摘 要

目前工程项目施工方面出现很多的问题，如工期延误、现场变更频繁，资源浪费，返工问题严重。对于这些问题，经过深入的研究发现基于BIM技术的4D模拟技术能很好的解决。基于BIM的4D技术是将参数化的3D模型与进度计划中的时间相结合而产生4D的施工进度模拟，即用计算机软件建立3D模型并进行虚拟描述，再在三维模型上附加时间维度，通过WBS关联施工进度计划，以可视化形象的建筑构件虚拟建造来表现实际施工过程。运用此技术不但能够直观地展示整个项目施工过程，实现施工过程的可视化管理，而且有效的实现了参数模型和时间信息的对接，为项目管理者管理复杂的建设项目提供了新的途径和方法，标准高效的完成各种任务。

本设计以BIM的基本理论及相关软件为基础，利用国内外先进的关于BIM技术的研究，并结合实际工程现场各种施工问题，论述了基于BIM技术的施工进度模拟在实际工程项目建设过程中的特点与优势。首先，仔细研究项目的施工图纸，在深入研究图纸的基础上，利用Autodesk revit软件建立与实际建筑项目完全相同的具有详细构件信息的3D模型。然后根据项目的实际信息和工程概况来设计项目的施工组织设计书，施工组织设计中的进度计划表由Microsoft Project软件来建立，利用Microsoft Project的自动设置任务时间的功能，建立完整的施工进度计划甘特图。最后利用Autodesk Navisworks软件使构建的参数化3D模型和施工进度计划的时间表相结合，利用该软件的Timeliner模块实现施工计划预演、施工过程模拟和施工过程管理与控制的效果。

关键词：BIM；施工进度模拟；Autodesk Revit；Autodesk Navisworks

Abstract

At present, there are many problems in engineering construction, such as delay in construction period, frequent site changes, waste of resources and serious rework. For these problems, in-depth research has found that 4D simulation technology based on BIM technology can be well solved. The 4D technology based on BIM is to combine the parameterized 3D model with the schedule of the schedule to generate the construction schedule simulation of 4D, that is to use the computer software to establish the 3D model and to carry out the virtual description, and then add the time dimension to the 3D model. Through WBS related construction progress plan, the visual construction of virtual components is used to show the actual construction process. The application of this technology can not only intuitively display the whole project construction process, realize the visual management of the construction process, but also effectively realize the docking of the parameter model and the time information. It provides new ways and methods for the project manager to manage complex construction projects, and the standard and efficient completion of various tasks.

Based on the basic theory of BIM and related software, this design uses the advanced research on BIM technology at home and abroad, and combines the various construction problems in the actual engineering field, and discusses the characteristics and advantages of the construction progress simulation based on BIM technology in the actual project construction process. First of all, careful study of the construction drawings of the project, based on the in-depth study of the drawings, the use of Autodesk Revit software to establish a 3D model with detailed information of the details of the construction project. Then the project construction organization design book is designed according to the actual information of the project and the project general situation. The schedule schedule in the construction organization design is set up by Microsoft Project software. The complete construction intake plan Gantt chart is established by using the function of Microsoft Project automatically setting the task time. At last, the Autodesk Navisworks software is used to combine the parameterized 3D model with the schedule of construction schedule, and the effect of the construction plan preview, the construction process simulation and the construction process management and control is realized by using the Timeliner module of the software.

Key Words:BIM；Construction schedule simulation；Autodesk Revit；Autodesk Navisworks

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 研究内容及研究方法 2

1.3.1 研究内容 2

1.3.2 研究方法 3

1.4 研究技术路线 4

第2章 BIM理论与4D施工模拟介绍 5

2.1 BIM的基本理论与应用价值 5

2.2 BIM应用的相关软件 6

2.2.1 Autodesk Revit系列软件 6

2.2.2 Autodesk Navisworks软件介绍 6

2.3 项目进度管理软件 7

2.4 4D施工进度模拟理论 7

第3章 施工组织设计编制 9

3.1 工程概况 9

3.1.1 工程简介 9

3.1.2 施工依据 9

3.1.3 工程概况 9

3.1.4 工程建筑设计概况 10

3.1.5 工程结构设计概况 10

3.1.6 自然条件 11

3.1.7 现场施工条件 11

3.1.8 施工平面布置 12

3.2 施工进度计划编制说明 12

3.2.1 施工进度计划编制原则 12

3.2.2 施工进度计划编制方法 13

3.2.3 施工进度计划编制步骤 13

3.2.4工作结构分解 13

3.3施工进度计划方案 14

第4章 4D施工模拟可视化设计 18

4.1 Revit Structure建立结构模型 18

4.2 Revit Architecture建立建筑模型 26

4.3 Autodesk Navisworks施工进度模拟 28

4.3.1 格式转换 28

4.3.2 设置模型的选择集合 29

4.3.3 链接Project数据源 29

4.3.4 附着集合到任务 29

4.3.5 附着动画到任务 30

4.3.6 施工进度模拟的展示 30

第5章 结论 36

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

建筑业作为我国国民经济的重要支柱产业之一，在经济和社会发展中发挥着重要的作用。2013年，国家统计局发布的资料显示，全国具有总承包和专业承包资质的建筑施工企业共有75280家，建筑施工企业创造的总产值为1.37亿元，占当前国民生产总值的2.6%^[1]。但在我国建筑业发展如此迅速的同时，也存在着大而不强，设计、施工、管理水平相对落后等问题，主要表现在：资源浪费、工期拖延、效率低下、各专业不协调、质量安全事故时有发生。与此同时，我国正在大力发展创建一个环境友好型和资源节约型社会，建筑业的低效率和浪费现象迫使项目的管理人员去思考如何对建设工程的生产方式和组织方式进行变革^[2]。

在项目建设过程中施工环节一直存在着大量的资源浪费和不必要的工程变更等问题，因此，节约资源、提高生产率、完善施工过程的管理成为了工程项目施工工作中的重中之重^[3]。在建设工程项目管理中，施工进度的管理一直是难点，传统的施工进度管理方法主要是通过网络图、甘特图等方式对建设项目的进度进行管理，而项目管理者在编制这些计划时，大部分都是以自己经历的项目经验为依据，但由于每个工程项目并不完全相同，经验也有不适用的时候，因此靠经验而编制的施工进度的精度就不那么准确了，所以在实际的施工过程中进度方面的延误也较为普遍^[4]。并且随着建筑施工动态管理参与方越来越多，相互之间的关系也越来越复杂，传统的进度管理方法已经无法再适应现代化建设的要求了。

针对目前工程项目施工进度方面出现的问题，基于BIM的施工进度模拟技术可以很好的解决。基于BIM技术的施工进度模拟利用先进的计算机软件和技术对工程现场进行预演，找到以往只有在施工现场才能发现的问题。运用此技术可以在工程现场施工之前做好相应的预案，降低施工现场的拆改、变更费用，节约工程的投资，具有很强的实用性^[5]。

基于BIM的4D施工进度模拟具有可视化、协调性、模拟性、可优化性等特点，用于指导工程项目施工现场管理、复杂节点的安装模拟，以此来优化施工的组织设计，使具体的项目施工工程合理有序的进行。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

BIM起源于美国，在较好的实施效果推动下其他的发达国家也广泛认同并采用，BIM应用在一些发达国家的项目建设过程中具有很高的普及率，涉及行业包括房地产开发企业、建筑设计单位、工程咨询服务机构、施工单位等^[6]。

在国外学者关于BIM技术的研究中，探究如何将三维建筑模型与时间维度集成实现4D模拟的技术是非常重要的一个方面。

美国斯坦福大学整合设施工程中心CIFE于1996年首先提出了基于BIM技术的4D理论。经过该中心研究人员的不懈努力，最终实现了计算机三维模型与施工进度的关联，可以以可视化的方法表现出施工顺序^[7]。

Eastman在BIM手册中归纳总结了4D模拟技术应用于进度管理的优势，创建构建4D模型的方法，指出BIM技术应用在项目管理中应用的注意事项，并给出相应的解决方法^[7]。

Marx和Konig首先提出施工过程的快速模拟方法，他们通过较成熟的4D模型构建工具成功模拟了与预设相同的施工过程，从而证明了该方法的可行性和正确性^[8]。

Tauscher，Mikulakova，Beucke和Konig首先提出基于IFC标准的施工进度计划概念，IFC标准可以作为建筑信息模型和进度计划的桥梁，迅速实现工程项目的4D模拟，便于管理者直接对项目施工进行规划，降低管理者与系统平台的后续交互频率^[1]。

1.2.2 国内研究现状

与国外BIM技术的发展进程比较，我国引进BIM应用软件相对较晚，无论是BIM理论研究还是实践应用都处于起步阶段，目前设计阶段的理论研究及实践应用研究较多，而施工阶段相对较少。基于BIM的施工进度模拟研究仍处于应用实践探索中，尚未形成完整合适的应用体系^[9]。

在基于BIM技术的施工进度模拟方面中国也有很多学者进行了深入探索，林佳瑞等人通过4D-BIM模型与仿真模型的研究，实现了自动化的进度资源均衡的模型创建模拟及优化构^[10]。

同济大学的何清华教授等人提出基于BIM技术的进度管理体系框架，并从总进度计划、二级进度计划、周进度计划及日常进度计划等四个层面梳理进度计划管理流程，在此基础上构建进度管理系统实现多目标协同优化^[10]。

清华大学的张建平教授等人研发了基于IFC标准的4D施工管理系统（4D-GCPSU），提供基于网络的资源、进度、场地管理和施工过程可视化模拟，实现了施工项目的进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D动态集成管理，并成功应用于国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等大型工程项目中构^[11]。

1.3 研究内容及研究方法

1.3.1 研究内容

本设计以某高层住宅小区为研究对象，利用Autodesk Revit系列软件进行建模，本模型主要分为结构和建筑模型两个部分。首先利用Autodesk Revit Structure 构建结构模型，分析结构类型和受力情况。再把构建好的结构模型链接进Autodesk Revit Architecture构建建筑模型，把模型分开构建，有利于不同专业的工程师进行专业分析。

模型构建完成后，由Autodesk Revit Architecture保存为.rvt格式文件，再导出为.nwc格式文件。利用Autodesk Navisworks Manage软件打开.nwc格式文件进行冲突碰撞的检查和动画、脚本的制作。利用Microsoft Project、Microsoft Excel等软件制作施工进度计划，导入Navsworks Manage进行施工进度模拟分析，根据时间的进度计划，可以实现对BIM模型的施工进行4D的模拟为不确定性非常大的现场施工提供可视性的技术保障。

1.3.2 研究方法

（1）文献综述法：充分利用学校图书馆和中国期刊网资源，研究与本次设计相关的书籍、优秀论文和期刊。通过对文献资料的整理、选择、阅读、分析，为后续深入的研究提供系统全面的资料。

（2）模型分析法：以BIM理论及相关软件为基础，利用有关BIM的软件建立具有详细信息可视化的三维模型，详细分析模型建造过程和模型参数化信息，与实际图纸进行对比来优化模型。

（3）计算机模拟法：利用计算机软件使建立的三维模型与施工进度时间计划相结合，对BIM模型进行施工进度模拟，以模型的分析来指导实际工程，以实际工程来对照模型分析，得出更有实际价值的结论。

1.4 研究技术路线

图1.1 研究技术路线图

第2章 BIM理论与4D施工模拟介绍

2.1 BIM的基本理论与应用价值

BIM的基础是三维数字技术，核心为工程项目设计、建设、施工、拆除等过程中需要用到的各种建筑信息，利用一系列专业软件构建具有全寿命生命周期信息的三维模型，三维的模型加上时间维度即可等到4D的过程模拟^[12]。BIM实现了在建筑工程过程中各专业人员对数量庞大不属于本专业的各种信息的直接接触，利用模型的属性能直观的记录和更改，能及时的在设计阶段发现对后续工作影响巨大的问题，提早做出有效的应对。BIM技术的应用极大的提高了工程建设发质量和施工过程的效率，并在设计阶段通过各个不同专业的协调检查，找出可能会出现的问题，最大程度发挥设计阶段的价值以及减少建设成本。

各专业之间协同工作的模式是BIM技术的最大特点，在协同工作模式下工程项目的设计、施工、建设、监理等各参与方可以随时的查看、编辑、提取模型中需要的各个构件的建筑信息，保证了各专业之间及时沟通交流问题，并进行信息的共享。从建设项目整个全寿命周期来看协同工作的模式可以使各个阶段出现问题后能有及时回应，从而提高生产效率。相比于依靠传统的二维图纸进行施工组织施工，基于BIM技术的三维模型设计具有以下的应用价值^[13]：

（1）可视化：“所见即所得”，可视化对工程的建设起了很大的作用。由于现在的工程越来越个性化和复杂，传统的以二维平面表现建筑信息，建筑参与人员凭借自己的想象力完成对建筑的三维想象的施工模式已经不在适用。但BIM技术不仅仅是构建出三维的直观可视的模型，它的意义更在于可视化中所涵盖的建筑信息，它能将各构件之间形成互动性和反馈性，使工程项目在设计、施工甚至竣工后运营管理中的沟通讨论变得更加直观可视。

（2）协调性：在工程建设的过程中，设计方、施工方、建设方等各参与方之间需要相互协调配合来解决各种各样的问题。传统的建设模式是施工方在遇到问题时，需要寻找设计方或建设方一同来商量讨论，先找出问题原因，再提出解决方案，然后再进行补救。这样的工作模式不但很大概率耽误工期，更会造成较大的成本增加。而BIM技术的协调性可以很好的解决这个问题，在工程建设项目开始建设之前就对构建的模型进行各专业之间的碰撞检查，提供检测报告，并做出相应的解决方案，把设计问题在设计阶段最大限度的解决。

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