BIM技術在土木工程中的應用

(鄭州工業應用技術學院 河南 鄭州 450000)

一、BIM 簡介

BIM 是建筑信息化模型(Building Information Modeling)的簡稱，是一個共享的知識資源，一種應用于工程設計、建造、和管理的數據化工具，并以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，建立模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息而得到的所有數字信息的總和。BIM 技術被譽為建筑產業革命性技術，同時具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖形五大優勢。我國對 BIM 的應用雖剛剛起步，但發展速度很快。

二、BIM的特點

傳統CAD軟件提供的平面施工圖紙在可施工性、施工效率、施工質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、協調性等五個顯著特點：

1.可視化。即“所見所得”的形式?？梢暬瘜τ诮ㄖI來說意義十分重大。例如：建筑施工人員日常使用的施工圖紙是由抽象線條構成的，各種結構信息隱藏其中，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。如果只是結構簡單的物體，這種空間想象的難度倒不大，但現在建筑形式錯綜復雜，期望單純憑借人腦去構建如此復雜空間構型就有些不現實了。因此，BIM提供了一種視覺理念，幫助人們將平面線條信息轉換成三維立體物理圖形。雖然現在業內也有設計效果圖等產品，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單轉換成立體模型，而不是通過建筑物各構件的相互關系和結構信息，自動生成可視模型。BIM可視化技術成功地做到了這一點，它的建模過程是基于構建之間的交互和反饋信息，不僅最終結果可以用于呈現設計效果和提供相關報表數據，而且使得項目設計、施工和運營全過程中的交流和決策均為可視化狀態。

2.協調性。溝通協調是建筑項目管理的重要內容，溝通協調的范圍包括：建設單位、施工單位以及設計單位等諸多方面。只要項目實施過程中發生沖突和問題，就必須組織參建各方召開協調會，分析問題的原因，找出解決辦法或補救措施。例如：實際施工過程中，經常會遇到梁、柱等結構構件阻礙暖通管道布線等問題，真要等到問題出現了才來協商解決嗎？BIM給我們提供了可以在設計階段將施工階段可能出現的矛盾提前解決的辦法，即：協調服務。BIM模型可以對各專業人員的沖突和問題進行協調，生成協調信息，還能處理諸如：地下排水布置、防火設計安排、電梯井設置等設計安排與結構設計之間的矛盾。

3.模擬性。所謂模擬性，一方面是指依據設計構建建筑模型，另一方面是指能夠模擬現實條件下無法進行測試的情況。BIM能模擬設計階段需要測試的一些內容，比如：模擬應急疏散，建筑節能情況，測量日照及熱傳導性能等。同樣，在項目招投標以及建造階段，BIM可以根據需要加入時間和成本參數，構建4D和5D模型，根據施工組織設計模擬建造過程，幫助我們選擇合理的施工方案和成本控制方案。在運營階段，BIM也可以模擬地震逃生、消防疏散等情形，日常應急處理方案的可行性。

4.優化性。建筑項目包含設計、施工、營運三個階段，這三個階段是連續的，也是不斷優化的過程。優化結果的好壞取決于三個因素：時間、信息以及復雜性。而提供準確的信息正是BIM的特長之一，基于BIM的優化往往結果會更好。BIM能夠提供包括：幾何尺寸、物理數據、規則信息，還能表現設計變更使建筑物產生的變化。現代建筑的復雜性工作交流是空前的，參與者無法憑借自身實現信息的全面掌控。BIM正是基于這一點，為參與者提供了各種強大工具，幫助他們不斷優化復雜性較高的建筑項目。

5.可出圖性。BIM提供的圖紙不是常見的建筑設計圖或構件加工圖，是在建筑物模擬和可視化的基礎上，進行協調和優化以后，發布的綜合管線圖(通過沖突檢查和設計變更，解決了可能出現的問題)、預留洞口圖、沖突檢查報告以及建議改善方案等。

三、BIM技術在土木工程當中的應用

1.項目的協調設計。一個土木工程項目當中的參與方包括業主、施工單位、監理和外包隊。參與方難免會在施工過程當中產生意見分歧。因此，使用BIM技術將項目模擬集成在3D模型下，如此參與工程項目的人員視角可以實現從平面到立體的轉變，有效減少人為誤差因素帶來的對工程不利的影響。在同一個3D模型下，所有的施工人員在參與工作的時候視角和思維方式得以集中，避免因相對獨立工作而產生工作意見上的分歧，大大地增加了工作效率，有效降低預算成本、人工成本和事故成本等其他工程成本，優化施工工藝和工程質量，并且創造了更多的利潤空間。

2.形成施工方案。在傳統的施工模式當中，需要在工程開始前擬好施工方案。但是由于天氣、成本、施工環境等因素，往往工程的走向不會按照計劃好的方案去進行。這樣，在施工的過程當中會額外衍生出一些人力、物力成本，降低工程的質量和效率。這種情況，使用BIM技術顯得很有必要。由于BIM技術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先基于BIM平臺將模型搭建好，模擬好每個施工步驟后再根據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量，優化施工流程；在此基礎上，更能有助于提前發現潛在的施工問題，預先得出這些問題的解決方案，這樣有助于避免重復施工，提高施工效率，避免事故的發生。

3.施工進度及成本控制。在施工開始前，通過BIM技術對工程的各個步驟進行動態模擬。在BIM搭建的3D模型的基礎上，加入工程步驟信息，實現4D施工控制平臺，通過動態模擬施工過程當中的每個流程，預測施工方案和施工技術的可實施性，與此同時，可以產生出多個施工方案和施工工藝的選擇，優中選優[2]。在4D控制平臺的基礎上，再加入進度-成本的集成控制，構成5D施工進度-成本控制平臺。通過該平臺模擬出每個施工進度完成所需要的物料、機械、人力等所需要的成本，將成本當中的冗余元素剔除，便可以加大對項目成本的優化。通過動態追蹤監視各個進度當中所需要消耗的各項成本，及時作出調整，有助于提高管理效率，降低成本，避免事故，按時甚至提前結束工期。無論是對于業主、施工單位、監理還是外包隊都可以參與到BIM技術所搭建的平臺當中進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工程所造成的不利影響。因為不論對于哪方單位，合作的基礎是有共同的利益訴求的，將施工質量和施工效率加以提高并降低成本造價預算和事故發生概率是不論哪方單位都喜聞樂見的。

四、結論

BIM技術以建筑信息數據模型為核心，在土木工程領域解決了許多傳統施工模式所不能解決的問題。一個項目的整個施工周期都可以用BIM模擬出來，從而方便管理，控制成本，規避事故并提升整個工程的效率。BIM技術的發展水平不高，這需要廣大IT工作者和土木工作者共同努力推動這項技術加速發展。