基于4D信息模型的施工管理研究

基于4D信息模型的施工管理研究

方绍林

云南武易高速公路建设指挥部

摘要：统计显示，建筑行业三分之二的项目在竣工后都存在建设费用超支的情况，做好施工阶段的管理工作，有效控制施工进度，合理分配资源是当前建筑施工面临的普遍问题。4D信息模型强大的施工进程模拟分析和可视化查看功能能有效的降低施工成本、缩短施工周期，为现代施工提供了新思路。

1前言

在传统工程项目施工管理活动中，施工活动安排一般使用网络图等二维手段进行表达，在一些施工细节上还容易出现纰漏。随着现代计算机辅助施工技术的发展，施工活动也朝着精确化、智能化方向发展。

4D(4-Dimensional，四维)技术是在三维空间的基础上加入时间的概念，即3D+Time[1]。直观的展示过程方便施工技术人员的快速理解、流畅沟通，此外，4D技术对减少项目的工作量、提高施工质量、降低施工成本都具有显著的效果[2]。4D施工技术的流程如图1所示：

24D信息模型的基本概念

2.14D信息模型的定义

4D信息模型（FourDimensionInformationModel，4D-IM）在3D模型的基础上加入以施工进度安排为时间属性的工程信息，形成一种直观的、可视化建筑进程数字信息模型[3]。

建筑施工的4D信息模型是将各个独立的建筑构件实体与整体模型建立施工进度逻辑关系，同时将材料、设备、施工场地等相关信息集成到模型中。这种集成为施工对象和相关的资源之间建立了合理的时序上的关系，实现了进度、人力、成本、材料的动态管理和优化配置。

2.24D信息模型的构建原则

（1）一致性：是指某一构件因需要而发生变动时，与其存在关系的其他构件也会随之做出一定的调整和变动，即关联性变化，这可以保证各构件和系统之间、构件和构件之间在时间属性方面保持一致。

（2）完整性：为满足模型在不同领域都能应用的要求，4D信息模型必须具备各种信息的完整表述。

（3）唯一性：为了减小因构件增多带来的关系冲突，避免因为定义不准确带来的二义性，各模型对象必须在全局范围内是唯一存在的。

2.34D信息模型的空间属性

4D信息模型所包含的空间属性是指三维实体的几何尺寸、构件材料等具体实际特性。4D信息模型的空间属性除了对建筑实体构件自身进行定义外，还对实体构件的类型、材料、结构尺寸等相关属性进行了定义描述[4]。

2.44D信息模型的时间属性

时间属性是4D信息模型区别于3D的关键属性，其主要反映了建筑构件的施工计划时间及具体的布置安排。因建筑施工过程具有重复性、复杂性等特点，其时间属性也相应具有反复性、离散性、不可逆等特性[5]。

3基于4D信息模型的施工管理研究

3.1基于4D信息模型的施工管理关键技术

基于4D信息模型的施工管理系统的关键技术主要有：3D模型的设计、工程数据的管理和组织、施工管理仿真分析、4D信息模型的构建。

（1）3D模型的设计

3D模型设计效果的好坏直接关系到管理过程仿真的效果。在设计3D模型的过程中可以根据实际工程管理的特点和需要，对模型所处的场景进行渲染和设计。

（2）工程数据的组织和管理

在4D信息模型的施工管理中，包括3D模型数据与工程工程进程信息数据在内的数据是管理的基础。工程施工相关数据的管理是一个庞大的工程，其数据具有种类多、数据量大等特点，且随着工程的进展呈不断增多的趋势。

（3）施工管理仿真模拟分析

4D信息模型在对施工过程进行的管理的主要一个手段就是借助于强大的防治模拟分析功能，该功能能对实现对工程施工进程的一个预演。

（4）4D信息模型的构建

借助4D信息模型是对工程施工管理进行综合分析，根据工程项目的实际特点对建立的4D施工信息模型进行分析和相关信息的提取。模型的相应时间属性能为施工进度的安排提供指导，造价信息能提供一个项目的粗预算。

3.24D施工管理信息模型的构建过程

4D施工信息模型是对建筑实体构件、3D整体模型和施工进程的相关属性建立关联机制。进一步建立3D施工对象与施工计划中各个工序时间、各配置资源的关系，实现各信息的相互融合，对施工进程进行提前模拟。

3.3基于4D信息模型的施工管理系统构建

数据层主负责相关信息数据的分类、存储、调用等；模型层的主要作用是从大量模型信息中拾取出有效的模型参数及时间信息等，再将这些有效信息进行二次整合；控制层的主要作用是通过可视化的方式对施工项目的工程进度信息、几何信息等相关属性进行展示，并支持人为变更处理。如图2是4D施工管理信息模型组成图。

4结论

4D信息模型技术在建筑施工优化与施工动态管理中的应用已成为施工管理邻域的研究热点，其有效的应用能够提升我国的施工管理水平。这种科学合理的施工辅助手段能极大的满足日益复杂的施工流程，减小施工风险，进而提高施工效率，缩短施工周期，降低施工成本，是未来施工管理的主要发展方向之一。

参考文献

[1]张建平，曹铭，张洋.基于IFC标准和工程信息模型的建筑施工4D管理系统[J].工程力学，2005，22(增刊)：220一227

[2]胡振中，张建平，周毅，等.青岛海湾大桥4D施工管理系统的研究和应用[J].施工技术，2008,37(12):84-87

[3]胡振中，基于BIM和4D技术的建筑施工冲突与安全分析管理[D].清华大学工学博士学位论文，2009

[4]胡文发.4D-CAD技术在施工管理中的应用研究.四川建筑科学研究，2006,32(4)：166-168

[5]张建平，王洪钧.建筑施工4D++模型与4D项目管理系统的研究[J].土木工程学报，2003,36(3):70-78