4D是根據(jù)愛因斯坦的理論就是在3D上加了時間的概念。從而時間與空間相結(jié)合就成了所謂的4D空間。下面是小編為大家精心推薦的關(guān)于4D的前沿科技技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　關(guān)于4D的前沿科技技術(shù)論文篇一

　　BIM與4D技術(shù)的應(yīng)用分析

　　【摘要】為了在工程項目中引進(jìn)BIM與4D技術(shù)，本論文首先闡述BIM與4D模型的含義以及它們之間的聯(lián)系，并對4D模型的功能作出總結(jié)，最后討論了4D模型的實(shí)現(xiàn)方法，從中我們可以看到BIM與4D技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用價值。

　　【關(guān)鍵詞】BIM;4D模型;工程項目

　　1 從BIM到4D模型

　　為了改變CAD只是通過點(diǎn)、線等幾何圖形機(jī)械地繪圖，以及繪制的各個建筑構(gòu)件之間沒有相互聯(lián)系的設(shè)計方式，人們創(chuàng)造與發(fā)展了一種更加智能的設(shè)計工具，這就是BIM。目前，國際上不同組織和科研機(jī)構(gòu)對于BIM還沒有統(tǒng)一的定義或解釋。這里引用美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)對BIM的定義是：BIM是一個設(shè)施(建設(shè)項目)物理和功能特性的數(shù)字表達(dá);BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;在項目不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

　　應(yīng)用BIM技術(shù)依靠的是BIM軟件，而BIM軟件基本上可以分為兩大類，即創(chuàng)建BIM模型的軟件與利用BIM模型的軟件[1]。一般認(rèn)為，創(chuàng)建BIM模型的軟件實(shí)現(xiàn)了建筑在空間上信息集成的過程。而在利用BIM模型的軟件中，諸如Navisworks、Innovaya、Ecotech等，它們將BIM模型與計劃信息、成本信息、環(huán)境信息鏈接起來，形成了3D+計劃、3D+成本、3D+環(huán)境分析等形式的4D模型。3D+“X”形式的模型，就是我們通常所說的4D模型，而在《BIM Handbook》一書中，僅建造階段“X”通常指的就是計劃進(jìn)度，4D建模的主要過程即BIM模型與計劃信息鏈接的過程[2]。

　　其實(shí)，4D模型作為一個術(shù)語早已廣泛存在于建筑業(yè)的領(lǐng)域之中，4D理論亦由來已久，如早期的4D CAD技術(shù)。在1998年美國斯坦福大學(xué)的CIFE(Center for Intergrated Facility Engineering)就提出過將圖形與計劃信息聯(lián)系起來的4D建模的過程[3]。但是實(shí)踐證明基于二維CAD平臺建造的4D模型不僅3D功能差，而且建模過程費(fèi)時費(fèi)力，不是真正意義上的3D。而基于三維BIM平臺建造的4D模型，三維建模技術(shù)相對先進(jìn)，能夠節(jié)省一定的人力、物力，從而提高勞動效率，同時實(shí)現(xiàn)了圖形的可視化和動態(tài)模擬，提供了具體準(zhǔn)確的工程信息，不僅為項目決策者們提供支持，優(yōu)化工程項目決策方案，并且能夠?qū)ㄖ?shí)現(xiàn)全生命周期的管理。

　　承上所述，在BIM的應(yīng)用中，基本信息是3D幾何信息，即BIM模型，除此之外還有4D信息與結(jié)構(gòu)信息。4D信息包括了諸如資源、現(xiàn)場布置、建造活動、計劃進(jìn)度等信息，而結(jié)構(gòu)信息則包括了結(jié)構(gòu)單元類型、外形(包含面積、質(zhì)心、慣性矩等)、局部坐標(biāo)、材料、加載條件等信息。這三種信息在BIM中有著不同的功用，如3D幾何信息能夠給人創(chuàng)建一個3D模型并以一個3D的視角觀察，而4D信息能夠用來支持4D模擬和工程管理，最后結(jié)構(gòu)信息則能用于生成結(jié)構(gòu)模型、邊界條件以及加載條件，根據(jù)任何時間點(diǎn)下的建造活動進(jìn)行力學(xué)計算。所以在一個4D系統(tǒng)中，至少包含了結(jié)構(gòu)安全沖突、計劃沖突、資源與成本沖突、場地沖突四個分析與管理模塊[4][5]。

　　研究表明，4D模型能夠用來是解決建筑業(yè)設(shè)計與施工分離的問題，從而提高工程建設(shè)效率。其通過整合3D模型和計劃信息，將設(shè)計與施工信息進(jìn)行了有效的集成，因此改進(jìn)了建設(shè)過程中的溝通與協(xié)作。

　　目前在項目的建造階段，4D模型應(yīng)用最廣的就是用來生成4D動畫。因此，4D模擬很容易被人等同于4D計劃。實(shí)際上，4D計劃并不等于4D動畫。4D動畫表述的是被賦予了合理的建造序列的模型元件組建的過程，而計劃信息不僅包含了工序與時間的安排，還包含了資源、成本等方面的信息。VICO就認(rèn)為，4D計劃至少整合了工程量的提取、基于位置的工程量、資源、生產(chǎn)效率以及勞動力成本于BIM之中。除此之外，施工階段還可以通過4D模型生成EVA曲線(Earned Value Graph)來對項目的進(jìn)度與成本進(jìn)行綜合監(jiān)控。

　　2 4D BIM模型的功能

　　常用的4D BIM模型功能如下表1所示。

　　表 1 常用4D BIM模型的功能

　　功能名稱 應(yīng)用過程 應(yīng)用結(jié)果 優(yōu)點(diǎn)

　　可視化 3D漫游、查錯 直觀感受設(shè)計方案的成果、模型錯誤檢查等 易于溝通、協(xié)調(diào)

　　4D進(jìn)度模擬 鏈接進(jìn)度計劃 對比實(shí)際與計劃之間的進(jìn)度差異、對比不同施工方案的建造過程、對比進(jìn)度計劃變更前后的差異 表達(dá)形象、易于理解

　　性能分析 日照、風(fēng)環(huán)境分析等 使方案滿足綠色建筑的要求 科學(xué)分析

　　碰撞檢查 模型碰撞沖突檢查 對各專業(yè)圖紙設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行碰撞沖突檢查，并生成報告 效率與準(zhǔn)確性高

　　工程量統(tǒng)計 自動計算工程量 根據(jù)3D模型自動生成相應(yīng)的工程量 效率高

　　成本資源統(tǒng)計 鏈接成本、資源 根據(jù)每項任務(wù)的成本與資源消耗量，自動生成相應(yīng)的項目成本與資源消耗的圖表 效率與準(zhǔn)確性高

　　由上表可以看出，在4D BIM模型的諸多功能當(dāng)中，4D進(jìn)度模擬與成本資源統(tǒng)計對進(jìn)度管控產(chǎn)生的直接幫助最為明顯，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠直接被分析利用，利用這兩點(diǎn)我們能夠?qū)M(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化與控制。

　　3 4D BIM模型的實(shí)現(xiàn)

　　承上所述，4D BIM模型的諸多功能，主要依靠軟件來實(shí)現(xiàn)。但目前想完全應(yīng)用4D BIM模型的功能來支持項目的建設(shè)，絕非一款軟件能辦到的。如針對項目的建模，方案階段可用SketchUp、Rhinoceros等，設(shè)計與施工階段可用Revit、PKPM等;而對4D進(jìn)度模擬的實(shí)現(xiàn)有NavisWorks、Synchro等，對進(jìn)度、成本與資源信息綜合管理的有Vico、Primavera P6等，對工程量的統(tǒng)計有魯班、斯維爾等，以及對建筑性能的分析有Ecotect等，不一而足。而在實(shí)際工程項目中，通常要綜合使用上述軟件，才能收到良好的效果。對于常用的4D BIM軟件，表2做了一個簡單的介紹。 　　表 2 常用的4D BIM軟件

　　軟件名稱 廠商 模型接口 進(jìn)度計劃接口 IFC接口

　　NavisWorks Simulate Autodesk SketchUp

　　Catia

　　MicroStation

　　Revit Microsoft Project

　　Primavera P6 有

　　Synchro Professional Synchro Revit SketchUp

　　Catia

　　MicroStation Microsoft Project

　　PMA NetPoint

　　Primavera P6 有

　　Vico Office Vico Software Revit

　　Catia

　　SketchUp Microsoft Project

　　Primavera P6 有

　　ProjectWise Bentley Revit

　　Catia

　　SketchUp Microsoft Project

　　Primavera P6 有

　　4 結(jié)論

　　本章通過對從BIM到4D模型的建立過程與方法的闡述，我們能夠?qū)IM與4D技術(shù)形成一個良好的整體認(rèn)識。我們能夠看到BIM模型能夠集成項目全生命周期的信息，以及可以通過多種途徑來進(jìn)一步利用BIM模型。如將BIM模型附加時間維度，則能夠形成對施工計劃進(jìn)行4D模擬的4D模型。在4D模型的諸多功能中，有兩個功能在進(jìn)度管理方面具有很大的應(yīng)用價值，分別是4D進(jìn)度模擬與成本與資源信息的統(tǒng)計。我們能夠利用這兩點(diǎn)對目前的進(jìn)度管理方法進(jìn)行改善。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1] 何關(guān)培.BIM和BIM相關(guān)軟件[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010(2)：110-117.

　　[2] Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks(Eds.).BIM Handbook：A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors，Second Edition[M].New York：John Wiley and Sons，2011.

　　[3] J.P.Zhang，Z.Z.hu.BIM- and 4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction：2.Development and site trials[J]. Automation in construction，2011(20)：167-180.

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