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、線等幾何圖形機械地繪圖，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標準對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;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]。一般認為，創(chuàng)建BIM模型的軟件實現(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，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，而且建模過程費時費力，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，能夠節(jié)省一定的人力、物力，從而提高勞動效率，同時實現(xiàn)了圖形的可視化和動態(tài)模擬，提供了具體準確的工程信息，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崿F(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、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)任何時間點下的建造活動進行力學(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)計與施工信息進行了有效的集成，因此改進了建設(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)來對項目的進度與成本進行綜合監(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

　　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進度模擬 鏈接進度計劃 對比實際與計劃之間的進度差異、對比不同施工方案的建造過程、對比進度計劃變更前后的差異 表達形象、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)容進行碰撞沖突檢查，并生成報告 效率與準確性高

　　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進度模擬與成本資源統(tǒng)計對進度管控產(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，利用這兩點我們能夠?qū)M度進行優(yōu)化與控制。

　　3 4D BIM模型的實現(xiàn)

　　承上所述，4D BIM模型的諸多功能，主要依靠軟件來實現(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進度模擬的實現(xiàn)有NavisWorks、Synchro等，對進度、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，有兩個功能在進度管理方面具有很大的應(yīng)用價值，分別是4D進度模擬與成本與資源信息的統(tǒng)計。我們能夠利用這兩點對目前的進度管理方法進行改善。

　　【參考文獻】

　　[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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