摘 要

在建筑业快速发展的今天，许多工程项目的施工阶段中仍然存在诸多问题，例如：拖延施工进度，施工不合理安排，资源浪费和返工频繁。对于在行业中出现的这些问题，可以通过基于BIM技术的4D模拟技术进行解决。基于BIM的4D技术是先将平面二维的图形进行三维化加工，使其形成三维模型，然后再与进度计划中的时间维度相结合，产生4D的施工进度模拟。在行业上运用这项技术能够让管理者清晰直观地了解施工过程中的施工状况，对于施工过程中可能出现的风险有提前的认知，提前采取措施防范风险，把项目的风险发生几率降到最低。

本设计以BIM的基本理论和相关软件为基础，对案例进行可视化三维建模，然后将3D建模与在Microsoft Project中编制好的施工进度计划相结合，完成整个项目的施工模拟过程。首先，利用Autodesk Revit软件将CAD图纸的平面信息进行3D建模，然后根据项目的相关信息和工程概况来编制项目的施工组织设计书，然后利用Microsoft Project编制施工进度计划中的进度计划表，在Microsoft Project中设置好各任务之间的逻辑关系，建立完整的施工进度计划横道图。最后利用Autodesk Navisworks软件将构件的参数化3D模型与在Microsoft Project中编制好的施工进度计划的时间表相结合，利用该软件的Timeliner模块实现施工计划预演和施工过程模拟，从而达到施工过程管理与控制的目的。

关键词：BIM；4D技术；施工进度模拟

Abstract

Today, with the rapid development of the construction industry, many problems still exist in the construction stage of many engineering projects, such as delays in construction schedule, unreasonable construction arrangements, waste of resources, and frequent rework. For these problems in the industry, it can be solved by 4D simulation technology based on BIM technology. The BIM-based 4D technology firstly processes the planar two-dimensional graphics into three-dimensional models, and then combines them with the time dimension in the schedule to generate a 4D construction schedule simulation. The use of this technology in the industry allows managers to clearly and intuitively understand the construction conditions during the construction process, and to have an early awareness of the risks that may occur during the construction process, take measures to prevent risks in advance, and reduce the risk of the project to lowest.

Based on the basic theory of BIM and related software, this design visualizes the 3D modeling of the case, and then combines the 3D modeling with the construction schedule prepared in Microsoft Project to complete the construction simulation process of the whole project. First, use Autodesk Revit software to 3D model the CAD drawing's plane information, then compile the project's construction organization design book according to the project's related information and project overview, and then use Microsoft Project to compile the schedule in the construction schedule. In Microsoft Project, set up the logical relationship between tasks and establish a complete construction schedule Gantt chart. Finally, using Autodesk Navisworks software, the parameterized 3D model of the component is combined with the schedule of the construction schedule prepared in Microsoft Project, and the Timeliner module of the software is used to realize the construction plan rehearsal and the construction process simulation, so as to achieve the construction process management and The purpose of control.

Key words: BIM; 4D technology; construction schedule simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2 国外现状 2

1.3 研究内容及方法 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2 研究方法 3

1.4 研究技术路线 4

第2章 BIM理论与4D施工模拟介绍 5

2.1 BIM的基本理论 5

2.2 BIM应用的相关软件 5

2.2.1 Autodesk Revit 5

2.2.3 Autodesk Navisworks 6

2.3 4D施工进度模拟理论 7

第3章 工程概况 8

3.1 工程建设概况 8

3.2 工程建筑设计概况 9

3.3 工程结构设计概况 11

3.4 施工条件 12

3.4.1 场地条件 12

3.4.2 自然条件 12

第4章 施工部署 14

4.1 工程特点分析 14

4.2 施工管理目标 14

4.4 施工方案 14

4.4.1 组织流水施工的原则 14

4.4.2 施工段的划分 15

4.4.3 施工顺序 15

4.4.4 主要施工方法的确定 16

4.4.5 主要施工机具配置 17

4.5 施工程序安排 19

第5章 主要分部分项工程的施工方法 20

5.1 基础工程 20

5.1.1 地质情况 20

5.1.2 桩基工程 20

5.1.3 基础土方 20

5.1.3 地下室结构工程 22

5.2 主体结构工程 24

5.2.1 几项关键工作 24

5.2.2 施工顺序 25

5.2.3 施工方法 25

第6章 施工进度计划的编制 30

6.1 使用Microsoft Project进行施工进度计划编制 30

6.2 施工进度计划编制说明 34

第7章 工程4D建模 39

7.1 Revit三维建模 39

第8章 基于BIM的施工过程动态模拟与分析 46

8.1 使用Navisworks进行施工过程动态模拟 46

7.2 模型分析 48

结论与展望 53

致 谢 55

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

据相关机构统计分析，全球建筑业的施工过程中普遍存在生产效率低下的问题，其中三成来自施工过程需要返工，一半以上的问题来自劳动力被浪费，近一成的损失来自材料的浪费。针对目前工程项目出现的生产效率低下的问题，基于BIM的信息模型可以很好的解决。BIM信息模型中集成了诸多信息，诸如人员、材料、机械设备、场地甚至天气情况等信息，并且以天为单位对建筑工程的施工过程进行模拟。通过4D施工过程模拟，可以直观地反应施工的各项工序的执行状况，方便施工单位协调好各专业的施工顺序、提前组织专业班组进场准备设备、施工等。同时，4D施工进度的模拟也具有很强的直观性，可以让施工管理人员直观地发现施工过程中可能存在的风险问题，提醒施工管理人员提前做好风险应对方案。

基于BIM的4D施工进度模拟具有可视化、协调性、模拟性、可优化性等特点，用于指导项目施工现场管理、复杂节点的安装模拟，以此来优化施工的组织设计，使具体的项目施工工程合理有序的进行。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

在如今的建筑行业里，随着BIM技术的不断革新，越来越多参与大型项目建设的建设单位开始选择将BIM技术运用到施工建设中去。中国的BIM政策议案从2011年开始经历了重要阶段，自2012年第一个BIM标准出台以来，规范更加清晰条理，制定了2013年BIM采用的战略目标，并于2014年提出将BIM应用程序贯穿整个项目生命周期。作为BIM应用中为数不多的大城市之一，上海市人民政府（2014）公布了在上海推广BIM应用的战略目标，要求政府投资项目必须从2017年开始采用BIM。上海住房和城乡建设管理委员会透露，2016年，上海29％的新AEC项目采用了BIM，与当地AEC市场的竞争对手相比，32％的上海AEC公司实现了更高的BIM实施成熟度。由于造型独特，异型构件较多，2010年世博会中国馆的施工过程中就运用到了BIM技术，2010年上海世博会中国馆的模型是利用鲁班软件建立的，主要分为建筑部分和结构部分。其所建立的BIM模型对于其工程量的计算、设计方案的变更和调整，及后期工程量定额的审核对账起到了至关重要的作用，大大的减少了项目各参与方的工作量，提高了工作效率，降低了投资方的成本。上海中心大厦项目从2008年底开始全面使用BIM技术，借助华为的BIM云技术支持，施工单位只需要安排十几个工人，便可以在三天左右的时间内完成一层的施工任务，此外，建设上海中心大厦项目的建设单位还计划将BIM技术运用到运营阶段，即建筑的全生命周期管理。深圳平安金融中心幕墙工程，幕墙总面积逾17万平方米，单位板块几何形状十分复杂。其施工难度巨大，性能指标要求极高。面对大量的异型构件，面对如此庞大的工程量，远大中国项目组在整个项目策划、设计和施工，到交付运营全过程均应用BIM系统。

1.2.2 国外现状

而在国外，比如英国、韩国、北欧等发达国家和地区，在BIM技术的应用方面因为十分广泛。英国的设计公司在BIM技术的运用方面已经相当领先了，因为伦敦不仅是众多全球领先设计企业的总部，如Foster and Partners、Zaha Hadid Architects和BDP等企业，还是很多领先设计企业的欧洲总部，如HOK、SOM和Gensler。在这些背景条件下，英国政府发布的强制使用BIM的政策可以得到有效的执行，因此，英国的AEC企业与世界其他地方相比，发展速度更快。

北欧国家包括挪威、芬兰、瑞典和丹麦，这些国家是一些主要的建筑业信息技术的软件厂商所在地，如Tekla和Solibri，而且对发源于邻近匈牙利的ArchiCAD的应用率也非常高。虽然北欧四国政府强制并未要求全部项目使用BIM技术，但是由于当地气候的限制以及先进信息技术软件的推动，BIM技术的发展主要是企业们自发进行的，如一家芬兰国有企业——Senate Properties，同时也是芬兰最大的物业资产管理公司。2007年，Senate Properties发布了一份建筑设计的BIM要求（Senate Properties BIM Requirements for Architectural Design,2007）。自2007年10月1日起，Senate Properties参与的项目仅强制要求建筑设计部分使用BIM技术，其他设计部分可根据项目情况自行决定是否采用BIM技术，但目标将是全面使用BIM技术。该报告还提出，在设计招标将有强制的BIM技术运用要求，这些对于BIM技术运用的要求将成为项目合同的一部分，具有法律约束力；建议在项目协作时，建模任务需创建通用的视图，需要准确的定义；需要提交最终BIM模型，且建筑结构与模型内部的碰撞需要进行存档；建模流程分为四个阶段第一阶段为Spatial Group BIM、第二阶段为Spatial BIM、第三阶段为Preliminary Building Element BIM、第四阶段为Building Element BIM。

1.3 研究内容及方法

1.3.1研究内容

本设计以某高层国际中心G号楼为研究对象，利用Autodesk Revit软件进行建模，先按照结构施工图将建筑的主体结构建立模型，然后再按照建筑施工图将砌体部分和门窗装饰部分构件模型。

模型构件完毕后，保存为.rvt格式文件，在Autodesk Navisworks Manage软件中直接打开.rvt格式文件进行冲突碰撞的检查和动画、脚本的制作。通过Microsoft Project软件制作施工进度计划的进度横道图，导入到Microsoft Navisworks Manage中进行施工进度模拟分析，根据时间的进度计划，可以实现对BIM模型的4D施工模拟，为不确定性非常大的现场施工提供可视性的技术保障。

1.3.2 研究方法

1. 文献综述法

充分利用中国期刊网和学校图书馆馆藏的资源，研究与本次设计相关的书籍、优秀论文和期刊。通过对文献资料的选择、整理、阅读、分析，为后续深入的研究提供系统全面的资料和案例来源。

1. 模型分析法

以BIM理论及相关软件为基础，利用有关BIM的软件建立具有详细信息可视化的三维模型，详细分析模型建造过程和模型参数化信息，与实际施工图纸进行对比来优化模型。

1. 计算机模拟法

利用计算机软件使建立的三维模型与施工进度时间计划相结合，对BIM模型进行施工进度模拟，以模型的分析来指导实际工程，以实际工程来对照模型分析，得出更有实际价值的结论。

1.4 研究技术路线

图 1.1 研究技术路线图

第2章 BIM理论与4D施工模拟介绍

2.1 BIM的基本理论

BIM技术是一种应用于工程设计领域、建造领域、项目管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效的应对措施，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

一般认为，BIM技术包含了五大特点，分别是：可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图性。

2.2 BIM应用的相关软件

BIM技术集合了各方面的专业软件，将各专业的软件合理的利用起来，形成一个信息资源整合的框架。常见的BIM应用软件有Autodesk公司的Revit建筑、结构及设备软件；Bentley建筑、结构和设备系列；ArchiCAD以及Microsoft Project。以下将介绍与本设计相关的软件Autodesk Revit、Microsoft Project和Autodesk Navisworks。

2.2.1 Autodesk Revit

Autodesk Revit是Autodesk公司开发的一款为建筑师、景观设计师、结构工程师、软件MEP工程师、设计师和承包商开发一套建筑信息模拟模型软件。Revit软件包括了结构、建筑、设备等方面的建模功能，能够对建筑的结构主体，建筑装修以及管道布置等各方面进行三维数字化建模，可以直观地展现建筑物的各个细节。Revit可以使用工具来规划和追踪建筑物生命周期中的各个阶段，从概念施工到后来的维护或者拆除。

本设计将运用Autodesk Revit对某高层国际中心G号楼的结构施工图和建筑施工图进行三维数字化建模，把该项目的建筑物从二维平面信息呈现到三维模型中，直观地展现该工程的各种信息。

2.2.2 Microsoft Project

Microsoft Project是微软公司开发的项目管理软件。软件设计目的在于协助项目经理发展计划、为任务分配资源、跟踪进度、管理预算和分析工程量。本应用程式产生关键路径日程表，日程表可以以资源为标准，而且关键路径可以以甘特图形象化。Microsoft Project可以实现项目管理、项目组合管理以及资源管理等功能，能够让管理者更好地通过软件了解项目进度，从而更好地做出决策。

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