一文读懂基于BIM的施工模拟：虚拟建造

近些年来，随着BIM技术在国内施工的推进，目前BIM技术已从原先对一些简单的静态碰撞分析发展到对整个项目进行全生命周期应用的阶段。

一个项目从施工进场开始，首先要面对的是如何对整个项目的施工场地进行合理布置。合理的场地布置能尽可能减少将来大型机械和临时设施反复调整平面位置，尽最大限度地利用大型机械设施的性能。

同时，能够对物流材料做好需求分析，尽可能合理地安排材料进场和材料堆放，对现场人流进行合理的规划，保证流水作业等。为避免上述问题，可以将BIM技术提前应用到施工现场临时设施规划阶段，从而更好地指导施工，为企业降低施工风险与施工成本。

而基于BIM的虚拟建造包括基于BIM的施工模拟、基于BIM的构件虚拟拼装、基于BIM的施工现场临时设施规划等方面。下面我们一起来看下它们各自都包含哪些内容。

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一、施工模拟

01虚拟施工的概述

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

BIM的载体是模型，核心是信息，其本质就是面向全过程的信息整合平台。虚拟施工是通过仿真技术虚拟现实。随着BIM的不断成熟，将BIM技术与虚拟施工技术相结合，利用BIM技术，在虚拟环境中建模、模拟、分析设计与施工过程的数字化、可视化技术。通过虚拟施工，可以优化项目设计、施工过程控制和管理，提前发现设计和施工的问题，通过模拟找到解决方法，进而确定最佳设计和施工方案，用于指导真实的施工，最终大大降低返工成本和管理成本。

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。

基于BIM的nD虛拟施工模型

02虚拟施工的特点

(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。

虚拟施工核心技术

二、构件虚拟拼装

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。

01混凝土构件的虚拟拼装

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

02钢构件的虚拟拼装

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

03幕墙工程虚拟拼装

运用BIM技术可以有效地解决工厂集成过程前、中、后的信息创建、管理和传递的问题。利用BIM模型、三维构建图纸、加工制造、组装模拟等手段，即可为幕墙工厂集成阶段的工作提供有效支持。同时，BIM的应用还可以将单元板块工厂集成过程中创建的信息传递至下一阶段的单元运输、板块存放等流程，并可进行全程跟踪和控制。

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

04机电设备工程虚拟拼装

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。

传统方式与基于BIM的虚拟拼装方式进度掌握比较

三、施工现场临时设施规划

01大型施工机械设施规划

大型机械设施的规划是整个项目施工现场临时设施规划中非常重要的一步。大型机械设施规划的好坏，往往能决定一个项目的施工进度和项目成本。在传统的大型机械设施平面规划中，施工方案的制定往往需要在平面图上推敲这些大型机械的合理布置方案。但是单一地看二维的CAD图纸和施工方案，很难发现施工过程中的问题。而利用BIM技术就可以通过三维模型较直观形象得选择更合理的平面规划布置，并清楚表达与建筑物主体结构的连接关系，选择合适的施工技术方案，提前解决施工过程中可能存在的问题。

02现场物流及人流规划

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。

BIM技术迟早都要用，使用越晚，我们在市场上的竞争优势会越不明显。所以大家要抓紧时间行动起来哟~~

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