劉淋杰

摘要：建筑工程施工涉及的專業(yè)項目眾多，尤其是現(xiàn)在工程規(guī)模越來越大，現(xiàn)場施工更是復(fù)雜，很容易受到內(nèi)外部各種因素的影響，出現(xiàn)質(zhì)量以及安全問題。為提高工程建設(shè)綜合效果，就需要結(jié)合建筑施工特點，積極采取有效的措施手段進(jìn)行控制管理。例如對工程施工現(xiàn)場做可視化管理，執(zhí)行動態(tài)控制，以設(shè)計方案為依據(jù)，對各項要素做到統(tǒng)籌兼顧，及時發(fā)現(xiàn)并消除存在的隱患，爭取做到從根源上解決問題，這對保證施工質(zhì)量與安全具有重大意義。

關(guān)鍵詞：建筑工程;施工現(xiàn)場;可視化管理

一、前言

對建筑施工現(xiàn)場進(jìn)行可視化管理，可以進(jìn)一步實現(xiàn)施工現(xiàn)場布局、材料設(shè)備應(yīng)用以及施工結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的有效管理，第一時間了解并掌握繁雜的現(xiàn)場內(nèi)容，并及時根據(jù)所獲信息作出調(diào)整，確保每道工序、每個環(huán)節(jié)均能夠按照設(shè)計進(jìn)行，保證施工結(jié)果與規(guī)劃預(yù)期一致。可視化管理在建筑施工現(xiàn)場管理中的應(yīng)用意義重大，以全新的理念和技術(shù)作為支持，來推動工程施工活動的有序進(jìn)行，排除各類因素帶來的不利影響。

二、施工可視化管理

（一）可視化管理

可視化管理是現(xiàn)代化管理的一種手段，以信息技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)作為支持，來實現(xiàn)對整個施工現(xiàn)場的動態(tài)化監(jiān)控，確保第一時間掌握施工信息，為工程施工的靈活管理提供保障。對于建筑工程來講，其施工過程十分復(fù)雜，涉及的內(nèi)容眾多，整個現(xiàn)場的管理難度非常大，任何一個環(huán)節(jié)兼顧不到位均有可能出現(xiàn)質(zhì)量以及安全問題，影響工程的正常建設(shè)[1]。對建筑施工現(xiàn)場執(zhí)行可視化管理，即通過對現(xiàn)場安裝攝像頭來收集各項實時數(shù)據(jù)，并及時將視頻信息上傳到電腦終端，然后利用視頻編碼器來講視頻轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信息的形式，最終傳輸給控制中心，由管理人員來綜合各項要素對工程施工現(xiàn)場做有針對性的管理，從根源上來杜絕各類問題的發(fā)生。

（二）4D管理

4D管理理念早已被提出，且現(xiàn)在逐漸被應(yīng)用到多個領(lǐng)域的建筑施工中，進(jìn)一步提高了管理綜合水平。4D監(jiān)控管理系統(tǒng)的建立，可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場成本、材料、進(jìn)度以及質(zhì)量等多個方面的同時管理，為管理人員提供完整真實的施工現(xiàn)場，便于做到可視化、動態(tài)化管理[2]。并且，在管理系統(tǒng)的支持下，通過對工程施工數(shù)據(jù)的收集分析，還可以為后續(xù)的相似工程的建設(shè)提供管理依據(jù)，減少常見問題的發(fā)生，提高工程管理整體效果。

三、建筑施工現(xiàn)場可視化管理目標(biāo)

鑒于建筑工程施工過程的復(fù)雜性與綜合性特點，對其施工現(xiàn)場開展可視化管理，通過實時監(jiān)控系統(tǒng)來收集獲取各項信息數(shù)據(jù)，第一時間掌握施工實際情況，這對提高工程施工綜合效果具有重要意義?？梢詫⒖梢暬到y(tǒng)看作為一項綜合技術(shù)，其囊括了工程數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及4D技術(shù)，通過構(gòu)建4D信息模型，可以實現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場材料、場地布局、人力等方面的動態(tài)化、可視化管理[3]。

4D信息模型的構(gòu)建以及應(yīng)用，是建筑3D模型與施工進(jìn)度的有效聯(lián)合，進(jìn)一步滿足工程不同部門之間的信息共享，為相關(guān)管理工作的開展提供數(shù)據(jù)支持，可以通過可視化方法對自身負(fù)責(zé)管理項目進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，并結(jié)合施工狀態(tài)做出靈活調(diào)整，以確保更及時的來應(yīng)對各種問題，提高管理的高效性，將施工風(fēng)險降到最低。

四、建筑施工現(xiàn)場可視化管理實現(xiàn)途徑

（一）BIM技術(shù)

BIM即建筑信息模型，可以將其簡單地看作為智能化建筑的3D模型，具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性以及優(yōu)化性特點，可以將建筑工程不同階段的數(shù)據(jù)、信息以及資源全部連接在一起，實現(xiàn)對工程對象的完整描述，不同專業(yè)之間可以真正做到信息共享，提高施工作業(yè)的協(xié)調(diào)性，能夠很大程度上減少交叉施工的矛盾，確保工程施工的高效性。以三維數(shù)字設(shè)計以及工程軟件為支持，構(gòu)建可視化柱子建筑模型，作為建筑、結(jié)構(gòu)、開放商、設(shè)計工程師以及用戶等不同環(huán)節(jié)人員分析模擬的平臺，實現(xiàn)相互之間的高效化溝通和協(xié)作，滿足工程高質(zhì)量管理基本要求[4]。

BIM固有的一個特性就是可視化，可以通過統(tǒng)一的平臺來掌握工程施工的整個過程，所有數(shù)據(jù)的收集分析更加簡單，并且不僅僅可以將各項數(shù)據(jù)用于匯報和展示，更為關(guān)鍵的是所有專業(yè)均能夠做到信息共享，設(shè)計、施工、運(yùn)營之間存在的矛盾與問題能夠第一時間解決，針對任何問題的溝通、討論、決策均是在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，最大程度上來避免施工問題的發(fā)生。BIM可實現(xiàn)三維動態(tài)可視化設(shè)計，將工程以三維立體的形式展示給人們，便于管理人員能夠以更加直觀的方式來確認(rèn)工程施工情況。例如不同設(shè)備管線之間的設(shè)計，可視化狀態(tài)下就能夠從根源上來避免不同專業(yè)之間的碰撞，為各專業(yè)之間的配合與協(xié)調(diào)提供了可靠保障。在BIM技術(shù)下，除了設(shè)計圖紙以外，還可以綜合判斷存在的“錯、漏、缺”問題，全面掌握施工現(xiàn)場具體情況，便于整體管理工作的調(diào)整與優(yōu)化。

在技術(shù)水平不斷提高的背景下，可以將BIM構(gòu)建的建筑及施工現(xiàn)場3D模型與施工進(jìn)度、現(xiàn)場布局以及資源分配等項目相聯(lián)系，實現(xiàn)施工過程動態(tài)化、集成化以及可視化的4D施工管理。建立施工現(xiàn)場4D信息管理系統(tǒng)，對施工過程中涉及的項目進(jìn)行綜合管理，針對進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本以及場地布局等實現(xiàn)集成化和動態(tài)化管理，為工程高質(zhì)量建筑提供保障[5]。

（二）4D-CAD技術(shù)

4D-CAD是將建筑工程3D模型作為基礎(chǔ)，聯(lián)合進(jìn)度為時間因素，形象地展示出工程施工進(jìn)展，實現(xiàn)建筑施工過程動態(tài)模擬以及自動優(yōu)化管理。現(xiàn)代化建筑越來越復(fù)雜，整個施工過程需要多個部門之間的通力協(xié)作，面對不同領(lǐng)域和時間跨度產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集和處理，可想而知整個工作執(zhí)行的難度，并不能夠一步就實現(xiàn)建筑信息模型的構(gòu)建?？梢詫?D信息模型看作為一個子信息模型，即基于4D模型綜合施工過程信息、施工資源信息以及其他相關(guān)信息進(jìn)一步擴(kuò)展所得的模型。

從時間維度分析，建筑4D信息模型與時變結(jié)構(gòu)計算具有共通性，相互之間能夠形成良好的數(shù)據(jù)互通性，并且3D結(jié)構(gòu)模型可以通過4D系統(tǒng)三維模型導(dǎo)出生成。以建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工為例，4D模型可以對柱、墻、梁、板所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及支撐體系做動態(tài)化展示，包括確認(rèn)不同結(jié)構(gòu)在施工過程中不同時間節(jié)點的狀態(tài)，這就能夠為現(xiàn)場管理提供真實可靠的依據(jù)。4D信息模型還包括了工程相關(guān)信息，例如結(jié)構(gòu)形式、材料、荷載、施工資源以及質(zhì)量安全等，為管理人員提供了更加全面充分的數(shù)據(jù)資料，使得施工現(xiàn)場管理更加簡單[6]。隨著工程施工進(jìn)度的不斷變化，4D信息模型也會產(chǎn)生相應(yīng)變化，其可以自動生成時變結(jié)構(gòu)的計算模型，對結(jié)構(gòu)受力情況以及動態(tài)變化進(jìn)行科學(xué)計算，以及能夠?qū)κ┕るA段結(jié)構(gòu)的安全性以及可靠性進(jìn)行評價，全面掌握各結(jié)構(gòu)施工動態(tài)情況。

為實現(xiàn)建筑工程施工現(xiàn)場可視化管理，便可以基于BIM與4D-CAD技術(shù)的特點，將兩者進(jìn)行結(jié)合，研究基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的4D模型理論，建立3D幾何模型與時間以及工程信息的集成機(jī)制?；贗FC標(biāo)準(zhǔn)的4D施工管理擴(kuò)展模型4DSMM++，便可做到3D信息模型與進(jìn)度的雙向鏈接。4DSMM++將工程施工進(jìn)度、人力、成本、材料、機(jī)械以及場地等眾多資源集合在一起，實現(xiàn)多維信息的集成與管理。另外，構(gòu)建基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑工程4D施工系統(tǒng)，便能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下施工進(jìn)度、資源以及現(xiàn)場的動態(tài)化管理，滿足工程全面可視化管理的根本要求[7]。

五、建筑施工現(xiàn)場4D可視化管理

（一）時變結(jié)構(gòu)安全分析

時變結(jié)構(gòu)分析對象即工程設(shè)計階段到施工階段全過程的信息交換與共享，而基于4D信息模型的可視化管理，即可以對建筑施工階段時變結(jié)構(gòu)的安全分析做4D可視化動態(tài)模擬，同時做到結(jié)構(gòu)安全分析與施工安全管理。以4D信息模型作為支持，獲取安全分析所需的建筑施工相關(guān)信息，然后與設(shè)計規(guī)范荷載取值、隨機(jī)模擬以及時變結(jié)構(gòu)分析，來自動形成結(jié)構(gòu)分析計算模型、抗力隨機(jī)過程以及荷載隨機(jī)過程，完成該時點結(jié)構(gòu)安全性能指標(biāo)的計算。以建筑工程各構(gòu)件為對象，對其安全性能指標(biāo)進(jìn)行模糊分析，綜合后便可獲得工程整體結(jié)構(gòu)的安全性能評價。如果可以獲取結(jié)構(gòu)或布局構(gòu)件的實測安全信息，便能夠與動態(tài)預(yù)測以及評價模型進(jìn)行綜合分析，對結(jié)構(gòu)安全性指標(biāo)預(yù)測值作出相應(yīng)調(diào)整，提高結(jié)構(gòu)安全性能評價結(jié)果的可靠性[8]。圖1為施工階段建筑結(jié)構(gòu)安全分析內(nèi)容與邏輯關(guān)系。

（二）3D布局施工現(xiàn)場

對工程施工現(xiàn)場進(jìn)行3D布局，需要將工程施工計劃與工期設(shè)計作為依據(jù)，綜合多方要素來對現(xiàn)場空間以及資源安排進(jìn)行布局規(guī)劃，保證施工作業(yè)得以有序進(jìn)行，做到高效化與安全化施工。建筑工程現(xiàn)場布局規(guī)劃比較復(fù)雜，需要兼顧眾多內(nèi)容，除了設(shè)備以及設(shè)施的空間與平面布局外，還包括庫房、運(yùn)輸?shù)缆芬约八娐肪€等內(nèi)容，全部需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，為文明施工和安全施工創(chuàng)造有利條件。利用4D可視化管理系統(tǒng)中3D模擬庫等管理手段，來對現(xiàn)場存在的各要素進(jìn)行綜合安排，實現(xiàn)施工現(xiàn)場科學(xué)布局，同時兼顧工期計劃，隨時調(diào)整現(xiàn)場布局，確保資源以及空間布局的科學(xué)性，為可視化管理提供保障。

（三）聯(lián)合施工進(jìn)度管理

為實現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場的4D可視化管理，前提是要建立工程4D實體模型，由此就需要將3D模型與施工進(jìn)度進(jìn)行有效的結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)場進(jìn)度、布局規(guī)劃、資源分配等方面的綜合分析，確定施工資源空間、時間以及數(shù)量之間存在的聯(lián)系和規(guī)律，判斷不同因素對工程施工可能帶來的影響，為4D模型建立提供支持。在將3D模型與施工進(jìn)度進(jìn)行融合時，前提是要確認(rèn)現(xiàn)場布局與施工進(jìn)度在空間和時間上能夠保持一致，對每個時點的施工現(xiàn)場情況進(jìn)行動態(tài)模擬，這樣即便是工程進(jìn)度發(fā)生變化，也能夠通過模型對各階段、各專業(yè)的實際施工狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，以便于在影響最小的情況下，對現(xiàn)場材料、人才以及設(shè)備等資源來作出最為科學(xué)的調(diào)整。工作人員可以在管理過程中獲取到及時、完整的數(shù)據(jù)信息，保證每一項決策制定的科學(xué)性與可行性，推動工程施工活動的有序進(jìn)行。

（四）4D信息模型構(gòu)建

以設(shè)計圖紙為依據(jù)，完成建筑工程的3D模型構(gòu)建，然后按照WBS劃分以及施工方案對3D模型做進(jìn)一步的施工段劃分，并給每段施工環(huán)節(jié)附加屬性，完成3D工程構(gòu)件模型的建立。然后在將獲得的3D構(gòu)件模型與工程施工進(jìn)度計劃做鏈接，獲得4D信息模型。建筑工程4D信息模型包括了施工現(xiàn)場資源、結(jié)構(gòu)以及施工等方面的信息，可為施工階段的結(jié)構(gòu)安全分析提供數(shù)據(jù)支持，便于實現(xiàn)建筑工程施工現(xiàn)場的可視化管理。

（五）施工階段結(jié)構(gòu)安全分析

就建筑工程結(jié)構(gòu)類型、施工荷載以及材料性質(zhì)等內(nèi)容做不同時間段施工進(jìn)度變化的時變分析，建立施工階段建筑工程結(jié)構(gòu)的分析模型。同時還需要基于實際施工行為，對工程構(gòu)件做力學(xué)分析、性能驗算以及安全性識別，明確構(gòu)件安全指標(biāo)和評價體系，完成施工階段工程結(jié)構(gòu)的安全分析。對工程施工供需情況進(jìn)行確認(rèn)，并滿足施工過程動態(tài)跟蹤管理的基本要求，第一時間確認(rèn)結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力數(shù)值等變化，為安全施工與高效施工提供保證。

（六）施工資源管理

利用4D信息模型來對建筑施工現(xiàn)場各項資源進(jìn)行管理，可以通過兩個方面來實現(xiàn)：一是工程設(shè)備資源庫，即利用該管理系統(tǒng)來對施工設(shè)備材料等資源做動態(tài)化管理，前提必須管理人員對涉及的所有設(shè)備種類以及數(shù)量進(jìn)行完全登記和分類，然后將各類數(shù)據(jù)以參數(shù)化實體的形式輸入到電腦內(nèi)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。然后對施工所應(yīng)用的設(shè)備做專門類別的提取，以參數(shù)化的形式呈現(xiàn)出來，提高資源管理綜合效率。并且，可以通過機(jī)械模式來描述3D機(jī)械實體，促使虛擬施工方案與虛擬結(jié)構(gòu)之間有效結(jié)合，為實際設(shè)備管理決策方案的制定提供依據(jù)，提高管理方案的科學(xué)性與可行性。二是工程資金查詢、計算以及分析，即管理人員通過4D信息管理模型對對工程施工現(xiàn)場和后臺數(shù)據(jù)庫內(nèi)的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計和比對，確認(rèn)資源實際應(yīng)用情況。而且系統(tǒng)可以根據(jù)定額庫提前設(shè)定的預(yù)置線來對實際應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，將結(jié)果提交給管理人員，以便于能夠及時對不合理的部分作出調(diào)整，切實滿足工程施工要求。

（七）物理碰撞與沖突管理

現(xiàn)代化建筑工程基礎(chǔ)功能越來越完善，結(jié)構(gòu)設(shè)計也更為復(fù)雜，施工過程中往往存在大量不同專業(yè)之間的交叉施工，如果前期設(shè)計不合理或者現(xiàn)場管理不到位，均有可能出現(xiàn)物理上的碰撞與沖突，不僅增大施工難度，還會延誤工期，產(chǎn)生更多經(jīng)濟(jì)損失。為排除施工過程中的物理碰撞與沖突問題，便可以通過4D信息模型來對施工現(xiàn)場做可視化管理，建立時空關(guān)系模型，有目的性的對施工操作、資源調(diào)配以及設(shè)施布置等內(nèi)容進(jìn)行協(xié)調(diào)管理。對施工過程做可視化動態(tài)模擬，包括不同專業(yè)項目之間的碰撞檢測、沖突分析等，及時就存在的隱患來進(jìn)行專業(yè)間的溝通協(xié)商，結(jié)合實際條件作出設(shè)計上的更改，消除相互之間的沖突，確保工程可以在規(guī)定工期內(nèi)完成施工內(nèi)容。

（八）安全管理控制

安全管理也是建筑工程施工現(xiàn)場管理的重要內(nèi)容，對實現(xiàn)安全施工意義重大。面對每年眾多的施工安全事故，必須針對安全管理來采取積極有效的措施，以高新技術(shù)作為支持，來預(yù)測和評估可能會出現(xiàn)的安全事故，提前做好預(yù)防，消除導(dǎo)致事故發(fā)生的各類隱患，提高工程施工安全性。在針對建筑施工現(xiàn)場執(zhí)行可視化管理時，就需要將安全分析、控制以及施工安全管理集成一體，建立安全識別分析與控制管理局側(cè)集成機(jī)制，對施工階段各環(huán)節(jié)和時間段進(jìn)行可靠的安全管理與控制。以4D信息模型作為支持，對工程施工過程進(jìn)行動態(tài)模擬，綜合現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，來對施工作業(yè)以及對應(yīng)的安全措施以及安全事故進(jìn)行預(yù)演，并根據(jù)預(yù)演結(jié)果來對安全管理方案進(jìn)行必選以及調(diào)整，確保管理方案的可行性。并且，在4D模擬過程中，還可以根據(jù)指定時點的施工狀態(tài)自動導(dǎo)出結(jié)構(gòu)安全分析數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)內(nèi)，對該時點結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析。將分析獲得的應(yīng)力以及變值，判斷該時點結(jié)構(gòu)安全性能指標(biāo)，用于安全分析和預(yù)測，滿足施工階段安全管理要求。

六、結(jié)語

實現(xiàn)建筑工程施工現(xiàn)場可視化管理，便可以全年掌握施工全過程不同時段的實際狀態(tài)，對施工活動進(jìn)行動態(tài)化、可視化管理，對于收集獲取的各類信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析后作為管理人員各項決策制定的重要依據(jù)，通過對管理方案的靈活調(diào)整，來更及時的應(yīng)對各種問題，不僅可以提高管理效率，還能夠保證安全施工與高效施工。

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