دانلود رایگان مقاله ارزیابی کاربرد کد 4 بعدی بر روی پروژه های ساختمانی

چکیده 

         مدل های کد چهار بعدی که عناصر سه بعدی فیزیکی را با زمان ادغام می کنند، به منظور مجسم ساختن فرآیند ساخت چندین پروژه در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته اند. مدل های 4 بعدی مورد استفاده قرار گرفته و نشان داده اند که در زمینه فرایندهایی که کل طول عمر سازه را شامل می شوند مانند  همکاری با سهام داران، تصمیم گیری برای طراحی، ارزیابی سازگاری پروژه، شناسایی تنش های فضایی در ساخت و غیره دارای مزایایی هستند. با وجود چنین مزایایی، چندین سازمان و پروژه های با موانع خاص به صورت گسترده کد 4 بعدی را مورد استفاده قرار داده اند. به منظور تطابق مزایای نظری مدل های 4 بعدی با مشکلات عملی که در اجرا با آن ها مواجه می شویم، نیاز فوری برای بررسی اجرای مدل های 4 بعدی در مکان های ساخت و ساز و همچنین درک این روش اجرا توسط کاربران/ ذینفعان وجود دارد. هدف از این مقاله پاسخگویی به این نیاز و کمک به درک ما از چگونگی معرفی، قرارگیری و اجرای مدل های 4 بعدی در محل های ساخت است تا هم پذیرش و هم فایده آن ها به حداکثر برسد. ما دو مدل 4 بعدی پروژه های زیربنایی و دو مدل 4 بعدی پروژه های تجاری که ساخته و اجرایی شده اند را توصیف می کنیم. از طریق بررسی پاسخ متقاضیان پروژه ساخته شده و ساخته نشده در سطوح مختلف سازمانی هر یک از این پروژه ها سودمندی 4 بعدی در برنامه ریزی و کنترل پروژه مشخص می شود.از طریق تحلیل کیفی و آماری داده ها، می توان دریافت که کد 4 بعدی در مرحله طراحی و برنامه ریزی پروژه و مرحله ساخت بسیار سودمند خواهد بود. در مرحله طراحی، کد 4 بعدی در زمینه مرتبط ساختن فرآیندها و برنامه های ساخت با مشتریان و در مرحله ساخت کد 4 بعدی در زمینه مقایسه سازگاری بصری روش های کار به منظور شناسایی نقص ها و مشکلات سودمند خواهد بود، همچنین به عنوان ابزاری بصری برای پیمانکاران، مشتریان، پیمانکاران فرعی، و فروشندگان، به بررسی و برنامه ریزی پیشرفت پروژه می پردازد. علاوه بر این، مدیران ارشد و کارگران محل پروژه به احتمال زیاد از تصویر سازی فرایندها با استفاده از 4 بعدی سود خواهند بود که ممکن است به دلیل فقدان دانش و مهارت کافی مرتبط با محل ساخت باشد، در حالیکه متخصصان ساخت که بیشتر با فرایند ساخت آشنایی دارند احتمالاً از کمک های تحلیلی و برنامه ریزی شبیه سازی 4 بعدی فراهم شده در طول مرحله ساخت بهره می برند. با این حال احتمال دارد که با وجود این مزایا، مدل های کد 4 بعدی در صنعت ساخت و ساز مفید نباشند مگر آن که مدل سازی و تحلیل 4 بعدی با روش های برنامه ریزی پروژه موجود ادغام گردند. این مقاله به بحثی مختصر در مورد توسعه نرم افزاد 4 بعدی در آینده پرداخته و در تلاش است تا با انجام چنین ادغام هایی، مزایای کارایی عملیاتی کد 4 بعدی را در محل های ساخت و ساز بهبود ببخشد.

1. مقدمه

        مدل های کد 4 بعدی هندسه سه بعدی را با زمان به عنوان بعد چهارم ادغام می کنند. هر جزء ساختمانی در مدل 4 بعدی دارای مشخصات هندسی خواهد بود که شکل سه بعدی آن را توصیف می کند. علاوه بر این، یک مشخصه زمانی که نشان دهنده زمان شروع و پایان ساخت و ساز این جزء است نیز به جزء ساختمان اضافه می شود. بنابراین می توان از یک مدل 4 بعدی سازه برای شبیه سازی گرافیکی دنباله ای عملیات ساخت استفاده کرد، در نتیجه برای اپراتور درکی مجازی و بصری را از فرایند ساخت فراهم می آورد. هدف از مدل های 4 بعدی کمک به تقویت و ادغام برنامه ریزی سنتی مانند نقشه های دو بعدی و طرح های CPM است. به این دلیل که این موارد دارای جزئیات زیاد بوده این کمک ها دشوار و اغلب نیازمند تخصص کافی برای بررسی است. تجسم سازی 4 بعدی نماینده های ساده تری از توسعه پروژه بوده و می توانند در طیف گسترده ای از پروژه ها با سطوح مختلف مهارت و تجربه مورد استفاده قرار گیرند. 

        کد 4 بعدی به وسیله برنامه ریزان، طراحان، و مهندسان به منظور تحلیل و تجسم پروژه های ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته تا بتوانند در مورد طراحی، برنامه عملیات ساخت، تحلیل و سازگاری برنامه پروژه، برآورد هزینه ها، مدیریت منابع مورد نیاز و برقراری ارتباط و همکاری با مشتریان و سایر ذینفعان پروژه تصمیم گیری نمایند. محققان کاربرد کد 4 بعدی را در بهینه سازی طرح بندی مکان پروژه، بهبود تدارکات محل و فضای انجام کار مورد بررسی قرار داده اند تا برنامه های ساخت جایگزین متعددی را ارزیابی کرده و برنامه ریزان و کارگران بی تجربه را آموزش دهند. چندین مورد از تحقیقات در مورد اجرای کد 4 بعدی در پروژه های ساخت و ساز نیز ثبت شده اند [به عنوان مثال 4 و 8 و 9 و 14]. 

        همان طور که هارمتن و همکاران اشاره کرده اند [7]، تحقیقات پیشین مزایای فراوانی را در زمینه صرفه جویی در زمان و هزینه ها نشان داده اند که ناشی از استفاده سیستماتیک فناوری 4 بعدی در پروژه های ساختمانی است [16 و 24]. مدل های 4 بعدی به ویژه در پروژه هایی که شامل چندین سهام دار بوده و دارای محدودیت فضا هستندمفید بوده اند [5]. نشان داده شده است که مدل های 4 بعدی این امکان را فراهم می آورند تا تیم متنوعی از شرکت کنندگان تصمیمات جامعی را در زمینه پروژه گرفته و استراتژی های اجرایی و سازگاری و همچنین درک حاصله در بهره وری از محل ساخت را بهبود می بخشد [15]. علاوه بر این، مطالعات موردی نشان داده اند که مدل های 4 بعدی به شناسایی نواقص طراحی پیش از ساخت و شکاف موجود در زمینه مهارت و دانش کمک کرده، کنترل هزینه ها را افزایش داده، نواقص زمانی – مکانی را شناسایی کرده و از دوباره کاری کمتر اطمینان حاصل می کند همچنین اطلاعاتی را در طول پروژه درخواست می کند [15]. 

        با وجود این مزایا، فناوری کد 4 بعدی به صورت گسترده توسط صنعت ساخت سراسر جهان مورد پذیرش قرار نگرفته است [23]. دلایلی بسیاری برای این مورد عنوان شده اند. Khanzode and Staub - French به این حقیقت اشاره کرده اند که مدل سازی 4 بعدی در یک پروژه واقعی یک فرایند پیچیده است که نیازمند تلاشی هماهنگ می باشد. Taylor [20] و Taylor and Levitt [21] به منظور توضیح دشواری استفاده گسترده از فناوری های جدید بهماهیت تقسیم شده صنعت ساخت و ساز اشاره کرده اند، در حالیکه Barrett [3] به فرهنگ ساخت و ساز بر اساس عواملی مانند ماهیت واکنشی صنعت ساخت و ساز اشاره می کند که مانع از پذیرش فعالانه فناوری های پیچیده مانند کد 4 بعدی توسط استفاده کنندگان است. 

         در حال حاضر، شرکت های ساختمانی اگر بتوانند از فناوری به صورت موثر برای بهبود عملکرد خود استفاده کنند سود خواهند برد. مقدار زیادی از زیرساخت ها در کشورهای در حال توسعه برنامه ریزی و ساخته شده و در کشورهای توسعه یافته در حال تعمیر و ساخت دوباره است. علارغم چرخه های اقتصادی کلان، بسیاری از شرکت های ساختمانی دارای کتاب های فراوانی متشکل از پروژه های پیچیده و غیر معمول هستند. بنابراین این امر برای شرکت های ساختمانی که مایل به رشد و بقا در بازار رقابتی امروز هستند حیاتی است که نمونه های مدیریتی جدیدی را برای پروژه ها مورد استفاده قرار داده و بر روی ابزارهایی تمرکز نمایند که به بهبود کارایی اجرایی آن ها کمک می کند، به دو دلیل. دلیل اول اینکه، با توجه به حجم زیاد پروژه هایی که شرکت های انجام می دهند، بهبود کارایی می تواند منجر به صرفه جویی و سود شود. دوم اینکه، به منظور برطرف کردن این چالش جدید در زمینه مدیریت چندین پروژه پیچیده در زمان کم و با منابع محدود در شرایط حاضر، شرکت های ساختمانی نیازمند استفاده از ابزارهای برنامه ریزی پیچیده و نوآورانه بوده تا پروژه های ساخت را ساده سازی کرده و از اتمام به موقع تمامی پروژه ها با بودجه و کیفیت استاندارد اطمینان حاصل کند. 

         از سوی دیگر این احتمال وجود دارد که مدل های 4 بعدی، و مزایای آن ها در زمینه بهبود روابط، برنامه ریزی محیط کار و زمان پروژه، و کنترل هزینه ها به صورت موثر به منظور بهبود کارایی اجرایی در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، از سوی دیگر، کد 4 بعدی به صورت سیستماتیک و دقیق در صنعت ساخت پذیرفته نشده است. به منظور تطبیق نظری مزایای مدل های 4 بعدی با مشکلات اجرایی در پیاده سازی آن ها، نیاز فوری به بررسی اجرای مدل های 4 بعدی در محل های ساخت و همچنین درک کاربران/ ذینفعان از این اجرا وجود دارد. بررسی دقیق این مسائل می تواند به استفاده کنندگان و محققان کمک کند تا چگونگی معرفی، پیاده سازی و اجرای مدل های 4 بعدی را در محل ساخت درک کنند تا بتوانند هم سودمندی و هم پذیرش آن ها را به حداکثر برسانند. این مقاله تلاش دارد تا با استفاده از یک مطالعه موردی بر روی پروژه های ساختمانی واقعی و چالش ها و درک اجرای کد 4 بعدی در پروژه های ساختمانی اشاره کند.  

         در بخش بعدی، اهداف تحقیقاتی خاصی را که تلاش داریم تا در این مقاله به آن ها دست یابیم را ارائه می کنیم. پس از آن به بررسی روش شناسی می پردازیم که جهت دستیابی به این اهداف از آن استفاده می کنیم. پس از آن به توصیف و ارزیابی آماری شبیه سازی 4 بعدی که آن را ساخته و در پروژه های ساختمانی در هند مورد استفاده قرار داده ایم و مزایای آن ها می پردازیم. پس از آن با بحث در مورد نتایج و پیشنهاداتی در مورد چگونگی استفاده از فناوری کد 4 بعدی در ساخت و ساز نتیجه گیری می کنیم. 

Abstract

       4D CAD models that integrate physical 3D elements with time, have been used to visualize construction processes in several projects worldwide. 4D models have been used and have been shown to have benefits over processes that span the entire lifecycle of a project such as collaboration with stakeholders, making design decisions, assessing project constructability, identifying spatial conflicts in construction and so on. Despite these benefits, several organizational and project-specific barriers have hindered the widespread adoption of 4D CAD. In order to reconcile the theoretical benefits of 4D models with the practical difficulties faced in implementation, there is an urgent need to explore the implementation of 4D models on construction sites as well as the perceptions of intended users/beneficiaries towards this implementation. This paper aims to address this need and contribute to our understanding of how 4D models must be introduced, positioned and implemented on construction sites, so as to maximize both their acceptability and their usefulness. We describe two 4D models of infrastructure projects and two 4D models of commercial projects that have been built and implemented. Through a process of structured and unstructured interviewing the paper gauges the response of project participants across various organizational levels on each of these projects as to the usefulness of 4D in project planning and control. Through qualitative and statistical analysis of the data we establish that 4D CAD is likely to be most beneficial in the project shaping or planning stage and in the construction stage. In the project shaping stage, 4D CAD is likely to be particularly useful in communicating construction plans and processes to clients, while during the construction phase, 4D CAD is likely to be particularly useful in comparing the constructability of work methods visually in order to detect conflicts or clashes, and as a visual tool for contractors, clients, subcontractors and vendors to review and plan project progress. Further, upper management and site workers are more likely to use and derive benefits from the visualization of processes using 4D given their lack of site related knowledge or skills, while construction professionals who are more construction-savvy are more likely to appreciate and benefit from the analytical and planning aids that 4D simulations provide during the construction phase. However, it is likely that despite these benefits 4D CAD models might not diffuse through the construction industry unless 4D modelling and analysis is integrated into existing project planning approaches. The paper concludes with a brief discussion on future 4D software development that seeks to bring about such integration and leverages the benefits of 4D CAD to bring about improved operational efficiencies on construction sites.

1. Introduction

        4D CAD models integrate 3D geometry with time as the fourth dimension [16]. Any building component in a 4D model will contain geometric attributes that describe its 3-dimensional shape. In addition, a time attribute that indicates the start and finish time of the construction of this element will also be attached to this building component. A 4D model of a structure can therefore be used to graphically simulate the sequence of construction operations, thereby providing the operator with a virtual, visual understanding of the construction process [5]. 4D models aim to augment and integrate traditional planning aids such as 2D drawings and CPM schedules. Such aids are often cumbersome to interpret as they contain a multitude of details, and require significant expertise to synthesize. 4D visualizations are simpler representations of the development of the project and can be used by a wider variety of project participants at varying levels of skills and experience.

        4D CAD has been used by planners, designers and engineers to analyze and visualize construction projects in order to make design related decisions, plan construction operations, analyze the constructability of a project plan [6], develop cost estimates, manage resource requirements [2,19] and to communicate and collaborate with clients and other project stakeholders [13,18]. Scholars have studied the use of 4D CAD to optimize site layouts [25], improve site logistics and the space for work execution [1,10], to evaluate various alternative construction schedules [22] and to train inexperienced planners and workers [11]. Several case studies of the implementation of 4D CAD on construction projects have also been documented (e.g. [4,8,9,14]).

         As Hartmann et al. [7] point out, prior research has shown that significant benefits in terms of time and cost savings can result through the systematic use of 4D technologies on construction projects [16,24]. 4D models have proven particularly helpful in projects that involve multiple stakeholders, and which face space constraints on the site [5]. 4D models have been shown to enable a diverse team of participants to collectively make decisions on a project and improve the constructability and execution strategies, so as to realize gains in site productivity [15]. In addition, case studies have indicated that 4D models help identify design conflicts prior to construction, help bridge gaps in skill and knowledge among workers, increase cost control, detect time–space conflicts and ensure lower rework rates and requests for information during the course of the project [15].

        Despite these benefits, 4D CAD technology has not been widely embraced by the construction industry worldwide [23]. Many reasons have been attributed for this state of affairs. Khanzode and StaubFrench [15] highlight the fact that 4D modelling on an actual project is a complicated process that requires coordinated effort. Taylor [20] and Taylor and Levitt [21] point to the fragmented nature of the construction industry to explain the difficulty in large-scale diffusion of new technologies, while Barrett [3] cites industry-culture based factors such as the reactive nature of the construction industry that hinders the proactive adoption of sophisticated technologies such as 4D CAD by practitioners.

        In the current day context, construction companies stand to benefit if they are able to effectively leverage 4D technology to improve their performance. A large amount of infrastructure is being planned and built in developing countries, and is being repaired and re-built in developed ones. Despite the vagaries of macroeconomic cycles, many construction companies have over-flowing order books consisting of complex non-routine projects. It has therefore become imperative for construction companies that wish to survive and grow in today's competitive environment to evolve newer project management paradigms, and to focus on tools that help improve operational efficiencies, for two reasons. First, given the large volume of projects that companies are undertaking, improvements in efficiency can translate into windfalls in terms of savings and profits. Second, in order to handle this new challenge of having to manage multiple, complex projects under severe time and resource constraints in the current environment, construction companies require the use of sophisticated planning tools and innovative, streamlined construction processes so as to ensure that all projects are completed on time, within budget and to acceptable standards of quality.

        On the one hand it is likely that 4D models and their associated benefits in terms of improved communication, work space planning and project time and cost control can be effectively used to improve operational efficiencies in the construction industry. However, on the other hand, 4D CAD has not been systematically or rigorously adopted in the construction industry. In order to reconcile the theoretical benefits of 4D models with the practical difficulties faced in implementation, there is an urgent need to explore the implementation of 4D models on construction sites as well as the perceptions of intended users/beneficiaries towards this implementation. An indepth examination of these issues can help practitioners and researchers understand how 4D models must be introduced, positioned and implemented on construction sites, so as to maximize both their acceptability and their usefulness. This paper attempts to start to address this issue by using case study evidence on actual construction projects to understand the challenges of and perceptions towards implementing 4D CAD on construction projects.

        In the next section we present specific research goals that we aim to achieve in this paper. Following this we discuss the methodology that we will use to achieve these goals. We then describe and statistically evaluate the 4D simulations that we have built and applied on construction projects in India, and their usefulness. We will then conclude with a discussion of these results and suggestions on how 4D CAD technology can be adapted to the construction environment.

چکیده 

1. مقدمه

2. اهداف تحقیق و روش شناسی

2.1 روش تحقیق

3. مدل ها

3.1 مدل زیربنایی 1   

3.2 مدل زیربنایی 2

3.3 مدل تجاری 1

3.4 مدل تجاری 2

4. تجزیه و تحلیل

4.1 نتایج کیفی

4.2 تحلیل کمی

4.2.1 نتایج

5. بحث و نتیجه گیری

منابع

Abstract

1. Introduction

2. Research goals and methodology

2.1. Research methodology

3. Models

3.1. Infrastructure model 1

3.2. Infrastructure model 2

3.3. Commercial model 1

3.4. Commercial model 2

4. Analysis

4.1. Qualitative results

4.2. Quantitative results

4.2.1. Results

5. Discussion and conclusion

References