1.苏州中正建筑工程有限公司苏州215000；2.西交利物浦大学苏州215000
摘要：本文介绍了一种基于BIM和建筑施工仿真的资源配置优化方法，通过一个实际案例简单展示了结合BIM算量和现场施工数据，建立施工工序和过程的仿真模型。通过改变资源配置计算工序的时间、成本、能耗等指标，运行仿真模型，从运行结果中找到最优的资源配置方案，为现场施工决策提供参考。
关键词：BIM，施工仿真，资源配置优化
ResourceoptimizationbasedonBIMandConstructionProcessSimulation
GANZonghua1ZHANGCheng2
1.SuzhouZhongzhengConstructionCo.Ltd.Suzhou215000
2.Xi’anJiaotong-LiverpoolUniversity，Suzhou215000
1.建筑施工仿真
建筑施工工序很多都是重复性的周期活动，建筑施工仿真模型可以很好的模拟这个过程，并且通过调整资源配置，可以得到一个优化的组合，从而达到缩短工期和节约成本的目的。建筑施工仿真可以追溯到上世纪70年代初，由Halpin在1977年提出的CYCLONE仿真建模方法[1]。通过模拟某个特定的施工工序或者过程，来仔细分析施工中涉及的各种资源，包括施工机械、施工人员、空间场地等的配置情况。各工序的时间是整个模拟过程的重点。通过现场收集和经验值等数理统计方法，各个施工活动被赋予一个在合理范围内的值，从而真实再现施工过程中所包含的不确定因素。通过设定工作总量，来确定完成工作总量所需的时间。通过调整资源的配置，比如卡车的数量、载重量等，重复运行仿真模型，从而得到不同资源配置下的时间或者费用等。通过比较这些仿真结果，就可以得到最优的资源配置，达到缩短工期或者节约成本的目的。
其他常用的仿真软件还有STROBOSCOPE[2]，ETZStrobe[3]，以及Simphony[4]等。利用这些仿真软件，研究者们进行了大量的建模工作，力图从多角度多层面对施工过程进行模拟仿真，从而提高施工方法、提升施工理念。
2.BIM建模和二次开发
BIM已经被广泛应用在建筑施工领域，最常用的有可视化、碰撞检测、工程算量等。各种二次开发的插件也被运用到工程实际中。本文也从实际工程需要出发，开发了用户界面，用于汇总各种材料用量，用于进一步的分析。图1是某工业厂房的Revit模型。
图1Revit模型
图2显示了自主开发的用户界面，一方面能自动从BIM模型中提取各种材料汇总量，并建立外部数据库。另一方面，能提供界面给用户用于输入所需资源配置，例如运输车辆、施工机械，以及型号、载重、容量、能耗等，都可以通过这个界面输入。外部数据库可以被直接用于储存这些数据，并且通过插件可以被读取到BIM模型中。当所有材料的总量被确定，以及所需运输工具、设备被选定后，就可以建立仿真模型来进行施工工序模拟。
图2：用于提取材料用量和输入额外数据的用户界面
3.建立仿真模型
在这个工业厂房施工案例中，多个仿真模型被建立，用来模拟各施工过程中资源配置。运行结果可以显示完成某个特定工序所需时间、费用、以及其他预设参数的值。图3展示了商品混凝土运输及浇筑过程的仿真模型（Simphony软件）。
图3：商品混凝土运输及浇筑过程仿真模型
整个施工工序被模拟成一个循环的周期性活动，包括了从运送商品混凝土，浇筑混凝土，空车回搅拌站，装车等活动。各个活动的时间通过现场收集，分析，然后利用数理统计的方法被赋值到每一个活动。当总的混凝土需求量完成后，系统自动给出所需时间，以及其他和各资源相关的参数，例如费用，碳排放量，能耗等等。利用这个仿真模型最主要的作用是可以通过改变资源配置来进行优化。表1展示了仿真模型的基础资源配置情况。运行模型后，得到了一个基础结果，运输和浇筑660立方商品混凝土所需时间为1680分钟（28小时），能耗约为116165MJ。
表2展示了改变资源配置后的运行结果。从表中可以看出5辆12M3的车辆配置可以得到时间的最优值，可以在1475分钟（24.5小时）完成需要的混凝土总量，但是在能耗方面利用3辆12M3的车辆是最少的（100133MJ）。从时间角度来看，比基础结果缩短了12%。从能耗角度来看，比基础结果降低了13.8%。此外，更多的参数，例如费用，场地空间限制都可以被考虑进去，从不同的角度得到最优的资源配置。
结语
本文展示了基于BIM和建筑施工仿真的资源配置优化的方法，通过一个案例简单描述了如何利用这种方法建模和改变参数设置，从而得到不同资源配置下的运行结果。用户可以根据项目实际需求，从时间、成本、碳排放量、能耗等方面对比不同资源配置的实际结果，从而得出最优的资源配置。此外，本文还展示了自主开发的BIM插件，用于提取材料用量以及输入额外的施工数据，通过外部数据库和Revit的无缝对接惊醒数据存取和分析。
参考文献
[1]Halpin，D.W.，1977.“CYCLONE：Methodformodelingofjobsiteprocesses.”JournaloftheConstructionpision.103（3），489–499.
[2]Ioannou，P.G.andMartinez，J.C.，1996.“ComparisonofConstructionAlternativesUsingMatchedSimulationExperiments.”JournalofConstructionEngineeringandManagement.112（3），234-241.
[3]Martínez，J.C.，2001.“MethodologyforConductingDiscrete-EventSimulationStudiesinConstructionEngineeringandManagement.”JournalofConstructionEngineeringandManagement.136（1）：3-16.
[4]AbouRizk，S.，andHajjar，D.，1998.“Aframeworkforapplyingsimulationintheconstructionindustry.”CanadianJournalofCivilEngineering.25（3），604–617.