建筑施工模拟应用示例

施工模拟就是基于虚拟现实技术，在计算机提供的虚拟可视化三维环境中对工程项目过程按照施工组织设计进行模拟，根据模拟结果调整施工顺序，以得到最优的施工方案。施工模拟通过结合BIM技术和仿真技术进行，具有数字化的施工模拟环境，各种施工环境、施工机械及人员等都能以模型的形式出现，以此来仿真实际施工现场的施工布置、资源的消耗等。模拟的施工机械、人员、材料是真实可靠的，因此施工模拟的结果可信度很高。施工模拟具有的优势如下：

（1）先模拟后施工。在实际施工前对施工方案进行模拟论证，可观测整个施工过程，对不合理的部分进行修改，特别是对资源和进度方面实行有效控制。

（2）协调施工进度和所需要的资源。实际施工的进度和所需要的资源受到多方面因素的影响，对其进行一定程度的施工模拟，可以更好地协调施工中的进度和资源使用情况。

（3）可靠地预测安全风险。通过施工模拟，可提前发现施工过程中可能出现的安全问题，并制定方案规避风险，同时减少了设计变更，并节省资源。

施工进度模拟的目的是，在总控时间节点要求下，以BIM方式表达、推敲、验证进度计划的合理性，充分准确显示施工进度中各个时间点的计划形象进度，以及对进度实际实施情况的追踪表达。

通过将BIM与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D（3D＋Time）模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，直观地对各分包、各专业的进场、退场节点和顺序进行安排，达到对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。此外，借助4D模型，BIM可以协助评标专家从4D模型中很快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等，从而对投标单位的施工经验和实力做出有效评估。

1.总体施工进度模拟

基于BIM的虚拟建造技术的进度管理通过反复的施工过程模拟，让施工阶段可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，逐一得到修改，并提前制定应对计划，使进度计划和施工方案达到最优，再用来指导实际的施工，从而保证项目施工的顺利完成。施工模拟应用于项目整个建造阶段，真正地做到前期指导施工，过程把控施工，结果校核施工，实现项目的精细化管理。

2.施工场地布置模拟

为使现场使用合理，施工平面布置应有条理，尽量减少占用施工用地，使平面布置紧凑合理，同时做到场容整齐清洁、道路畅通，符合防火安全及文明施工的要求。施工过程中应避免多个工种在同一场地、同一区域进行施工而相互牵制、相互干扰。施工现场应设专人负责管理，使各项材料、机具等按已审定的现场施工平面布置图的位置堆放。

基于建立的BIM三维模型及搭建的各种临时设施，可以对施工场地进行布置，合理安排塔式起重机、库房、加工厂地和生活区等的位置，解决现场施工场地平面布置问题，解决现场场地划分问题；通过与业主的可视化沟通协调，对施工场地进行优化，选择最优施工路线。利用BIM三维动态展现施工现场布置，划分功能区域，便于场地分析。

3.专项施工布置模拟(www.xing528.com)

通过BIM技术指导编制专项施工方案，可以直观地对复杂工序进行分析，将复杂部位简单化、透明化，提前模拟方案编制后的现场施工状态，对现场可能存在的危险源、安全隐患、消防隐患等提前排查，对专项方案的施工工序进行合理排布，有利于方案的专项性、合理性。

4.施工工艺模拟

针对工程中的重难点施工方案、特殊施工工艺实施前，运用BIM系统三维模型进行真实模拟，从中找出实施方案中的不足，并对实施方案进行修改，同时，可以模拟多套施工方案进行专家比选，最终达到最佳施工方案，在施工过程中，通过施工方案、工艺的三维模拟，给施工操作人员进行可视化交底，使施工难度降到最低，做到施工前的有的放矢，确保施工质量与安全。

模拟方案包括但不限于以下两点。

（1）施工节点模拟。对于工程施工的关键部位，如预制关键构件及部位的拼装，其安装相对比较复杂。合理的安装方案非常重要，正确的安装方法能够省时省费，传统方法只有工程实施时才能得到验证，容易造成二次返工等问题。同时，传统方法是施工人员在完全领会设计意图之后，再传达给建筑工人，相对专业性的术语及步骤对于工人来说难以完全领会。基于BIM技术，能够提前对重要部位的安装进行动态展示，提供施工方案讨论和技术交流的虚拟现实信息。基于BIM的装配式结构设计方法中调整优化后的BIM模型可用于指导预制构件的生产和装配式结构的施工。进度模拟能够优化预制构件装取施工的过程，并能够体现预制构件在施工时的需要量，利用进度模拟指导预制构件的生产和运输，可保证预制构件的及时供应以及施工现场的“零堆放”。通过进度模拟，可对每个时间点需要的预制构件数目一目了然，可以依据BIM模型同预制构件厂商议预制构件的订货。同时每个预制构件的进场时间等均可附加在BIM模型中的进场日期属性中，并通过时间的设置使得BIM模型中的预制构件呈现三种状态，即已完成施工、正在施工和未施工。通过这样的BIM模型，施工方可方便地对施工现场进行管理控制，并实时监控预制构件的生产和运输情况。预制构件厂可以根据需要直接从预制构件库中调取构件进行生产，不再需要复杂的深化设计过程。

在复杂工程中的某些复杂区城，结构情况错综复杂，进行施工技术交底时无法对其特点、施工方法详尽说明，这时可采用三维可视化施工交底，但是有时三维可视化施工也不能满足要求，这时则需要进行复杂节点的施工模拟，使施工人员迅速了解施工过程与方法。节点的施工模拟需要定义操作过程的先后顺序，将其与节点的各个部件关联，通过施工动画的形式将节点的施工过程形象地展示在施工人员面前，使施工人员能够迅速了解并掌握施工方法。同时，节点的施工模拟也可以检验节点的设计是否能够进行实际施工，当不能施工时则需要进行重新设计，施工节点的模拟如图6-16所示。

图6-16　BIM模拟施工节点

基于综合优化后的BIM模型，可对构件吊装、支撑、构件连接、安装以及机电其他专业的现场装配方案进行工序及工艺模拟及优化。

（2）工序模拟。可以通过BIM模型和模拟视频对现场施工技术方案和重点施工方案进行优化设计、可行性分析及可视化技术交底，进一步优化施工方案，提高施工方案质量，有利于施工人员更加清晰、准确地理解施工方案，避免施工过程中出现错误，从而保证施工进度、提高施工质量，如吊装施工工序模拟如图6-17所示。

图6-17　吊装施工工序模拟