一文读懂基于BIM的施工模拟——虚拟建造

虚拟施工(Virtual Construction，简称VC)，是实际施工过程在计算机上的虚拟实现。

它采用虚拟现实和结构仿真等技术，在高性能计算机等设备的支持下群组协同工作。通过BIM技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型，可以实现对施工方案进行实时、交互和逼真的模拟，进而对已有的施工方案进行验证、优化和完善，逐步替代传统的施工方案编制方式和方案操作流程。

同时在对施工过程进行三维模拟操作中，能预知在实际施工过程中可能碰到的问题，提前避免和减少返工以及资源浪费的现象，优化施工方案，合理配置施工资源，节省施工成本，加快施工进度，控制施工质量，达到提高建筑施工效率的目的。

基于BIM的虚拟施工技术体系流程。从体系架构中可以看出，在建筑工程项目中使用虚拟施工技术，将会是个庞大复杂的系统工程，其中包括了建立建筑结构三维模型、搭建虚拟施工环境、定义建筑构件的先后顺序、对施工过程进行虚拟仿真、管线综合碰撞检测以及最优方案判定等不同阶段，同时也涉及了建筑、结构、水暖电、安装、装饰等不同专业、不同人员之间的信息共享和协同工作。

 

基于BIM的虚拟施工体系流程

如果虚拟施工有效协同三维可视化功能再加上时间维度，可以进行进度模拟施工。

4D模型虚拟施工 随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主、领导都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌；

5D模型 对项目工程量进行准确测量，有效控制费成本支出；

6D模型 实现对安全环境的模拟，时时观察环境变化，做好改善与预防措施。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

（1）先试后建，正是因为它这一特点大大降低了施工过程中的返工率，节约了很大一部分成本。

（2）分析与优化，对设计进行分析与优化，确保可施工性。

整合设化，使各专业的协作在设计开始就“自然”地通过中心数据库实现，无须具体人员的参与、组织、管理，设计中的交流、沟通显而易见，基本上不需要任何成本。

增强了设计优化的手段，设计、检查协调、修改、再设计的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，消除设计错误和设计忽略，减少施工中的返工成本。

工序上分化BIM模型和进度计划软件（如MS Project，P3等）的数据集成，实时监控施工进度，实时调整现场情况。可建性分析，进行安全、施工空间、对环境影响等全面的可建性模拟分析。 

冲突碰撞检查分析，建造前期对各专业的碰撞问题进行模拟，生成与提供可整体化协调的数据，解决传统的二维图纸会审耗时长、效率低、发现问题难的问题。

（3）优化施工管理，清晰展示施工过程，各工种人员能清楚了解自己的工作内容和工作条件。

构件出厂前的预拼装和安吊装等，与深化设计过程的预拼装不同，主要体现在：深化设计阶段构件的预拼装主要是为了检查深化设计的精度，其预拼装的结果反馈到设计中对设计进行优化改进，从而提高预制构件生产设计的水平；

而出厂前的预拼装等主要融合了生产中的实际偏差信息，其预拼装的结果反馈到实际生产中对生产过程工艺进行优化改进，同时对不合格的预制构件进行报废，可提高预制构件生产加工的精度和质量，并提高建筑安装水平。

 

在预制构件生产完成后，其相关的实际数据（如预埋件的实际位置、窗框的实际位置等参数）需要反馈到BIM模型中，对预制构件的BIM模型进行修正，在出厂前需要对修正的预制构件进行虚拟拼装，旨在检查生产中的细微偏差对安装精度的影响。若经过虚拟拼装显示对安装精度影响在可控范围内，则可出厂进行现场安装；反之，不合格的预制构件则需要重新加工。

  预制构件虚拟拼装

要实现钢构件的虚拟预拼装，首先要实现实物结构的虚拟化。实物虚拟化就是将真实的构件精确地转化为数字模型。这种工作依据构件的大小有多种转变的方法，目前可以直接利用的设备包括全站仪、三坐标检测仪、激光扫描仪等。例如使用机器人全站仪对某工程选定的部位进行完整的空间点云数据采集，快速构建三维可视化模型。通过与BIM模型对比，在模型中显示实体偏差，输出实测实量数据，保证数据的真实客观，并将精准的数据带到现场工地，实现数字化和智能化，从而提高工作效率和精度。

三维可视化模型全站仪数据采集

 

幕墙单元板块组装流程图

 

预拼装的实施步骤

 

幕墙预拼装的实施步骤

在机电工程项目中施工进度模拟优化，主要利用Navisworks软件对整个施工机电设备进行虚拟拼装模拟，方便现场管理人员及时对部分施工节点进行预演及虚拟拼装，并有效控制进度。此外，利用三维动画对计划方案进行模拟拼装，更容易让人理解整个进度计划流程。对于不足的环节可加以修改完善，对于所提出的新方案可再次通过动画模拟进行优化，直至进度计划方案合理可行。

 

施工现场是一个涉及各种需求的复杂场地，其中建筑行业对于物流、人流也有自己特殊的需求。BIM 技术首先是一个信息收集系统，可以有效地将整个建筑物的相关信息录入收集，并以直观的方式表现出来。

比如，建筑工程涉及各种材料，有些材料为半成品，有些材料是完成品，对于不同的材料既有通用要求，也有特殊要求。材料进场应该有效地收集其运输路线、堆放场地及材料本身的信息等。

同时还可以利用BIM技术来模拟、分配和管理各种建筑物中人流规划，采用三维模型来表现效果、检查碰撞、调整布局，最终形成可以直观展示的报告等。

总之，BIM技术发展到现在，它的应用范围已经足够广泛，尤其是在施工建设当中，起到了不可替代的作用。