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【摘 要】为了提高港口工程项目施工管理水平，利用4D模型技术和4D-GCPSU系统，将3D同施工进度计划及资源信息相链接，实现进度、材料、机械、人力和质量的4D动态管理，4D模型技术将在建筑和水工工程的施工、维护以及研究各方面的应用都具有相当的潜力，更好的解决港口建筑施工的困难开辟了一条良好的途径。
【关键词】4D --4D-GCPSU；港口工程；模拟动画
一、引言
随着连云港港口建筑工程项目规模不断扩大、形式日益复杂，特别是水上和水下工程的增多，施工难度加大，如何在项目建设过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进程、优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，以缩短工期、降低成本、提高质量，已成为施工管理人员的共识。传统计划方法中表达工作进度计划的横道图、各种资源计划的直方图已经无法满足应用的需求。而4D模型技术的提出和研究为实现港口建筑施工动态模拟和跟踪管理提供了可能，为更好的解决港口建筑施工的困难开辟了一条良好的途径。
4D-GCPSU系统以WindowsXP为运行平台、AutoCAD 2004 为3D模型的生成环境、Project 98和SQL数据库为计划的集成环境、Visual C++和 Object ARX语言为开发语言。系统将施工进度计划与GCPSU的3D模型连接起来，可动态地模拟施工项目的计划过程，生成任意阶段的建筑物施工状态模型。通过分析建筑物施工过程中各结构构件之间、施工工序与结构构件之间、结构与材料之间、施工工序与场地布置之间等诸多复杂的依存或继承关系，以及各阶段计划之间、计划与实际进度之间的相关性，计划中各种工作与施工资源间的“时间—空间—数量”关系以及定义这些关系的规则、动态变化规律及其对施工效率的影响等因素，建立了GCPSU 3D模型与Project 98的双向链接。-4D-GCPSU系统研制的关键在于4D接口技术的研究，以及如何建立整个模型各部分之间的连接机制。表示了4D-GCPSU系统接口的逻辑结构。
港口工程结构复杂、规模庞大，施工难度大，建设工期紧迫，所以如何高效而高质的施工是本项工程的关键。为了确保工程高效、优质地顺利进行，关键在于应用高新技术，对施工方案进行科学的优化、对施工过程进行严格的管理和控制。本课题研究将建筑施工4D管理系统应用于港口工程，采用CATIA建立结构的精确三维模型，并将模型细分，通过转换成3ds max 的STL格式文件，再转换成DWG文件，成功导入到AutoCAD和4D系统中；通过对施工方案的深入分析和了解，结合4D-CAD技术，采用动画演示和4D显示方式实现了施工方案可视化模拟；建立了与工程实际符合的施工过程模型，对钢结构吊装过程及其资源控制进行模拟和方案比较，并通过系统优化功能的扩充，实现了施工方案的资源优化，取得了较好的成果，为施工方制定施工方案提供了定量的参考意见。本课题研究的实际需求，综合应用先进的计算机技术，所取得的研究成果在实际应用中得到了充分的肯定，对于实现节约施工资源消耗、提高施工效率、缩短施工工期的目标，具有研究和应用价值。4d
4D过程模型是根据4D法则，对某一时间段中各种操作过程的图形模拟。换句话说，4D过程模型就是通过三维实体、二维图案或不同的颜色，按时间进程模拟结构建造的动态变化过程。 4D接口将3D模型、4D过程模型、4D资源和法则库与所选定的计划系统联系起来，形成一个整体。用户通过这一接口与计算机进行交互，将计划中的某种操作与3D模型的相应部分相关联，并通过这一接口调整模型各部分之间的关系，形成动态的施工过程模型。
【关键词】4D --4D-GCPSU；港口工程；模拟动画
一、引言
随着连云港港口建筑工程项目规模不断扩大、形式日益复杂，特别是水上和水下工程的增多，施工难度加大，如何在项目建设过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进程、优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，以缩短工期、降低成本、提高质量，已成为施工管理人员的共识。传统计划方法中表达工作进度计划的横道图、各种资源计划的直方图已经无法满足应用的需求。而4D模型技术的提出和研究为实现港口建筑施工动态模拟和跟踪管理提供了可能，为更好的解决港口建筑施工的困难开辟了一条良好的途径。
二、理论基础
4D模型是在3D模型基础上，附加时间因素，由美国斯坦福大学CIFE（Center for Integrated Facility Engineering）于1996年首先提出的， 随后它们又推出了4DCAD系统，该系统将建筑物结构构件的3D模型与已有横道图计划的各种工作相连接，动态地模拟建筑物的变化过程。虽然该系统由还处于研究阶段，但4D模型技术在土木工程的招标/投标、设计、施工、维护以及实验研究各方面所具有的巨大潜力已经在国际上引起了极大的关注，成为计算机应用领域的又一研究热点。清华大学与香港理工大学进一步合作，应用4D模型技术，开展了建筑施工计划与场地布置的4D模型研究，并正在开发一个新的用于施工计划和场地布置的计算机系统4D-GCPSU。4D-GCPSU系统以WindowsXP为运行平台、AutoCAD 2004 为3D模型的生成环境、Project 98和SQL数据库为计划的集成环境、Visual C++和 Object ARX语言为开发语言。系统将施工进度计划与GCPSU的3D模型连接起来，可动态地模拟施工项目的计划过程，生成任意阶段的建筑物施工状态模型。通过分析建筑物施工过程中各结构构件之间、施工工序与结构构件之间、结构与材料之间、施工工序与场地布置之间等诸多复杂的依存或继承关系，以及各阶段计划之间、计划与实际进度之间的相关性，计划中各种工作与施工资源间的“时间—空间—数量”关系以及定义这些关系的规则、动态变化规律及其对施工效率的影响等因素，建立了GCPSU 3D模型与Project 98的双向链接。-4D-GCPSU系统研制的关键在于4D接口技术的研究，以及如何建立整个模型各部分之间的连接机制。表示了4D-GCPSU系统接口的逻辑结构。
港口工程结构复杂、规模庞大，施工难度大，建设工期紧迫，所以如何高效而高质的施工是本项工程的关键。为了确保工程高效、优质地顺利进行，关键在于应用高新技术，对施工方案进行科学的优化、对施工过程进行严格的管理和控制。本课题研究将建筑施工4D管理系统应用于港口工程，采用CATIA建立结构的精确三维模型，并将模型细分，通过转换成3ds max 的STL格式文件，再转换成DWG文件，成功导入到AutoCAD和4D系统中；通过对施工方案的深入分析和了解，结合4D-CAD技术，采用动画演示和4D显示方式实现了施工方案可视化模拟；建立了与工程实际符合的施工过程模型，对钢结构吊装过程及其资源控制进行模拟和方案比较，并通过系统优化功能的扩充，实现了施工方案的资源优化，取得了较好的成果，为施工方制定施工方案提供了定量的参考意见。本课题研究的实际需求，综合应用先进的计算机技术，所取得的研究成果在实际应用中得到了充分的肯定，对于实现节约施工资源消耗、提高施工效率、缩短施工工期的目标，具有研究和应用价值。4d
三、4D模型技术
1. 4D模型的定义
—4D模型技术应用于建筑施工领域，是以建筑物的3D模型为基础，以施工进度计划为时间因素，将工程的进展形象地展现出来，形成动态的建造过程模拟。4D模型不仅仅是一种可视的媒介，使用户可以看到建筑物施工过程的图形模拟，而且能对整个计划过程进行自动优化和控制。建立建筑物建造过程中各结构构件之间、施工工序与结构构件之间、结构与材料之间、施工工序与场地布置之间等诸多复杂的依存或继承关系，研究其动态变化规律以及对施工效率或结构安全的影响，动态模拟相应的变化过程，最终实现优化控制和相应的资源管理。2. 4D模型的建立
4D模型的核心是4D法则、4D资源库、4D过程模型的建立以及它与3D模型生成环境、外部数据库和其他相关CAD系统的集成。采用CATIA建立模型，并将模型细分，通过转换成3ds max 的STL源于：论文要求www.udooo.com
格式文件，再转换成DWG文件，成功导入到AutoCAD和4D系统，4D的资源库应包括3D模型中各种基本图形对象、过程操作以及各时间段中各种操作的资源需求。在4D建筑施工模型中，基本图形对象主要是指结构构件， -4D法则定义了模型中各种基本对象和操作的依存关系及属性，各基本对象之间、 对象与相应操作之间以及各种操作之间的相互制约和相互依赖关系，如建筑施工过程中各施工工序的继承关系、各构件之间、工序与构件之间、构件与材料之间等诸多复杂的依存或继承关系，动态变化规律以及对施工效率的影响等。4D过程模型是根据4D法则，对某一时间段中各种操作过程的图形模拟。换句话说，4D过程模型就是通过三维实体、二维图案或不同的颜色，按时间进程模拟结构建造的动态变化过程。 4D接口将3D模型、4D过程模型、4D资源和法则库与所选定的计划系统联系起来，形成一个整体。用户通过这一接口与计算机进行交互，将计划中的某种操作与3D模型的相应部分相关联，并通过这一接口调整模型各部分之间的关系，形成动态的施工过程模型。
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