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2016年创意建筑大会2016年6月25-28日
基于BIM的现场物料供应动态模型。
群周瑜a，李开曼a *，韩斌罗a，
华中科技大学土木工程与力学学院，武汉430074。
摘要
建筑工地的条件是动态的，涉及许多活动和分散在一个通常拥挤的地点的资源。本文提出了一种基于BIM的现场材料供应动态模型，该模型能够识别出解决该问题的最优动态方案——什么(材料)，多少，何时，何地。研究了4D建模方法，以及现场信息的获取方法和最优方案生成方法。贡献包括基于BIM的场地材料供应管理模型的开发，以及一个案例研究。
copy;2016作者。由爱思唯尔出版有限公司
2016年创意建筑大会组委会职责的同行评审。
关键词:BIM，动态模型;材料供应;建筑工地
2016年,作者。这是由Elsevier Ltd.发布的一篇开放访问文章，它是根据CC -nc-nd许可协议(http://creativecommon . org/licenses/bync -nd/4.0/)。
2016年创意建筑大会组委会职责的同行评审。
- 介绍
场地材料供应是施工规划中的主要问题之一。由于市区建设用地的空间不足，几乎每一个建筑工地都存在材料供应问题，如何管理建筑活动的材料数量、交货时间和仓储面积[1][2]。例如，不适当的存储区域将导致材料的重新定位。重新定位错位的材料浪费了大量的时间，降低了施工效率。目标是确保正确的材料在适当的数量和在正确的地点，在适当的时间提供给施工人员在项目。此外，大多数建筑工地的建筑工地布局规划都是基于承包商先前的经验[3]，在施工前只设计一次，而不考虑供应的动态性质。
通讯作者。电话: 15927109961;传真: 02787557124。电子邮件地址:lkm_panna@163.com
1877-7058作者。这是由Elsevier Ltd.发布的一篇开放访问的文章，它是由CC -nc-nd许可协议(http://creativecommons.org/licenses/bync -nd/4.0/)。
2016年创意建筑大会组委会职责:10.1016/j.proeng.2016.11.654。
群周瑜等人(2016)526 - 533。
问题，如动态变化的材料需求和可用的站点信息在连续的建设项目阶段。
目前对建筑质量问题的研究可分为两类。一是关于现场材料管理，Lee, J. H.[4]利用RFID技术跟踪现场材料，确认材料的要求;年轻的D. a .[5]提出了一个新的拥挤的建筑物流规划(C2LP)系统的发展，该系统通过考虑将一些非关键的活动转移到为物质储存区域创造足够的内部空间，从而促进室内建筑空间的最佳利用;乔治，M.[6]开发了一个系统的程序和一个计算机化的工具来优化材料的交付和库存，作为建设项目中全面材料管理系统的一部分;另一个是关于优化场地材料布局，宋，J。[7]开发了基于RFID和DPS的建筑材料管理系统，实时实现物料管理;Su, X.[8]提出了一种基于材料无障碍等级概念的材料布局评价模型，将空间和时间结合起来，以提高材料的可及性，减少时间浪费;说，H.[9]提出了一个新的拥挤的建筑物流规划模型(C2LP)模型，该模型能够建模和利用正在建设中的建筑的内部空间，从而产生最优的物流计划;Jang, H.[10]使用遗传算法(GA)有效地定位建筑材料，尽量减少建筑材料的过度重新定位。
之前的研究主要集中在材料数量、交付时间和存储区域三个方面的一个或两个问题上。虽然他们提出了相关的解决方案，但项目级方案需要同时考虑这些问题。现有的解决方案是基于假定场景的一次性优化，而不考虑构建计划内的动态变化。造成这些困难的原因在于，没有信息整合工具作为信息共享的基础。
BIM技术为解决现场材料供应问题提供了一个潜在的有价值的工具[11]。BIM是一个高度集成的项目信息工具，它已经被用来建立一个项目数据模型，包含各种项目相关信息，然后使用信息模型来支持项目设计、建设和运营[12]。合适的场地供应模式可以实现材料的合理配置，提高生产效率。本文介绍了BIM技术在施工进度的基础上，在材料数量、交货期、仓储面积等方面建立了现场物料供应动态模型。.
2.研究目的和方法
本文的研究目的是建立一种基于BIM的现场材料供应的综合、信息和实用的模型。图1展示了该模型的框架，模型将材料需求动态模型与场地布局动态模型相结合，并在各个层次生成施工现场图纸，以及物料供应计划。从施工进度和建筑设计信息中提取材料需求动态模型(4D模型)的信息。施工进度，整个模型的核心，是决定材料交付时间的要求。同时，可以支持建筑设计过程，以确定每个施工阶段所需材料的数量。站点布局模型来自4D模型和字段信息的链接。站点信息包括静态信息和动态信息，是确定材料存储区域的基础。静态信息指的是建筑设计产生的每个阶段的现场图纸(包括建筑位置、通道、主要设备位置、工作地点等)，并将现场图纸转换成多边形来表示总用地面积。
采用案例研究的方法，从文献和现场调查的综合评价中，对动态场地材料供应模式进行了解释。在案例研究中，从项目总承包商和CAD图纸中获得设计和施工数据，并从项目业主和承包商那里获得施工进度。
该研究由两个主要部分组成:(1)建筑工地物资供应管理的要求;(2)创建基于BIM的动态模型。通过对武汉国际会议中心幕墙施工的案例研究，得到了该模型的验证。由于现场物料供应的控制，幕墙工程没有延误。本文将对这一研究的两步方法进行简要说明和应用。
群周瑜et al. /程序化工程164(2016)526 - 533。
图1所示。建筑工程项目用地的基础材料供应概念。
3.建筑工地物料供应管理的要求。
3.1功能分析
现场物资供应管理的主要功能包括以下部分:
物料交付时间管理是根据施工进度，确定各施工阶段的物料交付时间，分配物料有序交付;
物料数量管理是确定每个施工阶段所用材料的数量。
根据建筑设计和施工进度信息，将一定数量的材料交付现场;
物料储存区域管理是为了确保物料在储存场的准确位置可以根据现场情况安排。
3.2信息分析
材料供应管理在完成各种职能方面的作用如表1所示:
表1。现场物料供应管理所需信息。
函数信息需求实例
物料交付时间管理安排信息施工活动，持续时间。
材料存储区域管理
工地现场的静态资料;存储批号;面积大小
现场区域状态动态信息(是否被占用)
材料数量管理设计信息材料名称、材料用量各阶段。
4所示。创建基于BIM的动态模型。
本文在对场地物资供应管理的需求信息分析的基础上，提出了一种基于BIM的场地材料供应动态模型。动态模型如图2所示。
2015年12月15日(2016年5月26日)
图2 现场物料供应动态模型
4.1 物料需求动态模型
材料需求动态模型是根据建筑设计信息和施工进度信息确定材料的交付时间和数量。建筑设计信息由Autodesk RevitTM表示，并生成3D模型。复兴运动作为一种工具来创造不同的分裂地区。然后每一个分割区域都标有长度、宽度和其他属性，便于以后识别。最后，将3D模型导出为模型文件，并共享到下一个阶段。
计划信息应与3D模型集成，并形成4D模型。通过将三维模型的每个组件与相关的工作分解结构节点连接起来，将在MS ProjectTM中创建的构建时间表添加到3D模型中。材料需求动态模型的过程如图3所示。此外，在施工过程中，施工过程可以通过附加启动和完成时间来实现。根据施工规范，施工过程可分为施工基础、主体结构、建筑装饰、屋面、排水、采暖等。
图3 物料需求动态模型的过程
4.2 网站的布局动态模型
在确认物料的数量和交货期后，需要确定物料的储存区域。随着施工进度的变化，施工现场信息不断变化。因此，在不同的施工阶段，材料有不同的优化储存空间。站点信息包括静态信息和动态信息。
站点划分、区域标签和区域大小属于静态信息。在上述4D模型中创建站点区域属性，每个分区都有特定的大小、位置和应用程序。同时，堆垛的区域也会有标签信息。上面的信息聚合为每个构建阶段生成站点的基本模型。为了确定存储区域，还需要站点动态信息，如区域状态(是否被占用)、物料状态(类型和位置)。收集现场信息，获取区域状态和物质状态。然后，将状态信息与站点基本模型作为属性联系起来。
4.3 最佳材料布局的产生。
进化算法是一组优化算法，通过对参数空间的采样区域来提高性能，它们更有可能带来更好的解决方案。本文将遗传算法作为一种可行的方法来解决施工场地材料的存储布局问题，将其作为优化问题的组合。GA的主要优点在于它能够随机地从一个可行的布局移动到另一个可行的布局，而不被引入到其他算法经常被捕获的局部优化器中，并且它的灵活性为特殊问题构建了目标函数。
利用遗传算法(GA)在站点基本模型的基础上辅助存储区域。本文描述的问题的实质是在材料标签和区域标签之间建立一种关系。在上述模型中，除建造、设施、道路和其他用途外，场地分为许多适当的地点。材料和区域已经分配了特定的标签。然后，通过选择、交叉和变异繁殖新的种群。图4给出了GA的操作流程。目标函数和约束条件如下。
最小运输距离工人:MinisizeTD= ijwijdij, n j=1 ni =1(1)约束条件:ij=1 ni =1， {ij=1，然后(i R或j M)} (2)
其中n是材料的数量;是置换矩阵变量。W是材料j的优先权重。
相对于面积i, d是面积i和材料j之间的距离。
5。实现
武汉国际会议中心是中国中西部最大的此类设施。建筑面积约10万平方米。会议中心的结构是一个壳形，整个空间是复杂的。幕墙工程采用玻璃、铝板、蜂窝板、屋面板等幕墙材料，工程量为18000平方米。场地空间非常有限，所以幕墙材料需要按照项目的进度分批交付给场地。它给现场材料管理带来了困难，需要得到准确及时的信息支持。在施工第一、第二阶段采用相同尺寸的幕墙两部分，第一部分采用观察，第二部分采用我们的模型。应用程序的详细描述如下。
为了验证基于BIM的现场材料供应动态模型的有效性，提出了该模型用于武汉国际会议中心幕墙工程的施工过程。评估如下:(1)模型是否可以动态生成网站材料供应计划,包括材料数量,交货时间,存储区域解决物料需求的动态变化和(2)算法过程的模型是否有效改善浪费时间和施工效率低。
5.1 幕墙4D BIM模型的建立
一个现有的结构模型是由Revit architecture turaltm的建筑师和工程师建造的。在结构模型的基础上，建立了幕墙三维模型，并根据地面进行了相关施工进度信息的划分。图4展示了幕墙4D模型的建立过程。该模型可用于在每个施工阶段确定幕墙材料(面板、手柄、幕墙框架及附件)的数量和交货期。
图4 幕墙4D模型的建立过程
5.2。物料储存布置的准备。
材料存储布置的准备工作分为三个部分。首先，我们做了几个假设，例如，存储区域和材料是矩形的，并且与4D模型一起作为下一部分的基础。其次，我们设置存储区域，然后是流程图。第一部分是从4D模型中识别第一阶段或第二阶段的部分模型。第二，必须选择合适的区域作为备选的存储区域。最重要的过程是通过数字采集技术收集现场动态信息，确定存储区域的实时状态。最后对选定的存储区域进行编号，并得到存储区域与仓库之间的距离。材料存储布局的具体准备过程如图5所示。第三部分是对施工过程中需要的材料进行分组，在材料和区域之间获得优先权重。
5.3。材料布局的过程。
图6显示了GA每一步的计算过程和结果。以三个区域和三组材料为例。第一步是确定目标函数和约束条件，并计算优先权重和距离。然后采用遗传算法随机生成初始种群。这意味着一个物料编号对应一个存储区域的标签。
图6。材料布局算法。
5.4。分析的结果
根据幕墙工程二期两部分的基于BIM动态模型的结果，进行了项目级施工模拟。根据施工进度表，动态生成场地物料供应方案，包括物料数量、交货期、仓储面积等。之后，场地材料有序排列，整齐堆放。为施工管理提供施工期间各岗位的复位次数统计。结果表明，该模型的实现可以降低90%的复位率，提高施工效率20%。图7b展示了重新定位的时间，图7c使用甘特图显示了两份工作的分析进度。
(a)建筑地盘(b)复位次数:
第一个:25;第二个:2
(c)一份工作的持续时间:第一份:19份;第二个:15
图7。现场物资供应管理的比较分析。
综上所述，实验结果表明:(1)提出的模型可以动态生成场地材料供应方案。通过这样做，管理者可以更好地管理实际的建筑工地和过程，并实现对建筑、进度和现场材料的综合分析和管理。
(2)在算法过程的帮助下，模型可以减少浪费时间，提高施工效率。
6。结论和未来的工作
在对现场物资供应管理的需求分析的基础上，提出了一种基于bimm的现场物资供应动态模型，并通过案例研究介绍了最优供应方案的实施过程。主要结论如下。
BIM技术引进到建筑工地物资供应管理中，建立了。
讨论了动态模型，验证了BIM在材料供应管理领域的价值;
材料数量、交付时间和存储区域结合，实现多种信息的集成;4D应用确保了整个过程的及时方案生成，帮助项目参与者更好地解决场地材料供应问题。
然而，这项研究也有一些局限性。进一步的研究应该进一步发展。
提出的模型在以下几个方面。(1)模型中算法的实际应用潜力仍然有限，特别是在分区存储区域。因
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