城市地下空間工程專業(yè)虛擬建造系統(tǒng)在地下空間工程的應(yīng)用研究

1、城市地下空間工程專業(yè)虛擬建造系統(tǒng)在地下空間工程的應(yīng)用研究【摘 要】虛擬建造實(shí)際就是在虛擬建造系統(tǒng)的平臺上， 建設(shè)工程參建各方通過協(xié)同設(shè)計(jì)， 建立三維模型， 對建筑物施工過程的計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)演， 從而實(shí)現(xiàn)施工中的事前控制和動態(tài)管理。 本文主要結(jié)合建設(shè)工程全壽命的集成化管理， 淺談了虛擬建造系統(tǒng)在工程建設(shè)各階段的應(yīng)用，并對研究的系統(tǒng)做了進(jìn)一步的展望?！娟P(guān)鍵字】地下空間；虛擬建造系統(tǒng)；全壽命期1 虛擬建造的定義虛擬建造，是采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)、建模等技術(shù)等多種學(xué)科的優(yōu)勢 , 建設(shè)項(xiàng)目的各參與單位業(yè)主、項(xiàng)目管理單位、設(shè)計(jì)單位、承包商、 供貨商在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬建造的平臺上協(xié)同工作，對建筑物或項(xiàng)目事先

2、進(jìn)行模擬建設(shè)，進(jìn)行各種虛擬環(huán)境條件下的分析，以提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題， 在實(shí)際投資、 設(shè)計(jì)或施工活動之前即可采取預(yù)防措施的方法 1 。2 虛擬建造系統(tǒng)的研究背景3 虛擬建設(shè)系統(tǒng)在地下空間中的應(yīng)用3.1虛擬建設(shè)系統(tǒng)在規(guī)劃階段的應(yīng)用由于地下空間工程呈封閉性，難以直觀表達(dá)，所以項(xiàng)目決策者一般都會在規(guī)劃階段根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案做多種形象的設(shè)想。 利用虛擬建設(shè)系統(tǒng)，在虛擬的三維空間中，演示地下空間建成后的最終效果，可以提前使項(xiàng)目決策者以不同的角度欣賞地下空間的外觀， 這樣，有助于分析設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)與不足，以便進(jìn)一步進(jìn)行決策。3.2虛擬建設(shè)系統(tǒng)在勘察設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用地下空間工程在建設(shè)過程中不確定因素較多，受工

3、程地質(zhì)和水文條件影響較大， 所以工程勘察階段對場區(qū)的地質(zhì)、地理環(huán)境和巖土特征分析是非常重要的。本系統(tǒng)在DIMINE數(shù)字礦山軟件的平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，可直接利用DIMINE強(qiáng)大的地質(zhì)分析與儲量計(jì)算功能，可迅速得出準(zhǔn)確的分析結(jié)果以及工程土方量，幫助項(xiàng)目在地質(zhì)勘察階段評估場區(qū)的使用條件和特點(diǎn)， 從而做出新建項(xiàng)目最理想的場地規(guī)劃、結(jié)構(gòu)分析、建筑布局等關(guān)鍵決策。在虛擬建設(shè)系統(tǒng)的平臺上，建筑工程師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師等在初步設(shè)計(jì)階段就實(shí)行協(xié)同設(shè)計(jì)， 共同商討施工圖是否符合施工工藝和施工流程的要求，而且整個(gè)設(shè)計(jì)平臺都是三維和可視化的，實(shí)現(xiàn)了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，可降低圖紙出錯率、減少質(zhì)量事故、增加

4、項(xiàng)目的透明度和可控性等 2 。3.3虛擬建設(shè)系統(tǒng)在施工階段的應(yīng)用3.3.1系統(tǒng)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用對于地下空間這種地質(zhì)復(fù)雜的工程，施工和運(yùn)營期間易發(fā)生質(zhì)量和安全隱患，保證工程質(zhì)量，是施工管理最直接的目的。所以加強(qiáng)對施工全過程的質(zhì)量監(jiān)管，也是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本系統(tǒng)通過在地下空間工程質(zhì)量管理數(shù)據(jù)庫中錄入施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)信息和施工中實(shí)際的質(zhì)量信息來控制工程的質(zhì)量。管理人員在信息采集庫中輸入施工現(xiàn)場的文本數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、聲音、圖像或照片等多源數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)通過信息采集庫錄入的質(zhì)量控制資料、外觀以及幾何尺寸等信息與施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)信息庫的標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行對比，進(jìn)行各檢驗(yàn)批、分項(xiàng)、分部工程質(zhì)量方面的檢查、審核與記錄3

5、 。如確認(rèn)其質(zhì)量符合要求，則予以確認(rèn)驗(yàn)收。如有質(zhì)量問題則立即進(jìn)行處理，待質(zhì)量合格后再驗(yàn)收確認(rèn)。3.3.2系統(tǒng)在進(jìn)度管理中的應(yīng)用控制地下空間的工程進(jìn)度，不僅能夠確保工程按預(yù)定的時(shí)間交付使用，及時(shí)發(fā)揮投資效益，而且有益于降低工程成本。地下空間的不確定性經(jīng)常會導(dǎo)致工程的變更以及工期的延誤，因此，進(jìn)度管理也是地下空間工程管理的一個(gè)難點(diǎn)與重點(diǎn)，當(dāng)前進(jìn)度管理中經(jīng)常用于表示進(jìn)度計(jì)劃的甘特圖，由于專業(yè)性強(qiáng)，可視化程度低，無法清晰描述施工進(jìn)度以及各種復(fù)雜關(guān)系， 難以準(zhǔn)確表達(dá)工程施工的動態(tài)變化過程。本系統(tǒng)通過將三維空間模型的建立與施工進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，可以直觀、精確地反映整個(gè)地下空間的施工過程， 從而在項(xiàng)目建設(shè)過程

6、中合理制定施工計(jì)劃、 精確掌握施工進(jìn)度， 優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)地進(jìn)行場地布置， 對整個(gè)工程的施工進(jìn)度、 資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量 4 。此外，本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)模型與實(shí)際模型的對比， 更便于分析出現(xiàn)偏差的工作是否在關(guān)鍵路線上，對其他工作以及總工期的影響程度， 從而幫助管理人員分析施工的控制方法、 施工安排的合理性而采取補(bǔ)救措施或調(diào)整、 修改原計(jì)劃，有利于地下空間工程進(jìn)度的動態(tài)控制。3.3.2系統(tǒng)在成本管理中的應(yīng)用本系統(tǒng)創(chuàng)建的三維模型，包含了地下空間實(shí)體的屬性與工程的信息，可以真實(shí)地提供成本管理需要的工程量信息，借助這些信息，計(jì)算機(jī)可以快速對各種構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分

7、析，非常容易實(shí)現(xiàn)工程量信息與設(shè)計(jì)方案的完全一致。 通過系統(tǒng)獲得的準(zhǔn)確的工程量統(tǒng)計(jì)可以用于設(shè)計(jì)階段的成本估算、工程量預(yù)算和施工完成后的工程量決算 5 。此外，通過從施工階段實(shí)際模型的獲取的決算工程量與設(shè)計(jì)模型中的預(yù)算工程量相對比， 結(jié)合合同中的清單計(jì)價(jià)， 可準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出工程的實(shí)際成本。根據(jù)系統(tǒng)可分析出工程的計(jì)劃成本、 實(shí)際成本對比表以及偏差原因，這樣便于管理者進(jìn)行成本控制。3.4虛擬建設(shè)系統(tǒng)在運(yùn)營維護(hù)階段的應(yīng)用在地下空間的運(yùn)營維護(hù)階段，工程的結(jié)構(gòu)設(shè)施（如墻、板、頂?shù)龋┖驮O(shè)備設(shè)施（如設(shè)備、管道等）都需要不斷得到維護(hù)，這樣如果前期不注重運(yùn)營維護(hù)階段的管理將導(dǎo)致后期維護(hù)的費(fèi)用很高 6 。利用虛擬建設(shè)系統(tǒng)

8、，在后期維護(hù)階段，可 _ 調(diào)配地下空間工程在設(shè)計(jì)、施工階段的工程實(shí)體屬性， 并添加維護(hù)數(shù)據(jù)記錄的優(yōu)勢， 合理制定維護(hù)方案，分配專人專項(xiàng)維護(hù)工作， 以降低地下空間在使用過程中出現(xiàn)突發(fā)狀況的概率，同時(shí)降低能耗和修理費(fèi)用， 進(jìn)而降低總體維護(hù)成本。此外，對一些重要設(shè)備還可以跟蹤維護(hù)工作的歷史記錄， 以便對設(shè)備的適用狀態(tài)提前做出判斷。4 總結(jié)在工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)單位、施工單位、材料設(shè)備供應(yīng)單位都可以在虛擬建造系統(tǒng)的平臺上全面地考慮業(yè)主對項(xiàng)目的功能要求 ,提高建筑產(chǎn)品的整體質(zhì)量。 同時(shí)項(xiàng)目各參與單位能夠在透明的生產(chǎn)過程中，準(zhǔn)確及時(shí)地掌握項(xiàng)目信息, 通過各方協(xié)調(diào)，各工序有序地搭接 , 從而縮短建設(shè)工期，降低工程成本，實(shí)現(xiàn)以最經(jīng)濟(jì)投資達(dá)到最佳功能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在未來的建筑設(shè)計(jì)及施工中，虛擬建造系統(tǒng)將有著極其廣泛的前景。_1 丁來大 , 謝小平。信息技術(shù)在建筑施工管理中的應(yīng)用探討 .民營科技 .xx(11)2 過俊 .BIM 在國內(nèi)建筑全生命周期的典型應(yīng)用 . 建筑技藝 .xx(Z1)3 中國建設(shè)監(jiān)理協(xié)會 . 建設(shè)工程質(zhì)量控制 . 中國建筑工業(yè)出版社 .xx4 中國建設(shè)監(jiān)理協(xié)會 . 建設(shè)工程進(jìn)度