BIM+施工管理系统 | 4D-GCPSU

 

基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统 

（4D-GCPSU 2006） 

 技 术 白 皮 书 

 清华大学土木工程系 

 2006年11月 

 

1 系统概述 

随着计算机技术的飞速发展，实现建筑施工管理的信息化、智能化、可视化已是施工领域中的一个研究热点。

 

清华大学土木工程系开发的基于IFC标准的建筑工程4D施工管理系统（简称4D-GCPSU 2006）是国家"十五"重点科技攻关计划 "建筑业信息化关键技术研究与示范"之专题 "基于IFC标准的4D施工管理原型系统研究与示范应用"的研究成果。本专题研究圆满完成了任务书规定的研究内容，达到了预期的目标及考核指标，于2006年1月通过了建设部组织的专家验收。

 

2006年11月4D-GCPSU 2006通过教育部组织的专家鉴定，评价为该系统的研制成功和实际应用属国内首创，填补了国内空白，达到了国际先进水平。 

 

4D-GCPSU 2006综合应用4D-CAD、工程数据库、人工智能、虚拟现实、网络通讯以及计算机软件集成技术，引入建筑业国际标准IFC（Industry Foundation Classes），通过建立基于IFC的4D施工管理扩展模型4DSMM++（4D Site Management Model++），将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度计划相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，实现了施工进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的4D动态集成管理以及整个施工过程的4D可视化模拟。

 

遵循IFC标准，系统实现了建筑设计与施工管理的数据交换和共享，可以直接导入设计阶段定义的建筑物三维模型，并用于4D施工管理，在很大程度上减少了数据的重复输入，提高了数据的利用效率，减少了人为产生的信息歧义和错误。为提高施工水平、确保工程质量，提供了科学、有效的管理手段。图1描述了4D模型的概念。 

 

图1  4D模型概念 

 

4D-GCPSU 2006的研究发展了4D理论，不仅覆盖了国外同类系统的主要功能，而且扩展了管理功能和应用范围。在2006年11月通过的教育部组织的专家鉴定上，专家认为：与国外同类系统相比，该系统在支持基于IFC标准的数据集成与交换、建立4D++扩展模型及其信息集成机制、实现以WBS为核心的4D集成化施工管理和建立基于网络的4D可视化平台等方面具有创新性。 

 

4D-GCPSU 2006应用于北京奥运会国家体育场等多个实际工程，对于提高施工效率和信息化管理水平，取得了显著的成效。本系统适应我国建筑施工管理的实际需要，可用于各种建筑工程的施工项目管理，尤其适用于大型、复杂工程，还可推广到道路、桥梁、水利以及设备安装等其他工程管理，具有广阔的应用前景，可产生较大的社会、经济效益。 

 

2 技术特点 

(1) 提供了IFC文件解析器和IFC标准数据接口引擎，可支持设计和施工阶段以及与其他应用系统之间的信息交换和共享，为解决当前建筑工程生命周期不同阶段和应用系统之间的信息断层做了新的探索。 

 

(2) 提供了基于网络环境的4D可视化工作平台，可支持工程项目的各管理部门和多参与方的信息交换，实现了4D施工管理的网络化。 

 

(3) 可读取其他CAD系统输出的IFC文件或直接导入其生成的3D模型，还可利用系统的建模工具在AutoCAD中建模，为3D建模提供了多种有效方法。 

 

(4) 具有施工段划分、WBS创建功能，实现了WBS与Project的相互链接。通过系统的WBS编辑器和工序模板，可快捷完成WBS和进度计划的创建，大大提高了工作效率。 

 

(5) 将WBS节点及其进度信息与相应3D构件实体相链接，自动生成工程的4D模型，并与人力、材料、设备、成本、场地等资源信息相集成，还可扩展工程属性，实现了多维信息管理。 

 

(6) 可通过Project或4D图形界面，对施工进度进行调整和控制，使计划进度和实际进度既可以用甘特图或网络图表示，还可以动态的3D图形展现出来，实现了施工进度的4D动态管理以及整个施工过程的4D可视化动态模拟。系统还提供了任意WBS节点或3D施工段及构件工程信息的实时查询、多套施工方案的对比和分析、计划与实际进度的追踪和分析等功能。 

 

(7) 通过可设置多套定额的资源模板，自动计算任意WBS节点或3D施工段及构件的工程量以及相对施工进度的人力、材料、机械消耗量和预算成本，进行工程量完成情况、资源计划和实际消耗等多方面的统计分析，实现了施工资源的4D动态管理。 

 

(8) 可进行3D施工场地布置，自动定义施工设施的4D属性。点取任意设施实体，可查询其名称、类型、型号以及计划设置时间等施工属性，并可进行冲突检查、场地布置知识库及知识检索、场地设施的信息统计等，将场地布置与施工进度相对应，形成4D动态的现场管理。 

 

(9) 自主开发的OpenGL图形平台，提供了视图变换、图形控制以及4D图形管理等功能，增强了4D动态模拟效果，较好解决了大型、复杂工程3D模型显示效果和运行速度的瓶颈问题。 

 

(10) 系统为基于组件的开放体系结构，具有很好的复用性和可维护性。通过引擎接口可与不同的计划管理软件相连接，以适应不同的应用要求。并提供了较强的个性化服务，使系统易学易用。 

 

 

3 系统介绍 

3.1运行环境 

(1) 系统运行的硬件环境 

服务器：Intel Pentium 4 CPU 2.5G；512M内存；120G硬盘。 

客户端：Intel Pentium 4 CPU 1.7G；1G内存；60G硬盘；64MB显卡；1024×768以上分辨率。 

 

(2) 系统运行的软件环境 

服务器：Windows 2000 Server或Windows 2003 Server；Microsoft SQL Server 2000。 

客户端：Windows XP Professional；AutoCAD2004或以上；Microsoft Project 2003。 

 

3.3 主要功能 

根据系统的功能组成，4D-GCPSU 2006系统可以分为用户管理、工程管理、数据修改控制、创建3D模型、创建WBS和进度计划、3D工程构件的创建及管理、创建4D模型、4D进度管理、4D资源管理、4D场地布置、OpenGL图形平台、系统工具等12个功能子模块。各功能子模块的具体功能如下。 

 

3.3.1  用户管理 

4D-GCPSU 2006系统为工程项目用户的不同管理部门和参与方提供了不同的用户权限，系统管理员可以通过对登陆账号的管理，完成新建工程、用户管理及用户权限的配置等功能。 

 

(1) 连接远程服务器 

用户通过用户管理工具输入远程数据库的用户名和密码，就可以连接到远程数据库的系统数据库，对用户、工程、权限等信息进行配置和管理。

 

(2) 用户管理 

系统管理员通过用户管理工具，可以添加用户、修改用户信息、删除用户、修改密码等，所有用户信息都会显示在用户列表中（如图2所示）。 

 

图2  用户管理界面 

 

(3) 用户角色配置 

系统预设了多种用户角色，包括系统管理员，项目经理，施工进度管理、材料管理、设备管理、质量安全管理、现场管理以及一般用户等，还可以根据需要添加用户角色。每个用户角色可以赋予不同的操作权限，这些权限包括系统全局或部分的浏览、操作和修改等操作。 

 

(4) 用户权限管理 

系统管理员为用户建立账号，并指定用户角色以及对应工程项目。用户持用户名及密码登陆，系统才能赋予相应的操作权限。 

 

3.3.2 工程管理 

用户登陆后，系统会根据用户的权限自动寻找用户所管理的工程信息并弹出工程信息列表对话框（如图3所示）。用户选择一个工程后，便可载入该工程的项目信息并进行4D管理。 

 

图3  工程列表对话框 

用户可以通过保存工程功能对修改后的工程进行保存。没有被保存的修改数据，将不被提交到远程数据库，所做的修改也将被忽略。关闭工程和退出系统功能都会提示是否用户保存已经修改的数据。 

 

3.3.3 数据修改控制机制 

4D-GCPSU 2006系统是基于网络的多用户系统，不同的用户可能对某些功能具有相同操作权限，为了避免多用户对数据修改的冲突，系统采用了版本控制的机制。 

 

(1) 用户权限判断 

当用户试图进行某个修改工程数据的操作时，系统首先会自动判断该用户是否具备此操作的权限。只有当用户具备此项操作的权限，系统才会允许用户进行操作。 

 

(2) 签出数据 

当用户尝试修改数据，系统会自动判断用户是否具有修改该数据的权限。如果具备此权限，则会弹出签出编辑对话框，提示用户需要签出数据，以确保项目各分项数据不会被多人同时修改，同时提示用户最近一次修改的记录信息（如图4所示）。 

 

图4  数据签出对话框 

(3) 签出数据保护 

从当前用户签出数据，到当前用户保存修改数据（签入数据），此期间其它用户是不能对此类型数据进行修改的。如果有用户试图进行修改，系统会提醒用户数据已经被签出，不能进行修改。 

 

(4) 签入数据 

当用户完成对数据的修改操作，需要把修改结果保存至数据库时，系统将弹出签入对话框，列出当前用户涉及修改过的所有类型数据。用户根据需要可以勾选需要保存的数据，就可以将数据保存到数据库，同时数据也被系统签入，其它用户也就可以对数据进行修改了。 

 

(5) 多用户操作 

当用户尝试修改工程项目数据时，系统在判断用户权限后，再判断该数据是否已被签出。如果已有其他用户签出数据，系统将禁止用户对此数据进行修改，从而保证数据的唯一性和

完整性。 

 

(6) 版本对比及更新 

用户每次打开工程时，系统将自动获取本地数据及远程数据的版本号。如果本地数据版本低于远程数据库数据版本，系统将自动从远程数据库下载并更新本地数据，从而保证数据的及时性。 

 

3.3.4 创建3D模型 

(1) 基本3D建模 

在AutoCAD平台上开发了一套参数化的建筑构件3D建模系统。利用系统提供了梁、板、柱、墙等常用建筑构件的参数化建模工具，用户只需输入少量的参数就可以快捷创建构件的3D模型。为了充分利用已有的建模成果，系统也可以读取已有的AutoCAD三维实体模型。三维建模用户界面如图

5

所示。 

 

 

图5  三维建模界面 

 

(2) 外部模型数据导入 

系统提供了IFC模型数据导入功能，可以直接利用其他支持IFC标准的建筑设计软件输出的结果，导入由这些系统生成的IFC中性文件，并通过IFC解析器读取其中的建筑构件信息，重新建立建筑物的3D模型。从而简化3D模型的建模工作。 

 

(3) 导入其他系统生成的3D模型 

用户可以在其他CAD或图形系统中建立3D模型，例如MicroStation、3DS MAX、CATIA等，利用系统的数据接口可将模型直接导入到4D-GCPSU 2006中。图6表示了用CATIA创建的国家体育场钢结构3D模型  

 

 

图6  用CATIA创建的国家体育场钢结构3D模型 

 

3.3.5 创建WBS和进度计划 

WBS是4D-GCPSU 2006的核心。系统提供了工程WBS创建功能和Microsoft Project引擎接口，实现了系统中WBS节点与Microsoft Project任务节点相链接。基于系统自动生成的WBS树状结构，用户可以自定义WBS节点类型，将WBS结构分为整体工程、单项工程、分部工程、分层工程、分段工程等多层节点。用户可用两种方法创建WBS和进度计划。 

 

(1) 导入WBS和进度信息 

在Microsoft Project中建立WBS，编制进度计划，通过系统的进度同步功能，自动将进度信息导入到4D-GCPSU 2005系统中，生成形成WBS。 

 

(2) 创建WBS和进度计划 

利用4D-GCPSU 2006系统的WBS编辑器和预先定义的标准施工工序模板，并设定各个WBS节点的工期以及任务的依存关系，系统的进度同步功能可将WBS信息导入到 Microsoft Project中，自动生成进度计划。 

 

(3) WBS编辑器 

4D-GCPSU 2006提供了方便快捷的WBS编辑功能，允许用户增加、修改、删除WBS节点。用户不仅可以常规的依次添加WBS节点，还可以将同层次的节点一次批量添加，同时还可以对多个节点的相同属性进行批量修改，大大提高了WBS信息输入的效率。 

用户可以设置、查询WBS节点的扩展信息，扩展信息主要包括施工单位、节点类型、计划开始及/结束日期、实际开始/结束日期等。用户也可以通过WBS属性对话框对其扩展信息进行修改。 

 

(4) 工序模板 

通过标准施工工序模板，用户可以直接或只做少量修改就可以为WBS节点添加施工工序节点，大大提高了工作效率。工序模板界面如图7所示。 

在4D模拟显示中，不同的施工工序以不同的颜色来表示，系统提供了WBS工序节点颜色指定的功能，可以为不同的工序节点设定相应的表示颜色，在施工模拟中代表不同的施工工序。工序颜色设定的界面如图8所示。 

 

图7  工序模板对话框 

 

图8  工序颜色设定 

 

3.3.6  3D工程构件的创建及管理 

(1) 3D施工段的创建 

系统提供了3D工程构件管理功能，用户可以根据WBS，对3D几何模型进行施工层、施工段或施工单元划分，简称“施工段”，创建后的施工段以树状列表展示。 

 

(2) 施工段属性设置与编辑 

系统可为施工段自动添加相应的工程属性信息，如构件类型、材料、体积等。也允许用户任意添加扩展信息，如施工单位、质量要求等。这种附加了工程信息的施工段或构件称之为3D工程构件。图9所示为施工段工程属性界面 工程属性可以是简单的数字或文本，也可以是复杂的复合数据。这些属性值保存在工程数据库中。用户通过WBS或在图形屏幕上点取任意施工段，可查询或修改构件的属性数据，实现对工程构件的管理。 

 

 

图9  施工段工程属性设置与编辑 

 

3.3.7 创建4D模型 

将具有工程属性的3D工程构件与相应的WBS节点相关联，完成4D模型的创建。由于WBS节点已与Project任务链接，则实现了3D模型与进度计划的链接以及与工程信息的集成。

 

有两种方法可快速建立4D关联：用户通过系统提供向导和工具进行手动关联，只需简单的拖动构件组到相应的WBS节点，即可完成链接操作，系统自动生成工程项目的4D模型。通过自动关联方式，用户可在关联规则设置中选择关联规则，在自动关联浏览中选中需要关联的施工段名，系统可以根据用户输入的关联规则为施工段和WBS节点自动建立链接关系，从而简化了用户的操作。 

 

系统还可自动统计4D模型的相关状态，包括：施工段数量、施工单元数量、被冻结的施工单元数量、WBS节点数量、工序节点数量、分段节点数量、已完成的节点数量以及未连接WBS节点的施工单元数量。 

 

3.3.8  4D施工进度管理 

完成4D施工模型的创建以后，就可以对施工项目进行日常的4D动态管理和可视化模拟。系统通过自主开发的进度管理引擎连接和定义的一组标准的调用接口，提供对进度数据的访问。遵循该接口的定义，系统建立了与Microsoft Project连接，实现了4D系统与Microsoft Project的数据同步交换。其主要管理功能如下：

 

(1) 实施方案比选 

根据实际工程管理的需求，系统允许用户输入多套施工进度方案，提供不同方案之间快速切换，供用户对方案进行选择，进行方案的对比和分析。图10所示为进度方案管理界面。 

 

图10  进度方案管理界面 

(2) 施工进度的4D显示 

计划进度和实际进度可在Project中用甘特图表示，也可在4D系统中以动态的3D图形展现，如图11所示。通过三维模型上的不同颜色，代表施工进行过程中的不同施工工序和状态，同时已完成的构件以事先指定的WBS颜色显示。 

 

(3) 施工进度控制 

系统允许用户通过Microsoft Project进度计划管理界面，对进度进行调整和控制，当Microsoft Project中的进度计划被修改，图形界面中的4D施工模型也随之改变。系统也允许用户在图形界面中，进行对施工进度进行动态管理与调整，修改施工对象的进度时间和当前施工状态，系统会自动更新进度数据库，调整MS-Project进度计划，同时刷新4D显示图像。图12展示了对WBS节点的开工时间进行调整。 

 

  

 

图11  施工进度的4D显示 

 

 

图12  调整进度计划 

(4) 实际进度追踪 

系统通过编辑进度计划，可以方便、快捷地记录施工的实际进度，并提供了实际进度的追踪查询、4D模拟等功能。系统还提供了按指定日期，对WBS节点或施工段进行进度计划执行情况的跟踪功能，将实际进度与计划进度进行对比分析，如图13所示。 

 

 

图13  实际施工进度对比分析 

(5) 指定当前工作WBS 

由于系统中WBS节点都是与相应的3D工程构件相关联，用户只需将某WBS节点指定为当前工作WBS，可以针对某个WBS节点和相应的施工段进行4D管理，此时，只有与该WBS节点相关的施工段模型才能进行4D显示、查询和管理等相关操作。此功能有助于对各分包工程的管理。 

 

3.3.9 施工信息查询与管理 

(1) 施工对象选取和查看 

系统可以在3D整体模型中选取任意施工段、施工单元或构件，放大显示在视图中，并可进行多视角的三维浏览。这对于复杂钢结构构件的现场吊装十分有用，如图14展示了国家体育场钢结构吊装单元的查看。  

 

 

 

图14  国家体育场钢结构吊装单元的查看 

 

(2) 多条件施工段查询 

通过设置属性、运算符和条件值等查询条件，系统可以将满足查询条件的施工段或工程构件在整体3D模型中以高亮方式显示。其中查询条件包括整个工程和指定 WBS节点两个选项，确定了查询的范围。选择不同的查询条件，其属性列表会显示不同的属性条件，属性值有文本、日期、数字、颜色四种类型。选择某一属性值和相应的运算符便可进行本次查询。多条件施工段查询可以方便用户查询不同分包商、某一工期内或某一道工序的当前施工段，有助于对施工进度和状况的宏观了解和分析，多条件查询对话框如图15所示。 

 

图15  多条件查询对话框 

(3) 施工状态查询 

指定任意施工日期或时间段，可实时查看任意施工对象的当前施工进度，施工对象可以是整个工程、任意WBS节点、在图形屏幕上选取的任意施工段或构件。三维模型上的不同的颜色代表不同工序，已完成的构件以白色显示。 

(4) 施工信息查询 

指定任意WBS节点，或在图形屏幕上选取任意施工段或构件，可实时查询施工对象的详细工程信息，包括当前施工时间、结构类型、施工工序、施工单位、计划完成的起止时间以及工程量等。图16为施工段属性查询对话框。 

(5) 冻结/解冻3D工程构件 

为了方便信息查询，用户可以对3D模型中的施工段或施工单元进行冻结/解冻处理。冻结后的施工段或施工单元将被临时隐藏，不显示在3D模型中。 

 

图16  施工段属性查询对话框 

3.3.10  4D施工过程可视化模拟 

4D-GCPSU 2006系统中，通过将建筑物以及施工场地的3D模型与施工进度计划相链接，以及与人力、材料、设备、成本、场地需求等相关资源的信息集成，可以确立施工进度计划中各工序及时间与3D施工对象之间、与各种资源需求之间的诸多复杂关系，并且以三维图像的形式形象地展示出来，实现整个施工过程的可视化模拟。 

(1) 设置施工模拟参数 

系统通过各种施工模拟参数的设置来控制模拟方式，这些参数包括：1）指定模拟日期；2）模拟时间间隔：可以为天、周、月，同时可以设定每周或每月的固定模拟日（如周一、每月第一天等）；3）模拟状态：是按计划进度模拟，还是按实际进度模拟；4）模拟速度：自动模拟时，可设置模拟显示速度为正常、慢速或快速。5）模拟方式：按照时间的正序模拟，或按照时间的逆序模拟。4D模拟工具栏如图17所示。 

 

图17  4D模拟工具栏 

(2) 4D施工过程模拟 

系统可按照设置的模拟参数，对根据整个工程或选定WBS节点的施工进度，进行施工过程模拟。若选择自动模拟，则自动进行4D施工过程模拟的连续显示，形象反映工程的施工计划和实际进度。图18显示了国家体育场工程的4D施工过程模拟。 

 

图18  4D施工过程模拟 

(3) 当前施工状态信息显示 

在4D施工工程模拟过程中，系统在图形区的左下方，以饼图形式同步显示当前的工程量完成情况。在图形区的正下方，以列表方式同步显示当前施工状态的详细信息，包括施工段的名称、工序及颜色、计划开工和完成时间、实际开工和完成时间、施工单位以及工程量和资源等详细信息，如图19所示。 

 

图19  4D施工模拟与施工状态信息列表 

3.3.11  4D动态资源管理 

系统将3D模型与施工进度、资源需求以及场地信息有机地集成一体，通过可设置多套定额的资源模板，相对施工计划进度和实际进度，自动计算整个工程、任意WBS节点、3D施工段或构件的工程量以及相应的人力、材料、机械消耗量和预算成本，进行工程量完成情况、资源计划和实际消耗等多方面的统计分析。 

当4D模型或计划信息发生了变化，系统将自动地进行劳动力、材料、机械等施工资源的重新计算，资源需求始终对应于施工进度计划，并在时间上协调一致，实现了基于进度计划的动态资源管理。 

(1) 资源模版设定与管理 

系统提供了一个资源模板，可设立多套预算定额，用户根据需要可以建立国家和地方预算定额，也可以定制自己的资源条目，形成企业定额，同时每套定额都可对应一套实际消耗量。系统当前建立了北京市建设工程预算定额的有关条目。资源模板设定界面如图20所示。 

 

图20  资源模板设定界面 

(2) 工程量查询与统计分析 

系统可以相对施工计划进度和实际进度，自动计算整个工程、任意WBS节点、3D施工段或构件的工程量，并以统计图和统计列表的形式进行工程量完成情况的统计和分析。统计包括单位时间工程量和指定时间段内的累计工程量，时间单位可以设置为天、周或月，如图21所示 

 

 

 

图21  工程量查询与统计分析 

(3) 资源用量查询与统计分析 

通过资源模板，系统可相对施工计划进度和实际进度，自动计算整个工程、任意WBS节点、3D施工段或构件在指定时间段内的人力、材料、机械的计划用量和实际消耗量，计算统计结果以统计报表形式提供查询，并以柱状图形式提供资源计划和实际消耗等多方面的统计分析，包括相对计划进度的定额用量和消耗用量，相对实际进度的定额用量和消耗用量。 

 

资源用量查询分析过程中，人力、材料和机械用量的查询和分析都在一个对话框中进行，用户只需在点选相应的选项，统计报表和柱状图的统计对象也随之变化。统计包括单位时间资源用量和指定时间段内的累计工程量，时间单位可以设置为天、周或月，如图22所示。 

 

(4) 工程成本查询与统计分析 

通过资源模板，系统可相对施工计划进度和实际进度，自动计算整个工程、任意WBS节点、3D施工段或构件在指定时间段内的工程成本，其中包括相应的人力成本、材料成本、机械成本以及总成本。计算统计结果以统计报表形式提供查询，并以统计图形式分别提供了计划成本和实际成本等多方面的统计分析，包括相对计划进度的人力、材料、机械以及总的定额成本和实际成本，相对实际进度的人力、材料、机械以及总的定额成本和实际成本。 

 

同样，人力、材料、机械成本和总成本的查询和分析都在一个对话框中进行，用户只需在点选相应的选项，其统计对象随之变化。统计包括单位时间成本用量和指定时间段内的累计量，时间单位可以设置为天、周或月，如图23所示。 

 

图22  资源用量查询与统计分析 

 

 

图23  工程成本查询与统计分析 

3.3.12  4D施工场地管理 

(1) 3D场地设施布置 

4D施工管理另一个重要功能是进行施工场地布置。利用系统提供的一系列工具可进行各施工阶段的场地布置，包括施工红线、围墙、道路、现有建筑物和临时房屋、材料堆放、加工场地、施工设备等场地设施。针对每种场地设施，可以划分在所在的图层并选择其显示颜色。如图24所示为塔吊布置对话框。所建立的3D施工现场设备和设施模型，通过与施工进度相链接，形成4D场地布置模型，使场地布置与施工进度相对应，形成4D动态的现场管理。 

 

 

 

 

 

图24  塔吊布置对话框 

(2) 场地设施的显示控制 

用户可以通过菜单方便地控制场地设施的显示与关闭以及显示的颜色。 

(3) 设置场地施工阶段 

用户可以为场地设施设置不同的施工阶段，设置后场地设施可按不同的施工阶段进行4D显示和管理。图25为国家体育场混凝土看台施工阶段和钢结构施工阶段的场地布置。 

 

 

 

 

图25  国家体育场工程施工场地布置 

 

(4) 场地设施的信息查询与统计 

施工过程中，点取任意设施实体，可查询其名称、标高、类型、型号以及计划设置时间等施工属性，图26展示了塔吊的信息查询。系统还可进行场地设施的数据统计，如图27所示。 

 

 

 

图26  塔吊的信息查询 

 

图27  场地设施数据统计 

(5) 场地布置知识库及知识检索 

系统为场地布置提供了知识库以及知识检索功能。知识库存储了场地布置需要遵循的相关规则和参考性建议。需要时用户可以通过知识检索对话框，按照知识主体进行查询，如图28所示。 

 

 

 

图28  知识检索对话框 

(6) 场地设施冲突检测及分析 

在场地设施布置的过程中，若出现不符设计规则，引起设施间的冲突情况，系统可自动检测，并分析冲突原因，提示用户相应的解决方案。当冲突的原因多于一条时系统会逐条给出冲突的原因以供用户查询，如图29所示。 

 

 

图29  施工设施布置冲突分析 

 

3.3.14  3D模型显示和浏览 

自主开发的OpenGL图形平台，提供了3D模型的显示和浏览功能，可以不同的视角来观察和浏览三维模型。该子系统实现了以下几项功能： 

(1) 基本视图变换 

系统提供了视图缩放功能，可以进行放大、缩小、窗口缩放、查看全图或三维动态浏览的操作，能方便用户观察模型的整体和细部结构。 

(2) 标准视图查看 

标准视图查看功能使得用户可以通过简单地点击工具栏按钮，很方便地在不同的观察视角之间进行切换，包括提供建筑物的俯视、仰视、侧视、轴侧图等多种视角。 

(3) 设置图形显示的着色模式 

用户可以选择将模型以线框着色模式显示或以实体着色模式显示。前者提高浏览的效率，后者则更加逼近真实。 

(4) 实体选择模式 

用户可以设置实体的选择方式为施工单元或施工段。若为前者，则每次选择是以施工单元为基本单位，而后者则是以施工段为基本选择单元。 

(5) 模型显示控制 

用户可以通过菜单方便地控制模型实体的显示与关闭。 

 

3.3.15 系统工具 

(1) 工具视窗 

系统主界面中除了菜单、工具条以及主窗口外，还包括WBS管理器、4D显示状态、工程构件、场地布置、资源管理五个面板工具。用户可以控制其中任意一个的显示与隐藏，从而可以充分利用界面有限的空间资源。 

(2) 启动AutoCAD建模系统 

系统提供一个启动AutoCAD建模系统的快捷菜单，用户点击后便可自动打开AutoCAD建模系统。 

(3) 启动Project项目文件 

系统提供了一个启动本工程项目Project文件的快捷菜单，用户点击后便可自动打开本项目的Project项目文件。 

(4) 系统选项 

用户可以通过系统选项对话框查看项目的基本信息并设置4D显示参数、系统的默认颜色（如施工完成颜色等）以及图形的背景等。 

 

3.3.16  联机帮助 

 系统提供联机帮助的功能，用户在操作系统的过程中，如果出现任何困难或疑问，可以按F1打开联机帮助，查找解决办法，如图30所示。 

 

 

4 系统应用 

自1996年，本系统的以前版本GCPSU和4D-GCPSU先后在北京嘉里中心、北京华威小区13#、14#号楼、香港新机场货运仓储中心、香港理工大学第六期扩建工程等十多个实际工程应用，对于提高这些工程项目的施工管理水平和工作效率，起到了显著的推动作用，取得了较好的经济和社会效益。 

 

2003年12月，4D-GCPSU开始在国家体育场工程总承包部投入使用，并根据工程提出的具体应用要求，不断完善功能，先后推出了4D-GCPSU 2004、4D-GCPSU 2005和4D-GCPSU 2006三个版本。三年来的实际应用情况表明，本系统适用于建筑工程项目的施工管理，已经达到了正式应用的水平。

 

系统的应用有助于施工管理人员及时准确地掌握施工进展情况，及时发现和解决施工过程和现场的矛盾和冲突，明显提高工作效率和管理水平。

 

系统为国家体育场大规模、复杂的工程施工，提供了有效的管理手段。系统的应用提高了总包管理能力和施工水平，对于工程的信息化管理起到了很大的推动作用，受到国家体育场工程总承包部的充分肯定和好评。 

 

 

联系信息 

清华大学土木工程系  张建平教授 

地址：北京清华大学土木工程系 

邮编：100084

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