BIM技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 450000)

一、BIM 簡(jiǎn)介

BIM 是建筑信息化模型(Building Information Modeling)的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)共享的知識(shí)資源，一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、和管理的數(shù)據(jù)化工具，并以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息而得到的所有數(shù)字信息的總和。BIM 技術(shù)被譽(yù)為建筑產(chǎn)業(yè)革命性技術(shù)，同時(shí)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖形五大優(yōu)勢(shì)。我國(guó)對(duì) BIM 的應(yīng)用雖剛剛起步，但發(fā)展速度很快。

二、BIM的特點(diǎn)

傳統(tǒng)CAD軟件提供的平面施工圖紙?jiān)诳墒┕ば浴⑹┕ば省⑹┕べ|(zhì)量等方面存在諸多不足，與以往的建筑模型相比，BIM具備了可視化、協(xié)調(diào)性等五個(gè)顯著特點(diǎn)：

1.可視化。即“所見所得”的形式。可視化對(duì)于建筑業(yè)來(lái)說(shuō)意義十分重大。例如：建筑施工人員日常使用的施工圖紙是由抽象線條構(gòu)成的，各種結(jié)構(gòu)信息隱藏其中，施工人員需要徹底解讀圖紙之后，才能在腦海里想象擬建建筑的具體形象。如果只是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的物體，這種空間想象的難度倒不大，但現(xiàn)在建筑形式錯(cuò)綜復(fù)雜，期望單純憑借人腦去構(gòu)建如此復(fù)雜空間構(gòu)型就有些不現(xiàn)實(shí)了。因此，BIM提供了一種視覺理念，幫助人們將平面線條信息轉(zhuǎn)換成三維立體物理圖形。雖然現(xiàn)在業(yè)內(nèi)也有設(shè)計(jì)效果圖等產(chǎn)品，但這些工作都是外包給效果圖公司完成的，他們僅是將平面圖紙簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換成立體模型，而不是通過建筑物各構(gòu)件的相互關(guān)系和結(jié)構(gòu)信息，自動(dòng)生成可視模型。BIM可視化技術(shù)成功地做到了這一點(diǎn)，它的建模過程是基于構(gòu)建之間的交互和反饋信息，不僅最終結(jié)果可以用于呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果和提供相關(guān)報(bào)表數(shù)據(jù)，而且使得項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)全過程中的交流和決策均為可視化狀態(tài)。

2.協(xié)調(diào)性。溝通協(xié)調(diào)是建筑項(xiàng)目管理的重要內(nèi)容，溝通協(xié)調(diào)的范圍包括：建設(shè)單位、施工單位以及設(shè)計(jì)單位等諸多方面。只要項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)生沖突和問題，就必須組織參建各方召開協(xié)調(diào)會(huì)，分析問題的原因，找出解決辦法或補(bǔ)救措施。例如：實(shí)際施工過程中，經(jīng)常會(huì)遇到梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件阻礙暖通管道布線等問題，真要等到問題出現(xiàn)了才來(lái)協(xié)商解決嗎？BIM給我們提供了可以在設(shè)計(jì)階段將施工階段可能出現(xiàn)的矛盾提前解決的辦法，即：協(xié)調(diào)服務(wù)。BIM模型可以對(duì)各專業(yè)人員的沖突和問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)信息，還能處理諸如：地下排水布置、防火設(shè)計(jì)安排、電梯井設(shè)置等設(shè)計(jì)安排與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的矛盾。

3.模擬性。所謂模擬性，一方面是指依據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)建建筑模型，另一方面是指能夠模擬現(xiàn)實(shí)條件下無(wú)法進(jìn)行測(cè)試的情況。BIM能模擬設(shè)計(jì)階段需要測(cè)試的一些內(nèi)容，比如：模擬應(yīng)急疏散，建筑節(jié)能情況，測(cè)量日照及熱傳導(dǎo)性能等。同樣，在項(xiàng)目招投標(biāo)以及建造階段，BIM可以根據(jù)需要加入時(shí)間和成本參數(shù)，構(gòu)建4D和5D模型，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)模擬建造過程，幫助我們選擇合理的施工方案和成本控制方案。在運(yùn)營(yíng)階段，BIM也可以模擬地震逃生、消防疏散等情形，日常應(yīng)急處理方案的可行性。

4.優(yōu)化性。建筑項(xiàng)目包含設(shè)計(jì)、施工、營(yíng)運(yùn)三個(gè)階段，這三個(gè)階段是連續(xù)的，也是不斷優(yōu)化的過程。優(yōu)化結(jié)果的好壞取決于三個(gè)因素：時(shí)間、信息以及復(fù)雜性。而提供準(zhǔn)確的信息正是BIM的特長(zhǎng)之一，基于BIM的優(yōu)化往往結(jié)果會(huì)更好。BIM能夠提供包括：幾何尺寸、物理數(shù)據(jù)、規(guī)則信息，還能表現(xiàn)設(shè)計(jì)變更使建筑物產(chǎn)生的變化。現(xiàn)代建筑的復(fù)雜性工作交流是空前的，參與者無(wú)法憑借自身實(shí)現(xiàn)信息的全面掌控。BIM正是基于這一點(diǎn)，為參與者提供了各種強(qiáng)大工具，幫助他們不斷優(yōu)化復(fù)雜性較高的建筑項(xiàng)目。

5.可出圖性。BIM提供的圖紙不是常見的建筑設(shè)計(jì)圖或構(gòu)件加工圖，是在建筑物模擬和可視化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化以后，發(fā)布的綜合管線圖(通過沖突檢查和設(shè)計(jì)變更，解決了可能出現(xiàn)的問題)、預(yù)留洞口圖、沖突檢查報(bào)告以及建議改善方案等。

三、BIM技術(shù)在土木工程當(dāng)中的應(yīng)用

1.項(xiàng)目的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。一個(gè)土木工程項(xiàng)目當(dāng)中的參與方包括業(yè)主、施工單位、監(jiān)理和外包隊(duì)。參與方難免會(huì)在施工過程當(dāng)中產(chǎn)生意見分歧。因此，使用BIM技術(shù)將項(xiàng)目模擬集成在3D模型下，如此參與工程項(xiàng)目的人員視角可以實(shí)現(xiàn)從平面到立體的轉(zhuǎn)變，有效減少人為誤差因素帶來(lái)的對(duì)工程不利的影響。在同一個(gè)3D模型下，所有的施工人員在參與工作的時(shí)候視角和思維方式得以集中，避免因相對(duì)獨(dú)立工作而產(chǎn)生工作意見上的分歧，大大地增加了工作效率，有效降低預(yù)算成本、人工成本和事故成本等其他工程成本，優(yōu)化施工工藝和工程質(zhì)量，并且創(chuàng)造了更多的利潤(rùn)空間。

2.形成施工方案。在傳統(tǒng)的施工模式當(dāng)中，需要在工程開始前擬好施工方案。但是由于天氣、成本、施工環(huán)境等因素，往往工程的走向不會(huì)按照計(jì)劃好的方案去進(jìn)行。這樣，在施工的過程當(dāng)中會(huì)額外衍生出一些人力、物力成本，降低工程的質(zhì)量和效率。這種情況，使用BIM技術(shù)顯得很有必要。由于BIM技術(shù)的核心理念是先模擬，后施工，因此，在撰寫施工方案之前就已經(jīng)先基于BIM平臺(tái)將模型搭建好，模擬好每個(gè)施工步驟后再根據(jù)搭建好的模型去撰寫施工方案。這樣可以很好的提高施工方案的質(zhì)量，優(yōu)化施工流程；在此基礎(chǔ)上，更能有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在的施工問題，預(yù)先得出這些問題的解決方案，這樣有助于避免重復(fù)施工，提高施工效率，避免事故的發(fā)生。

3.施工進(jìn)度及成本控制。在施工開始前，通過BIM技術(shù)對(duì)工程的各個(gè)步驟進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。在BIM搭建的3D模型的基礎(chǔ)上，加入工程步驟信息，實(shí)現(xiàn)4D施工控制平臺(tái)，通過動(dòng)態(tài)模擬施工過程當(dāng)中的每個(gè)流程，預(yù)測(cè)施工方案和施工技術(shù)的可實(shí)施性，與此同時(shí)，可以產(chǎn)生出多個(gè)施工方案和施工工藝的選擇，優(yōu)中選優(yōu)[2]。在4D控制平臺(tái)的基礎(chǔ)上，再加入進(jìn)度-成本的集成控制，構(gòu)成5D施工進(jìn)度-成本控制平臺(tái)。通過該平臺(tái)模擬出每個(gè)施工進(jìn)度完成所需要的物料、機(jī)械、人力等所需要的成本，將成本當(dāng)中的冗余元素剔除，便可以加大對(duì)項(xiàng)目成本的優(yōu)化。通過動(dòng)態(tài)追蹤監(jiān)視各個(gè)進(jìn)度當(dāng)中所需要消耗的各項(xiàng)成本，及時(shí)作出調(diào)整，有助于提高管理效率，降低成本，避免事故，按時(shí)甚至提前結(jié)束工期。無(wú)論是對(duì)于業(yè)主、施工單位、監(jiān)理還是外包隊(duì)都可以參與到BIM技術(shù)所搭建的平臺(tái)當(dāng)中進(jìn)行工程的分析與討論，有助于減少不同單位因意見分歧而對(duì)工程所造成的不利影響。因?yàn)椴徽搶?duì)于哪方單位，合作的基礎(chǔ)是有共同的利益訴求的，將施工質(zhì)量和施工效率加以提高并降低成本造價(jià)預(yù)算和事故發(fā)生概率是不論哪方單位都喜聞樂見的。

四、結(jié)論

BIM技術(shù)以建筑信息數(shù)據(jù)模型為核心，在土木工程領(lǐng)域解決了許多傳統(tǒng)施工模式所不能解決的問題。一個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)施工周期都可以用BIM模擬出來(lái)，從而方便管理，控制成本，規(guī)避事故并提升整個(gè)工程的效率。BIM技術(shù)的發(fā)展水平不高，這需要廣大IT工作者和土木工作者共同努力推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)加速發(fā)展。