BIM 技術在土建工程中的典型應用

徐鳳娟 康 麗 徐 亮

（1.新疆工程學院土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830023；2.新疆兵團十二師財政局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

與制造行業相比，土木工程建造行業依然存在勞動力密集、管理相對粗放、科技含量相對較低等問題。在大數據、云計算、物聯網和人工智能等新技術篷勃發展的背景下，土木建筑行業也迎來了重要變革，應用BIM 技術，逐步實現土建工程的智慧建造。

BIM 是Building Information Modeling 的縮寫，即建筑信息模型。關聯性是BIM 的一大特點，即在模型中對其中一項參數進行修改之后，與其相關的數據都會隨之而變化。BIM 利用了先進的三維繪圖工具，在建立BIM 模型的同時，將與工程作業相關的數據連接至模型上，并通過模型呈現相關工具界面，提供工程項目相關的個人或協同作業人員模擬、互動操作、查詢及附加應用等。而BIM 在建筑全生命周期中的應用范圍，從概念設計，到后期施工，再到竣工乃至維護保養和拆除，BIM 可以貫穿其始終的。項目建造各參與方都可以通過BIM 建立的模型來查看自身的業務狀況，然后做出合理判斷，并且在行為上達成一致[1]。本文從BIM 技術在土建工程設計中的應用優勢出發，就BIM 技術在土建工程中的典型應用進行分析。

1 BIM 技術在土建工程設計中的應用

運用BIM 技術的精細化建模、碰撞檢查等功能進行模塊化設計和模型優化，便于技術人員從不同維度上觀察設計結果，對建筑、結構、暖通、機電、設備等不同專業的干擾處進行修改，結合實際工程情況判斷建筑設計是否符合要求，確認選用的建筑材料是否符合空間需求等，BIM 技術在建筑設計中的應用優勢如圖1所示。除此之外，還能夠智能化分析與仿真模擬設計、過程和結果。同時，在建筑設計中使用BIM 技術，可以使設計人員的設計思維得到很好的開發，極大地發掘設計師的潛能，提升其創造力和想象力。

圖1 BIM 技術在建筑設計中的應用

2 BIM 技術在土建工程項目管理中的應用

建筑項目的成本不僅包含原材料生產的成本，還包括建筑機械、建筑人員、建筑施工組織的成本。采用BIM技術對建筑企業預測、計劃、核算等進行實時動態管理，減少工作環節之間的壁壘（BIM 在工程項目管理中的優勢如圖2 所示），更好地幫助企業控制成本，達到良性循環并持續發展的目的。

圖2 BIM 技術在工程項目管理中的應用

3 BIM 技術在土建工程施工中的典型應用

運用BIM 技術實現模型信息共享和協同優化的特點，能夠提升施工設計的生產效率，快速解決施工設計中的錯漏和不精細等問題，為工程的精細化管理提供依據，為工程項目的建造施工提供可視化的指導，可以大幅度地提升建造效率和建造品質，BIM 技術在土建工程施工中的典型應用及效果如圖3 所示。

圖3 BIM 技術在建筑工程施工中的典型應用

3.1 在高層建筑中的應用

運用BIM 虛擬仿真軟件出圖的功能，可以優化圖紙質量，能夠將復雜的高層建筑構造有針對性地快速生成剖面圖或平面圖，以指導工人施工或作為技術交底的圖紙。運用工程量軟件能夠快速和準確地實時計算所需要的工程范圍和工程量，并根據理論工程量與實際施工消耗的材料工程量的比值判斷施工效率。通過計算工程量能夠預估材料的采購資金，有效推進資金使用率。運用BIM 虛擬仿真軟件場布模型，可將場地布置中任意設施生成施工詳圖，作為施工圖紙使用。運用BIM 虛擬仿真軟件的漫游及高清拍照功能，能夠直觀查看場布中的各項設施安裝位置及綠化情況。以此提高高層建筑施工效率并降低返工率，節約成本和時間，降低風險[2]。某住宅場布模型如圖4 所示。

圖4 某住宅場布模型圖

3.2 在裝配式建筑上的應用

運用BIM 技術對裝配式建筑進行標準化設計，可以實現優化設計，減少預制構件的種類，并且檢驗安裝生產順序，保證滿足不同類型的需求，使預制構件更加準確和合理[3]。還可以將BIM 虛擬仿真相關信息傳遞給其他部門的信息控制系統，實現數據信息共享，強化各項信息的管控，提高施工質量。例如針對北京永定河特大橋項目設計中大量運用的非一致曲率曲線形成的空間彎扭鋼塔以及變截面鋼梁的特點，施工單位應用BIM 仿真技術，模擬吊裝過程中可能出現的風險源，在吊裝前合理優化吊裝施工工序，從而降低施工風險和提高吊裝施工經濟性。

3.3 在橋梁工程中的應用

在橋梁工程施工中，根據參數變動可實時修改設計圖紙，達到施工要求，實現數據自動化管理。同時，通過模擬演示橋梁工程的關鍵位置（圖5），對橋梁工程的危險進行有效辨識，并結合碰撞檢查功能，檢查結構之間矛盾點和干擾處，進一步優化橋梁工程設計方案[4]。而傳統的繪圖軟件只能進行2D 設計，未能充分考慮橋梁工程的全部建設過程，阻礙各工作環節的有效推進和有序配合。

圖5 大跨度橋梁BIM 模型

3.4 在隧道工程中的應用

為了提高隧道不同功能區建模效率和信息交互效率，利用BIM 虛擬仿真軟件二次開發功能對原有功能進行拓展，設計出基于BIM 技術的參數化隧道標準建模方法。高效完成手動建模時不易完成、重復性高的工作，提高IFC 文件中對不同分類構件的識別水準[5]。例如，針對隧道工程面臨的地質條件多變、施工工序復雜、安全管控難度較高等特點，利用BIM 技術可實現軟弱圍巖大變形區段工法的模擬，從而幫助各承建方更好地理解設計意圖和協同工作，有效化解施工過程中的各種風險源，從而達到安全施工的目的。

3.5 在城市軌道交通工程中的應用

運用BIM 技術相關軟件的設計優化功能，可以大幅度縮短設計時間，提高設計各環節的聯結效率，有效控制設計成本，有利于提高城市軌道交通工程協同設計的時效。例如，成都軌道交通6 號線三期工程，將車站結構風道設計在制冷機房的頂部，導致局部區域安裝空間不足，并且風阻變大，設計人員通過運用BIM 虛擬仿真模型的可視化分析，快速修改了機電設計方案，保證系統負荷滿足了要求。

4 BIM 技術的應用拓展

目前，BIM 技術應用范圍較為狹窄，主要應用于土建相關專業上，因此，未來應拓展BIM 技術的應用范圍，與其它專業進行融合使用，以發揮其更大應用價值。如BIM 技術與“互聯網+”的融合，基于物聯網的BIM 技術在土木、交通、測繪、地質等工程中的應用；其次，應提升BIM 軟件二次開發能力，如利用Revit（Revit 是BIM 應用方面的一款主流軟件）進行二次開發技術，研究以BIM 數字化平臺為基礎的建筑、橋梁、隧道、鐵路、道路、巖土、城市綜合管廊等的運維系統，提高土木工程各個領域BIM 模型的建模速度與準確率；另外，還應加強研究BIM 技術在工程領域中監督環節的使用，把它與項目管理相融合，減少重復工作，可以把信息數據留存在模型中，便于工程項目的驗收工作，提高項目的運營管理效率。

5 結束語

目前，建筑業迫切需要利用以信息技術為代表的現代科技手段，實現中國建筑產業轉型升級與跨越式發展。將BIM 技術特征中信息共享、虛擬建造、形象可視化優勢應用在實際施工之中，力求實現整個建設項目的零變更、零返工，進而減少對周圍環境的破壞，避免資源的無端浪費，提升工作效率，實現綠色施工和可持續發展目標。