重型土木工程施工行业跨越 4D 模型技术鸿沟
对话Bentley 软件公司施工产品副总裁 Richard Humphrey
最近，我们与Bentley软件公司施工产品副总裁RichHumphrey进行了座谈交流，讨论了他对4D施工建模的想法、4D施工建模对土木工程项目的重要性，以及他对整个行业未来发展的看法。
问：什么是4D施工建模？
答：在为“4D施工建模”下定义之前，我们需要了解4D建模的含义。4D建模是指将时间维度添加到三维CAD模型中。团队可以根据时间线分析施工进展情况，并将施工任务的完成情况可视化。一段时间以来，规划师和工程师一直在为项目的预施工阶段开发4D模型。如今，施工公司正在寻找方法将这些4D模型用于下游施工工作流，逐渐形成了“4D施工建模”这个术语。最重要的是，基于BIM设计模型来开发施工模型，推动4D工作流，项目更有可能按时完成并实现盈利。
问：4D施工数字孪生指的是什么？
答：当我们提到数字孪生模型时，我们指的是实物资产、过程或系统的数字化表示，以及帮助我们了解其性能并进行建模的工程信息。通常，数字孪生模型可以基于传感器和持续测绘等多个来源持续更新，以展示近乎实时的状态、工况或位置。
4D施工数字孪生模型具有多个基于施工的信息源。它最开始是一个设计模型，会随着工程数据的丰富而不断演进，从而进一步细化施工模型的对象。
施工数字孪生模型可以扩展添加更多信息，包括工作细分结构、材料成本编码和项目工期安排等其他施工数据。
“在当今的新常态下，施工行业需要优先考虑关键基础设施。”
此外，施工数字孪生模型根据移动应用程序、无人机或IoT传感器等现场传回的实时数据能进一步更新。例如，如果使用RFID对施工现场的工程项进行跟踪或标记，这些数据就可以在数字孪生模型中持续更新，从而创建实时持续更新的数字化表示。
问：土木工程4D施工和建筑4D施工有什么区别？
答：多年来，我们看到许多建筑施工项目都已经采用4D数字化施工方法。但是，直到最近，我们才看到很多土木工程项目开始采用4D建模。这是因为，与建筑设计软件不同，土木工程设计建模应用程序没有为这些类型的项目提供可施工的组件。建筑设计模型高度组件化，并提供很多的相关工程信息。例如，建筑模型的门、窗、墙和管道等对象的设计非常严谨，可以直接关联到施工进度表。而土木工程模型并不是以这种方式进行组件化，因此，需要进行二次处理，将模型各对象转换为可施工的组件。例如，25英里的土木工程道路或廊道模型若不用桥梁或立交桥拆分，往往是一个较长的对象。这种类型的模型对象是不可施工的组件，因为它未展示如何建造25英里的路面、集料、挡墙和路缘。因此，它不能直接与时间或成本相关联。在过去的十年中，这一直是个两难的问题，施工公司因而需要在设计建模应用程序中将其模型重建成多个模型对象。这是采用4D施工的一个障碍，因为这需要对复杂的设计建模解决方案有高度的了解。
在当今的新常态下，施工行业需要优先考虑关键基础设施，其中大多数都是土木工程基础设施。公路、高速公路、桥梁等，全都至关重要。我们的4D施工建模应用程序SYNCHRO4D可以帮助土木工程施工团队将项目分解为多个可施工的组件。
问：重型土木工程施工行业的未来会是什么样子？
答：4D数字化施工技术一直在不断升级，与25年前我刚进入该行业时时相比，目前这一技术已经发生了很大变化。纵观正在使用和正在开发的功能，我对以下五个趋势充满期待：
1)基于模型的进度规划和模拟：规划人员和施工人员借助4D模型，可以实现施工顺序可视化，包括安排设备的放置以及管理材料的储存和场所进入。提升的视图有助于识别计划中的错误并优化施工路径，这也能更好地将计划传达给施工团队的其他成员，并且在现场发现错误之前先进行虚拟建造。
2)基于模型的工料估算：包含工料计算和成本代码的模型可以链接到模型对象，估算就可以更准确，如果设计发生变更，可以快速进行迭代，并且可以将成本纳入到项目优化计划中，从而确保公司赢得更多项目和利润。
3)人工现实和混合现实，基于模型的现场检查和进度跟踪：可以使用网络和移动应用程序将带地理参考的施工模型带到现场，以提供数据访问，并利用3D模型环境，在现场采集数据。在这种情况下，现场工作人员可以使用该对象的虚拟表示为参考，收集正确建造资产的数据。
4)利用模型改进项目管理任务：
在创建和访问项目管理任务时提供更真实的环境，甚至可以改进典型的项目管理任务，例如提交、问题、信息请求、变更单和监测管理。在施工过程中经常需要管理成千上万的文档、照片和表格，项目团队需要花费大量时间来查找这些资料以完成他们的工作。
用户界面支持团队成员基于三维模型空间中的视图集成所需的信息，他们可以更方便地访问此类数据并将其直接应用到4D施工模型中。他们还可以把时间范围加入4D施工序列中。这些新功能非常强大，可以帮助团队更高效地访问每个项目管理任务并展开协作。
5)5D和nD模型：5D是4D加上成本，可以转变我们制定计划的方式，就像4D在3D时代带来的变化一样。该概念还可以扩展到nD，nD表示添加到模型环境中的代表其他类型信息的维度。
以前项目的施工阶段工作流存在着高风险和低效率等缺点，如今，工程师、施工经理和承包商已经利用4D施工建模推动实现工作流中的重要价值。我们看到建筑施工行业在这方面已经取得了成功。现在，重型土木工程行业也是时候抓住时机，从中获益了。