基于MBD的施工工艺流程数字化研究.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7刘基于MBD的施工工艺流程数字化研究莉（甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730030）【摘要】针对传统施工工艺流程中存在的缺陷袁基于模型的定义渊model based definition,MBD冤方法袁提出了数字化施工工艺流程设计方案遥 以某工程项目为研究对象袁 运用 MBD 方法对施工工艺流程进行数字化设计袁与传统施工工艺流程进行比对分析袁证明数字化施工工艺流程设计方案的优势和应用前景袁对于推进施工工艺数字化和智能化具有一定参考和指导作用遥【关键词】MBD曰数字化施工工艺流程曰设计方案曰优势【中图分类号】TU17【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0109-030 引言随着科技的不断发展，在建筑施工领域应用数字化技术逐渐成为一种趋势。数字化施工工艺流程作为建筑施工的重要组成部分，能够有效提高施工效率和质量，减少资源浪费和环境污染。传统的施工工艺流程存在流程不清晰、信息传递不及时等问题，难以满足现代建筑施工的要求。因此，数字化施工工艺流程的设计和应用对于推进建筑施工数字化和智能化，实现绿色建筑施工具有重要意义。1 研究及应用现状1.1 MBD 概述及在工程领域的应用基于模型的定义（model based definition,MBD）是一种用于表述和交换数字化信息的方法。其以 3D模型为基础，将设计、制造和维护信息整合到一个数据模型中1-2。MBD 可以消除工程图纸误解和不精确问题，提高信息传递和共享效率，减少错误和重复工作，提高生产效率和质量。在工程领域，MBD 可以应用于多个方面，如产品设计、制造、装配、质量检测、可视化呈现等。在建筑施工领域，MBD 方法可以用于设计和优化数字化施工工艺流程，提高施工精度和效率。例如，通过数字化的方式对施工工艺流程进行可视化展示和协调，可以实现自动化和智能化施工。1.2 数字化施工工艺流程概述数字化施工工艺流程是指将传统的施工工艺流程转化为数字化形式，利用计算机等信息技术进行数字化设计和优化，以提高施工效率和质量。数字化施工工艺流程主要包括以下 4 个方面内容：淤数字化设计。采用数字化的方式对施工工艺流程进行设计和优化。于数字化管理。采用数字化的方式对施工过程进行管理和监控。盂数字化协调。采用数字化的方式实现不同部门之间的协同和沟通。榆数字化化验。采用数字化的方式对施工质量进行检测和化验。1.3 国内外研究现状分析国内外学者对于数字化施工工艺流程的研究取得了一定进展。美国建筑师协会（american instituteof architects,AIA）提出了数字化施工工艺流程的标准框架，促进了数字化施工工艺流程的应用。国内学者也在该领域取得了一定的研究成果，提出了数字化施工工艺流程的一体化管理方法，通过数字化的方式对施工过程进行管理和优化3-4。但是，目前数字化施工工艺流程的应用仍面临一些挑战，如数据集成不完善、应用安全管理不到位等。因此，需要进一步深入研究数字化施工工艺流程的应用方法和技术，优化数字化施工工艺流程的设计和管理，推广数字化施工工艺流程在建筑施工领域的应用。目前，数字化施工工艺流程的研究仍处于起步阶段，仍需要加强理论研究和技术创新。未来，数字化施工工艺流程的发展方向主要包括以下 3 个方面：淤数字化技术的发展。随着数字化技术的不断发展，数字化施工工艺流程将会更加精细化、智能化和自动化。于数字模型的应用。模型化将成为数字化施工工艺流程的重要方向，通过构建数字模型能实现工程施工的全流程可视化和协同优化。盂管理智能化。数字化施工工艺流程的管理将更加智能化和自动化，通过数字化管理全程跟踪和监控施工工程。2 MBD 在施工工艺流程中的应用2.1 MBD 在施工工艺流程中的概念和原理MBD 方法是一种基于数字模型的工程设计方法，可以将设计、制造和维护信息整合到一个数据模型中，用于设计和优化数字化施工工艺流程。数字化施工工艺流程的数字模型包括各种工程对象的三维几何信息、构件属性信息、设计要求等。数字模型是数字化施工工艺流程的核心，也是数字化施工工艺建筑 节能109LOW CARBON WORLD 2023/7流程与传统施工工艺流程的重要区别之一。在数字化施工工艺流程的设计中，数字模型是通过 MBD 方法建成的。MBD 方法基于几何和特征建模，将数字模型定义为包含几何信息、构件属性信息和设计要求的一个整体。数字模型可以对施工工艺流程进行可视化展示和协调。2.2 MBD 在施工工艺流程数字化中的应用构建和优化数字化施工工艺流程能够集成应用施工工艺，其中，MBD 方法发挥了关键作用。MBD 方法在数字化施工工艺流程的设计和优化中有一系列重要应用，主要表现在数字化建模、数字化分析和数字化协调 3 个方面。首先，数字化建模是 MBD 在数字化施工工艺流程中的基础应用。其借助自动计算机辅助设计软件（autodesk computer aided design,CAD），对施工工艺流程进行几何和特征建模，生成易于分析和处理的数字模型。几何建模技术主要针对施工工艺流程的空间形态进行建模，构造出具有精确尺寸和形状的三维模型。特征建模技术则进一步从几何模型中提取和标识关键的特征和参数，为后续施工工艺流程的优化和协调提供数据基础。其次，数字化分析是 MBD 在数字化施工工艺流程中的核心应用。这个过程主要利用计算机辅助工程（computer aided engineering,CAE）技术，对数字模型进行多种分析和优化。例如，可以通过虚拟施工优化施工工艺流程，依托数字模型，模拟实际的施工场景和工艺流程，以优化施工方案。另外，数字化分析还可以利用碰撞检测等预防性的技术，检测数字模型中不同组件之间的干涉情况，以预防在实际施工中不同组件发生碰撞，大幅提高施工效率，减低施工风险。最后，数字化协调是 MBD 在数字化施工工艺流程中的高级应用，主要涉及施工工艺流程的协调设计和多方协作。数字化协调通过网络平台和云计算等信息技术，实现项目各方的实时信息交流和数据共享，提高沟通效率和增强协作效果。大型建筑施工项目的设计人员、施工人员和管理人员都可以通过这种方式实时查看和修改设计方案，从而提高工作效率，减少冲突和矛盾，最终达成一致的施工工艺流程设计和优化目标。总的来说，MBD 方法在施工工艺流程数字化中发挥了关键作用，通过数字化建模、数字化分析和数字化协调等技术，实现了施工工艺流程的精细化、优化及和谐化，提高了施工效率和质量，降低了施工风险，保障了建筑施工项目的顺利进行。2.3 数字化施工工艺流程的优势和未来发展方向数字化施工工艺流程是当代建筑行业不断发展的趋势，其优点主要表现在以下 3 个方面。（1）数字化施工工艺流程可以显著提升施工工艺流程的精确性，有效减少错误和重复工作。这种精度提升不仅涉及设计阶段，还包括施工现场的实际操作。数字化施工工艺流程可以在设计之初就预测并规避可能出现的问题，避免实际施工中反复修改和调整施工设计，从而节省大量时间和资源。（2）数字化施工工艺流程具有显著的效率优势。通过搭建和优化数字模型，可以在前期就优化和确定施工方案，从而缩短施工周期，减少资源浪费。在施工过程中，数字化施工技术也可以有效管理和协调工作流程，提高工作效率，从而使项目能够在预定时间和预算内完工。（3）数字化施工工艺流程能够实现建筑施工项目的全程可视化。借助云计算和大数据等信息技术，项目的所有参与方都可以实时查看和更新设计及施工信息，这能大幅减少项目信息冲突和遗漏的可能性。然而，数字化施工工艺流程的发展潜力远未完全挖掘。随着数字化技术的不断发展和深化应用，未来的数字化施工工艺流程将更加精细化、定制化和自动化。每一个施工工艺流程都将得到数字化技术的深度支持，包括设计、施工、监理和维护等环节。同时，数字模型将得到更广泛的应用，施工工艺流程的全程可视化和良好优化将成为标准。项目所有参与方将可通过数字模型实时掌握施工进展，提前预见和解决可能出现的问题，从而提高施工质量和效率。另外，风险标准化管理也将是未来的重要发展方向，通过利用大数据、人工智能等技术，将更加高效和精准地全程跟踪和监管施工过程，以数字化的驱动方式为项目管理。总体来说，数字化施工工艺流程已经具备了强大的优势，未来将继续高效深化和拓展这些优势，推动建筑行业向更精准、更智能的方向发展。3 案例分析3.1 案例概述本文选取某高层建筑工程项目为案例进行研究，该工程项目位于城市中央商务区，总建筑面积为10 万 m2，共有 40 层，采用钢筋混凝土框架结构。数字化施工工艺流程的设计和优化是该工程项目的重要组成部分，通过采用 MBD 方法，实现施工工艺流程的数字化设计和优化。3.2 数字化施工工艺流程的设计优化与实施3.2.1 数字化建模数字化建模是数字化施工工艺流程设计的第一步。通过建立数字模型，将建筑物的各种信息与施工工艺流程信息相结合，建立数字化施工工艺流程模建筑 节能110LOW CARBON WORLD 2023/7型5-6。数字模型需要包含建筑物的各种信息，包括结构、管道、电气线路等，以及施工工艺流程信息，如地面铺装、框架结构搭建、管道敷设、电气线路铺设等。采用现代化的数字化建模工具，如建筑信息模型（building information modeling,BIM）软件等，可快速建立和修改数字模型。3.2.2 数字化分析数字化分析是数字化施工工艺流程设计的第二步。数字化分析需要使用一系列数字化工具和技术，如有限元分析、碰撞检测、空间协调等，对数字模型进行全面分析，从而得出数字化施工工艺流程的各种参数和优化方案。3.2.3 数字化协调数字化协调是数字化施工工艺流程设计的第三步。通过对数字模型进行协调，解决数字化施工工艺流程中可能出现的冲突和矛盾。数字化协调需要采用一系列数字化工具和技术，如协调软件等，协调和优化数字模型，解决数字化施工工艺流程中的冲突和矛盾。3.2.4 数字化施工工艺流程优化数字化施工工艺流程优化是数字化施工工艺流程设计流程中关键的一环，通过精确的计算和多方位模拟分析，最大限度提升施工效率和质量，同时保证施工工艺流程的可视化和一致性。这个过程需要运用数字化技术和工具，如 3D 可视化软件、施工工艺仿真软件等，对已生成的数字模型进行深入优化和改进。3.2.5 数字化施工工艺流程实施数字化施工工艺流程实施是数字化施工工艺流程设计的最终目的。通过将数字模型转化为施工图纸和工程文件，实现数字化施工工艺流程的实施和执行。数字化施工工艺流程的实施需要采用数字化技术和工具，如数字化施工指导软件、智能施工设备等，可以将数字化施工工艺流程转化为现实施工工艺流程，并控制和管理施工过程3-4。数字化施工工艺流程实施流程如图 1 所示。3.3 数字化施工工艺流程的优化效果通过数字化施工工艺流程的设计和优化，实现了以下优化效果：淤依托精准、全面的数字模型，能更准确地修改设计决策，在设计阶段预测并避免可能出现的问题，进而避免在实际施工中反复进行修改和调整。于全流程可视化使得施工过程透明化，使项目各参与方能够更好地协调各环节的工作，避免因信息不一致等或衔接不及时导致产生施工问题。3.4 数字化施工工艺流程的启发数字化施工工艺流程的数字化设计和优化是建筑施工数字化和智能化的重要组成部分，也是数字化施工工艺流程与传统施工工艺流程的重要区别之一。数字化施工工艺流程的设计和优化需要采用一系列的数字化技术和工具，如 MBD 方法、BIM 软件等。数字化施工工艺流程的数字化建模、数字化分析和数字化协调等环节都需要采用数字化技术4-6。数字化施工工艺流程不仅提升了施工质量，还提高了施工效率和安全性，这在传统施工工艺流程中是难以实现的。这一转变不仅降低了施工风险和成本，还提升了建筑施工项目的整体施工质量和经济效益，带来了巨大的商业价值。总的来说，数字化施工工艺流程是建筑行业向着更安全、更经济的未来发展的关键一步。4 结语应用数字化施工工艺流程将成为建筑施工行业数字化和智能化发展的重要趋势，未来，数字化施工工艺流程将会更加精细化、智能化和自动化，将为建筑施工行业的数字化和智能化发展提供更多可能性和机遇。参考文献1 陶雁.建筑工程中高支施工工艺及施工技术研究J.工程技术研究，2020，5（2）：52-53.2 康振林.基于 ArcGIS 库数据 MDB 与图形数据 CAD 格式数据的相互转换技术研究J.经纬天地，2016（5）：70-73.3 郭乔.基于 BIM 技术的连续梁桥参数化设计研究D.兰州：兰州交通大学，2020.4 赵传松.基于 MDB 的两轮自平衡机器人发育模型研究D.唐山：华北理工大学，2018.5 黄海科.装配式混凝土结构施工新工艺及 BIM 技术应用研究D.广州：华南理工大学，2021.6 卢备.深层巷道过陷落柱加固支护施工工艺及优化J.能源技术与管理，2023，48（1）：51-54，169.作者简介院刘莉（1988），女，汉族，甘肃兰州人，本科，工程师，主要从事建筑工程施工管理工作。图 1 数字化施工工艺流程实施流程数字化建模重复数字化分析继续输入数字化协调数字化施工工艺流程优化数字化施工工艺流程实施建筑 节能111