基于IFC的建筑工程4D施工管理系统的研究和应用

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基于IFC的建筑工程4D施工管理系统的研究和应用

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1．项目简介

随着计算机技术的飞速发展，实现建筑施工管理的信息化、智能化、可视化已是施工领域中的一个研究热点。清华大学研发的“基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统” (简称4D-GCPSU2006)是国家”十五”重点科技攻关计划”建筑业信息化关键技术研究与示范”之专题”基于IFC标准的4D施工管理原型系统研究与示范应用”的研究成果。

该系统综合应用4D-CAD、BIM( BuildingInformation Model)、工程数据库、人工智能、虚拟现实、网络通讯以及计算机软件集成技术，引入建筑业国际标准IFC( Industry FoundationClasses)，通过建立基于IFC的4D施工管理扩展模型4DSMM++( 4D Site Management Model++)，将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接，与施工资源和场地布置信息集成一体。提供了基于网络环境的4D进度管理、4D资源管理、4D施工场地管理和4D施工过程可视化模拟等功能，实现了施工进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D动态集成管理以及施工过程的4D可视化模拟。通过IFC文件解析器和基于IFC的数据接口引擎，系统实现了建筑设计与施工管理的数据交换和共享，可以直接导入设计阶段的建筑三维模型，用于4D施工管理，为建筑施工提供了科学、有效的管理手段。

4D-GCPSU 2006作为我国第一个具有自主知识产权的4D施工管理系统，其研究发展了4D模型理论，不仅覆盖了国外同类系统的主要功能，而且扩展了管理功能和应用范围。系统于2006年1月20日通过了建设部组织的专家验收，2006年11月3日通过了教育部组织的专家鉴定，专家鉴定委员会评价：与国外同类系统相比，该系统在支持基于IFC标准的数据集成与交换、建立4D++扩展模型及其信息集成机制、实现以WBS为核心的4D集成化施工管理和建立基于网络的4D可视化平台等方面具有创新性。该系统的研制成功和实际应用属国内首创，填补了国内空白，达到了国际先进水平。

系统应用于北京奥运会国家体育场、青岛海湾大桥、广州珠江新城西塔等多个大型工程，对于提高施工效率和信息化管理水平，取得了显著的成效。系统适应我国建筑施工管理的实际需要，可用于各种建筑工程的施工项目管理，尤其适用于大型、复杂工程，并已推广到桥梁、风电、地铁隧道等工程领域，还可推广到道路、水利、电力以及设备安装等其他工程管理，具有广阔的应用前景，可产生较大的社会、经济效益。

“基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统的研究和应用”项目荣获2009年华夏建设科学技术一等奖。

2．理论与技术创新

(1)支持基于IFC标准的数据集成与交换

建立了基于IFC标准的建筑施工管理的数据描述，提供了IFC文件解析器和基于IFC标准的数据接口引擎，可支持设计与施工管理以及应用系统之间的信息集成、交换和共享，为解决当前建筑生命期不同阶段和应用系统之间的信息断层进行了新的探索。

(2)实现基于IFC标准的工程信息建模

本研究对IFC大纲给出的建筑工程信息数据定义进行了分析和整理，从中提取出了与建筑工程相关的构件、设备和设施等实体230余种。通过建立IFC数据定义语言与程序语言的转换规则，利用C++和C#语言定义这些实体的IFC类，作为基于IFC的基本信息模型单元，并提供了对这些实体的数据库访问和数据输入输出等基本处理功能，为建立BIM探索了可行的途径和方法。

(3)建立基于IFC标准的4D施工管理扩展模型

结合我国建筑施工管理的实际，通过建立基于IFC的4D施工管理扩展模型4DSMM++，将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度计划相链接，并与人力、材料、机械、成本等施工资源以及场地布置信息集成一体，形成了多维信息管理。4DSMM++的研究发展了4D模型理论，为实现建筑施工的集成化、动态化和可视化管理，提供了理论、模型和方法。

(4)研制基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统

开发我国第一个具有自主知识产权的基于IFC的建筑工程4D施工管理系统，提供了基于网络环境的4D进度管理、4D资源动态管理、4D施工场地管理和4D施工过程可视化模拟等功能，不仅覆盖了国外同类系统的主要功能，而且扩展了功能和应用范围。系统可实现施工进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D集成化动态管理以及施工过程的4D可视化模拟，为大型复杂建筑工程的施工提供了有效的管理手段。

3．技术特点

(1)系统提供了IFC文件解析器和IFC标准数据接口引擎，可支持设计和施工阶段以及与其他应用系统之间的信息交换和共享，为解决当前建筑工程生命周期不同阶段和应用系统之间的信息断层做了新的探索。

(2)系统提供了基于网络环境的4D可视化工作平台，可支持工程项目的各管理部门和多参与方的信息交换，实现了4D施工管理的网络化。

(3)可读取其他CAD系统输出的IFC文件或直接导入其生成的3D模型，还可利用系统的建模工具在AutoCAD中建模，为3D建模提供了有效的方法。

(4)具有工程施工段划分、WBS创建功能，实现了WBS与Project的相互链接。通过系统的WBS编辑器和工序模板，可完成WBS和进度计划的创建，大大提高了工作效率。

(5)将WBS节点与相应3D构件实体相链接，自动生成工程的4D模型，并与资源信息和其他工程属性相集成，形成多维信息管理。

(6)可通过Project或4D图形界面，对施工进度进行调整和控制，实现了施工进度的4D动态管理和施工过程的可视化模拟。提供了任意WBS节点或3D施工段及构件工程信息的实时查询、多套施工方案的对比和分析、计划与实际进度的追踪和分析等功能。

(7)通过可设置多套定额的资源模板，自动计算任意WBS节点或3D施工段及构件的工程量以及相对施工进度的人力、材料、机械消耗量和预算成本，进行工程量完成情况、资源计划和实际消耗等多方面的统计分析，实现了施工资源的4D动态管理。

(8)可进行3D施工场地布置，自动定义施工设施的4D属性。点取任意设施实体，可查询其名称、类型、型号以及计划设置时间等施工属性，并可进行冲突检查，将场地布置与施工进度相对应，形成4D动态的现场管理。

(9)自主开发的OpenGL图形平台，提供了视图变换、图形控制以及4D图形管理等功能，增强了4D动态模拟效果，较好地解决了大型、复杂工程3D模型显示效果和运行速度的瓶颈问题。

(10)系统为基于组件的开放体系结构，具有很好的复用性和可维护性。通过引擎接口可与不同的计划管理软件相连接，以适应不同的应用要求。并提供了较强的个性化服务，使系统易学易用。

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