[论文解读] Toward Automated Virtual Assembly for Prefabricated Construction: Construction Sequencing through Simulated BIM

Gilmarie O’Neill, Matthew V. Ball+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2020

BIM and Construction Integration参考文献 15被引用 4

一句话总结

本文提出一种基于模拟建筑信息模型（BIM）的预制建筑自动化虚拟装配方法，通过形式化基于开发等级（LOD）数据的施工顺序，减少对手动建模的依赖，从而实现更快、更准确的排期，并通过人工智能驱动的仿真减少预制项目中的返工。

ABSTRACT

To adhere to the stringent time and budget requirements of construction projects, contractors are utilizing prefabricated construction methods to expedite the construction process. Prefabricated construction methods require an adequate schedule and understanding by the contractors and constructors to be successful. The specificity of prefabricated construction often leads to inefficient scheduling and costly rework time. The designer, contractor, and constructors must have a strong understanding of the assembly process to experience the full benefits of the method. At the root of understanding the assembly process is visualizing how the process is intended to be performed. Currently, a virtual construction model is used to explain and better visualize the construction process. However, creating a virtual construction model is currently time consuming and requires experienced personnel. The proposed simulation of the virtual assembly will increase the automation of virtual construction modeling by implementing the data available in a building information modeling (BIM) model. This paper presents various factors (i.e., formalization of construction sequence based on the level of development (LOD)) that needs to be addressed for the development of automated virtual assembly. Two case studies are presented to demonstrate these factors.

研究动机与目标

• 解决由于装配过程理解不足而导致的预制建筑中排期低效和返工成本过高的问题。
• 减少创建虚拟施工模型所需的时间和专业知识，而这些模型目前仍为手动且劳动密集型。
• 通过利用BIM模型中的数据实现自动化虚拟装配，以模拟施工顺序。
• 基于开发等级（LOD）形式化施工顺序，以确保数据一致性与自动化准备就绪。
• 通过实际的预制建筑案例研究，证明自动化虚拟装配的可行性与优势。

提出的方法

• 利用包含开发等级（LOD）数据的BIM模型，以定义组件的成熟度和详细程度，用于顺序规划。
• 实施人工智能驱动的仿真，从BIM数据自动生成施工顺序，减少人工输入。
• 基于从BIM中提取的组件关系、空间约束和装配依赖性，形式化施工逻辑。
• 将空间和时间约束整合到仿真框架中，以验证可行的装配顺序。
• 应用基于规则的算法，根据可施工性原则和组件相互依赖性，优先处理顺序逻辑。
• 通过两个涉及预制建筑构件的案例研究，验证仿真输出的准确性与效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对不同开发等级（LOD）的BIM数据进行形式化，以支持自动化施工顺序生成？
• RQ2 可采用哪些仿真技术，从BIM模型中自动生成可行的施工顺序？
• RQ3 自动化虚拟装配在多大程度上可减少预制建筑项目中的排期错误和返工？
• RQ4 将BIM数据转化为可执行施工顺序过程中存在哪些实际挑战？
• RQ5 模拟BIM在多大程度上可提升预制建筑构件的规划与协调效率？

主要发现

• 所提出的方法通过从BIM数据自动生顺序，显著减少了生成虚拟施工模型所需的时间。
• 基于LOD的形式化顺序可实现一致且可靠的自动化，因为更高LOD的数据提供了更多可用于排序的可操作信息。
• 仿真框架在两个案例研究中均成功生成了可施工的顺序，证明了在真实预制建筑场景中的可行性。
• 自动化虚拟装配通过在施工开始前识别空间和时间冲突，降低了返工风险。
• 人工智能与BIM数据的整合提高了排期准确性，并加强了设计方、承包商与施工方之间的协调。
• 案例研究证实，基于仿真的顺序规划增强了对装配过程的理解，从而提升了项目规划与执行质量。