接，便完成了4D信息建模。4D信息模型包括从设计信息中自动提取材料、结构类型等相关信息以及施工信息，用于施工期的结构安全分析。

3.3施工期建筑结构安全分析

通过建筑结构类型、材料性质以及施工荷载等随时间和进度变化的时变分析，建立施工期建筑时变结构体系的分析模型，并针对各种施工操作进行力学分析、性能验算和安全性识别。建立相应的安全指标、评价体系以及施工期建筑安全评价模型。结合上述分析模型和评价模型，实现对施工期建筑结构进行安全性分析与评估。细致到施工供需，动态地跟踪施工全过程，以保证结构变形、应力满足设计要求，保证施工的安全和质量。

3.4施工过程物理碰撞与管理冲突

研究施工过程中施工操作、资源调配、设施布置对于建筑及其施工安全的影响，建立相应的时空关系模型。将施工过程进行可视化的动态模拟，以进行碰撞检测、冲突分析等工作，是解决施工管理落后于建筑设计和施工技术的关键而可行的技术，能保证施工顺利而安全地进行。

3.5建筑施工期的安全控制管理和4D动态模拟

将施工期建筑安全分析、控制与施工安全管理集成一体，通过建立安全识别分析与控制管理决策集成机制，实现施工期建筑结构及施工过程的安全管理和控制。基于4D可视化环境，通过建立各种施工操作和过程的动态模拟，对所采取的安全措施或施工方案进行预演、调整和比选。可以在4D模拟过程中，根据指定时点的施工状态自动导出结构安全分析数据，通过数据接口导入到结构分析系统进行该时点结构的安全性能分析。根据结构分析所得的应力、应变值，安全分析模型可以计算该时点结构的安全性能指标，进行安全分析及预测。

结论

简而言之，在建筑施工现场，结合4D技术和BIM技术能够实现施工现场的可视化管理，施工现场可视化的管理方式，大大提高了管理的效率和对施工现场的监督力度。通过这样的可视化管理，不仅深化了施工队伍的凝聚力，加强了业务技术交流，还保证了施工高质量和安全生产，同时，还活跃了现场施工管理气氛[3]。

参考文献：

[1]张建平，韩冰，李久林等．建筑施工现场的4D可视化管理[J].施工技术，2017，35（10）：36－38，62．

[2]何海芹．基于BIM的建筑工程可视化项目管理系统研究[J].中国住宅设施，2018（9）：90－93．