基于建筑施工现场的4D可视化管理研究

牟忠洪

摘 要：建筑施工指的是工程建设的阶段性活动，是通过建设的过程把设计中要体现的各个方面在指定的位置变成事物的过程。建筑施工现场的管理范围十分广泛，不仅包括对施工现场布局的科学性的指导，施工空间结构的优化以及对施工工具的有效处理，还包括对设备运行的状态监控与劳动力工作的关注，还有对建筑施工进度的管理和成本的核算等。随着更多的工程公司采用了可視化的管理系统，以加强对建筑施工现场的监管。这不仅反映了建筑施工现场的合理要求，而且体现了可视化使其透明度更高的效果，保证了建筑施工现场管理的有效性。

关键词：施工现场；4D；可视化；管理

1 前言

管理施工现场各种复杂情况的时候，要面对的管理知识有很多。例如，对布局施工现场、监控设备的运转以及优化施工的结构等方面，可以直接或者间接的看出，建筑施工质量的好坏取决于管理者对施工现场管理的程度。在认识到这一问题后，通过加强对建筑施工水平的强关注来提高各施工单位的质量意识，同时在现场管理中加入可视化的管理系统，可视化的管理系统的应用，使得建筑施工的现场有效管理水平得以提升。

2 可视化管理

可视化管理技术作为一种新型的具有现代感的管理方式，通过信息技术的辅助作用。在管理施工现场的应用可以使得监控施工现场动态化。把摄像头安装在施工现场，使用可视化管理技术对数据信息进行相关的采集，紧接着将这些信息利用无线网络传送到电脑端，然后把传送的视频信息通过转码器变换成数字信号，随后我们可以在监控中心看到这些数字信息，最后，通过对信息的处理与加工来对施工现场进行管控，以此来而提高管理的数字化水平。

3 4D可视化系统在施工现场管理中的开展途径

笔者在以4D++施工模式为依据的基础上，对在施工管理中的4D可视化管理系统的运用进行了详细的论述。4D可视化管理系统的构成是施工现场的确切数据和3D模型库。在系统运作过程中，3D模型库的用途是对管理系统所需要的大量数据实施搜集和上传，保障了管理工作中的数据来源。对于3D数据库的设计，可以应用开源图形库和AutoCAD软件构建3D实体模型。而施工现场的实际数据的采集与保存主要针对施工过程中产生的大量数据信息，通过分析数据反映出综合的施工现场情况。

3.1 施工现场3D布置方面

通过对具体的工程施工计划与施工工期的掌握对施工现场进行3D布置，对各种建筑设备以及建筑设施的立体与平面空间进行规划设计，以此确保顺利开展各项施工准备工作，同时为之后的文明与安全施工做好铺垫。3D施工现场需要布置的内容非常繁杂，涉及的范围很大，像运输道路、库房以及水电路线等。

3.2 要将3D模型和施工进度有效结合在一起

建立4D实体模型是在施工现场中运用4D可视化管理的第一步，将3D模型和施工过程的有效结合是4D实体模型关键的构成部分。两者的结合要求管理者必须要全面分析施工设施、施工材料场地布置与工程进度等方面的相互关系，从而找出施工资源的时间、空间以及数量之间的相互作用关系和规律，以及影响施工进行的关键因素以建立4D模型。在对施工的进度和3D模型进行作用的同时，要确保施工进度和现场布置能够在时空维度保持一致的状态，对施工现场每一时间点的施工情况能够使用动态模拟得出。在改变工程进度的时候，通过管理系统准确计算出的所有工程项目与所有时间上的施工状态，确定工程进度需要的材料以及设备等多方资源，然后提供给施工管理人员立体、准确的数据资料，保证管理工作更加科学化、规范化的进行。

3.3 4D工程模拟模型

以往建筑工程的施工布置图都是平面的形式，施工现场的布置情况，并不能直观、及时的将这些数据的变化情况反映出来，管理人员只能按照自身积累的管理经验，来对施工各方面的情况进行管理与监控，这样的做法不仅效率较低，不能在第一时间做出准确的决策，对工程的进度造成了一定的影响，同时还有可能因为决策不当而加剧冲突，对管理人员的工作开展质量造成了直接的影响。而使用4D施工管理系统，能够有效解决传统施工现场管理中存在的问题，能够在信息技术以及相应软件的帮助下，建立4D工程模拟模型，可以将工程中的每个环节的施工情况都以动态模型的方式呈现在管理者面前，从而真正实现现场实时化管理，切实提升了整体工程的管理水平。

3.4 资源管理方面

运用4D可视化系统对建筑资源进行管理，主要体现在两个大方面：一方面是工程设备资源库。应用4D可视化管理系统管理施工设备资源时，首先管理人员要对建筑工程使用的设备，如塔吊、卷扬机以及履带吊等加以记录和区分，然后以参数化实体的方式将分类数据资料输入电脑并建立对应的数据库，还要提炼每种施工设备同样以参数化的形式体现，有效提高类似的定制能力。期间要使用机械模式描述3D机械实体，使虚拟的施工方案与结构方案能够相互匹配，使得对施工计划的控制与更改更加有利于管理者；另一方面，是对工程资金查询、计算分析等方面进行的管理。管理人员通过对该系统的后台数据库中相应资源与3D场景的分类统计的使用分析工程资源的使用状况，在对数据情况进行研究的时候需要系统根据定额库设置相应的预置线。

3.5 对施工机具设施的管理

通过对该系统的研究中，发现该系统对施工机具有管理的功能，该系统利用建立起来的3D设施、实体设备以及4D实体模型与工程施工进度的方案相衔接。只需使用鼠标点击需要查看的场地，系统就会自动给出将相应的名称、标高以及型号，这使得管理者可以按照实际需求对这些数据进行对应的调试，从而实现可视化管理施工机具的功能。

4 4D施工现场管理模型

4D施工现场管理是施工单位根据施工现场的具体状况，结合施工进度安排和设备的实际使用开展的施工管理方式，4D施工模型的建立有助于施工单位对施工现场实现动态管理，更好的协调各个施工设备和施工团队的工作安排。4D施工现场管理模型主要有如下特征：

3D可视化。施工管理部门通过对施工现场各种施工设备和设施进行提取，捕捉各个设施和设备的几何特征，再利用软件构成3D可视模型，利用软件构成的3D可视模型可以在模拟现场进行随意的位置转化，方便设计施工人员从各个角度进行观测，协助施工。每个模型实体不仅仅包含了各自的几何状态特点，也可以完整的体现出所处地域的地表环境特征，进而方便施工团队对工作内容进行标注和指导，利于对施工现场的熟悉，避免因对施工场地生疏而造成的施工事故。

3D场地模型与进度计划的双向链接。4D施工现场管理的开展和利用有助于对施工过程中场地安排、进度计划以及材料的使用进行分析研究，从空间、时间以及数量的关系发现不同影响因素之间的内在联系，动态关系的建立有助于施工单位对后续的进度计划进行调整和更正。4D管理模型是在3D可视模型和进度计划表基础上所建立的，通过该模型能够直观的反应出场地布置和施工进度安排之间的联系，动态模型建立的优势还在于，一旦施工进度安排发生改变，通过该模型可以迅速计算出工程量、施工材料以及人力资源损耗所发生的变化，施工单位可以从中发现计划调整的不足和缺陷，进而对其进行更正。

4D动态模拟。3D可视模型和进度计划相结合所构成的4D模型，能够实时反映出施工过程和施工场地的变化情况。作为工作人员，只需要在软件上通过设置有关时间节点，就可以直观的反映出不同时间节点下施工进度发生的变化以及施工状态的调整，在动态模拟的过程中，操作人员可以对模型进行任意时间段的转化，时间正序倒序的模拟方便了管理人员对施工材料损耗以及人力使用的了解，进而实现对施工环节的动态追踪。

5 4D施工现场管理系统

4D施工现场管理系统包括了施工现场的全部数据信息和施工资料，具体包括了施工设备的实际使用状况、设备的位置变化以及施工材料在不同时期的具体使用量，上述的这些信息都能够在4D施工现场系统中如实的反映出来。作为施工单位，可以随时登陆系统对施工信息和数据进行查看和登出，加强了管理部门对施工现场的了解，有助于施工组织设计的规划和安排。随着施工现场管理系统的发展，系统的功能也变得完善，目前具有以下功能：

3D施工场地布置。施工场地布置的好坏决定了施工方案的实施能否顺利执行，施工组织设计作为协调施工的重要工作，其制定的合理性影响了施工计划的开展，做好3D施工场地布置工作，为施工组织设计提供了重要的施工数据和信息基础。施工管理者可以根据3D施工场地图对现有的施工场地进行分析，探讨施工环节中最佳的设施摆放和合理的组织安排，同时可以借助3D模拟图进行应急演练加强施工现场的风险防范意识。除了常规的施工设施和施工器材之外，施工现场常常会摆放临时建筑材料和搭建加工场地，这些设施会干扰影响施工现场的具体安排，3D场地模拟图形可以直观反映实际的现场布置状况，便于沟通和管理。

施工现场4D模拟。施工现场环境往往是复杂多变的，在实际施工过程中，建筑场地虽然固定，但是由于建筑施工的特殊性，场地状态变化复杂，施工场地中不可避免的要面临施工材料的运输和设备的搭建，管理部门的施工安排可能无法顾及到施工现场的实际状况。现场的工作调度更多的是依靠现场人员的指挥，这样的施工现场管理模式不利于对场地的规划使用。施工现场4D模拟的推广和使用，为解决施工现场的管理问题提供了可能，在该系统模式中，操作人员可以对任意时间节点进行查看，从中了解不同时间阶段施工现场材料使用、人员变化以及设备位置摆放的变化，这样一来可以方便工地经理对材料设备进行合理的位置调放，根据不同时间间隔的变化选择合适的材料运输时间，错开施工现场的人员高峰期。4D模拟还能够协助工程管理者实时了解设备的运转情况，防止由于现场设备安置不当造成的设备使用冲突，便于施工组织设计的安排对施工现场进行合理的施工优化。在进行施工设备的位置摆放和调度之前，可以预先在软件系统进行模拟，提前发现施工中潜在的风险隐患进行及时处理。

6 结束语

综上所述，4D可视化施工管理模式被普遍运用到了施工工作中，作为一种新型的技术，它主要运用三维CAD模型作为引子与时间维相互作用产生。通过结合4D可视化管理模式与3D模型以及施工工期，通过动态的形式模拟出建筑施工场地和施工过程的具体情况，从而对施工进行动态化的管理措施。施工单位可以依据系统所提供的数据，建立工程管理预警系统，如果系统在遇到施工中的某个环节发生问题就及时发出预警指示，从而降低建筑施工过程中发生的概率风险。总而言之，4D可视化施工管理技术的运用符合时代的发展要求。

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