BIM與土木工程的結合應用

徐凱澳

（紹興文理學院土木工程學院，浙江 紹興 312000）

一、BIM技術的簡介

BIM是通過將數據和三維立體模型結合，幫助設計方、施工方、監管方和業主等人員利用BIM技術協同管理，有效提高施工效率、降低工程成本，實現通過整合建筑數據，將整個建筑的設計、施工到管理融為一體，貫穿建筑的全生命周期。BIM的內核是利用數字化技術，以這個建筑真實、完整的信息為依托，建造建筑的三維模型[1-2]。

建筑信息建模是一種新興的技術創新，已有研究是利用1875篇已發表的BIM相關論文對BIM知識進行客觀、準確的總結。結果表明，信息系統、三維建模、設計和可持續發展等60個關鍵研究領域和建筑設計工作室、建筑信息和精益建造等10個關鍵研究集群對BIM知識的發展極其重要。這些結果對于識別BIM社區中的研究集群和主題是有用的。更重要的是，這些結果有助于強調BIM相關研究如何隨著時間的推移而發展，從而極大地有助于理解BIM的基本結構。

二、BIM技術的應用現狀

從2003年國內引進了BIM技術，到2013年建筑業開始大范圍的使用BIM技術，從業人員不斷深化BIM技術的應用，通過建立數據模型、優化模型結構和分析建筑成本，大大降低了近年來工程事故的發生，也避免了因人工失誤導致的工程成本錯誤，使得工程效率和工程安全得到了有效的提高。但是即便BIM技術在國內發展的如此迅速，和國外的一些發達國家相比還有待提高。以國內市場為例，自2013年起BIM技術在國內大范圍的使用，但至今未有一份統一的BIM規范，各省市自治區都有著自己的規范，甚至有些大的集團公司或BIM咨詢公司都有著不同于其他的規范。這樣也就導致了行業內對BIM的要求無法達到共識，沒有參考標準，導致BIM成果不能像傳統工程一樣有著統一的標準。

建筑業產生的固體廢物占全球的50%。世界各國政府制定了關于建筑材料回收和再利用的立法和條例，旨在減少廢物和環境影響。研究人員還一直在開發建筑和拆除廢物管理的戰略和模型。建筑信息建模的應用就是一個例子，BIM是一種新興技術，尤其是建筑的固定裝置和配件在BIM模型中沒有考慮。BIM的開發基于二維圖紙或草圖，這些圖紙或草圖可能無法準確轉換為三維BIM模型。此外，以往的研究主要集中在建筑垃圾管理上。關于以拆遷為重點的拆遷廢物管理的研究很少。為了填補這一空白，本文旨在開發一個框架，使用重建的三維模型與BIM，以提高BIM的準確性，從而開發一個解構廢物管理系統，以提高拆除效率，有效回收和成本節約。特別是，已開發的竣工BIM將用于識別和測量可回收材料，以及制定回收過程計劃。

同時，建筑行業如今正受到建筑生命周期中信息管理的巨大變革的影響。國際、歐洲和國家工作組為解決與BIM相關的問題和克服基于BIM的流程中可能出現的障礙做出了巨大努力。在意大利，開展了一個國家研究項目，即創新項目，提出了管理建筑工程信息的解決方案。已經為建筑工程中采用的產品和對象、表征建筑物的空間以及整個建筑過程中涉及的行為者開發了分類系統、信息結構、數據庫和BIM對象。已有學者通過創新BIM庫方法分類和標準化的對象的要求已經從對現有技術的分析開始定義，特別是已經對BIM指南和現有產品庫進行了文獻綜述，提供了關于信息標準化的實際情況的可靠描述，并強調了建議方法的主要創新。他們提出的開發BIM庫的方法利用了一致的信息結構。在主要優勢中，開發的解決方案是獨立于軟件的，它不僅面向設計，而且收集與不同系統（例如，空間系統、技術系統、環境系統和過程）相關的信息。

三、BIM技術在土木工程施工中的應用

（一）BIM技術在施工前設計方案檢查的應用

施工圖設計是整個建造過程中的第一步驟，其在BIM中也占有極大的的比例。所以對于施工圖設計方案的檢查也是至關重要的一步，在施工前期，將各項指標和施工細節進行分析，以便在施工前將可能存在的問題解決，使得整個工程正常進行。運用BIM技術對設計方案進行檢查的時候，運用BIM的特點將施工過程模擬出來，提高準確度，降低風險，更方便技術人員隨時掌握工程情況，在工程過程中及時進行調整，保證方案的可行性。

（二）BIM技術在施工成本計算上的應用

傳統的施工成本計算有兩種方法：一是繪制二維圖紙，人工計算工程量；二是利用算量軟件，在軟件中建立模型，再計算工程量。相對于BIM技術而言，兩者都需要大量的時間和精力。所以運用BIM技術，在構建3D模型的基礎上，加上成本和施工進度，構建5D系統實時管理施工全過程。通過該平臺，可模擬出各個階段，所需的人力、物力和資源的成本，再對項目成本進行優化，將不必要的成本消除。同樣，在施工過程中，同樣可以利用這個平臺實時監控各項的消耗，及時作出調整，有利于成本的降低，施工進程的加快。

（三）BIM技術在施工技術上的應用

1.3D模型的可視化應用。在利用BIM技術進行建筑的三維模型時，可以通過圖元結構自由編寫，所以在實際的應用中，施工者可以根據建筑的設計數據，自行改變材料的數量、尺寸等。通過三維建筑模型可以真實地反映建筑的形態，以此發現理論和實際的差距和不合理性，從而避免了在傳統建造中施工時會出現的困難。同時三維模型的可視化讓業主對建筑進行了評估，從而做出反應，對出現的問題作出調整。

2.BIM模擬性的應用。模擬性不光指將建筑形態模擬出來，更指的是在三維模型建造出來之后，對其進行模擬建造，通過對時間的調控，將施工的各個環節的情況以動態的形式展現出來，這樣有利于對工程的初步把控，以及對人員的分配等。如今，大部分的工程中除了使用BIM技術以外，還利用WBS等技術，以此可分析使用BIM技術對工程有什么樣的改變，詳細了解工程進度和過程中出現的問題，提出更合理的建議。

（四）BIM技術在施工管理中的應用

在土木工程施工過程中，傳統的二維圖紙很難實現施工人員對項目的全面了解，但如果通過BIM技術建立建筑的三維模型，就可以通過模擬施工過程，觀測施工情況，并依據實際施工狀況，對項目的資源消耗和損壞進行及時的更新。同時，BIM技術對于建筑信息的管理，也為后期工程管理提供了豐富的信息和數據依托。借助BIM數據庫，迅速掌握工程相關信息，通過對比設計方案與材料實際耗損等數據，深入了解項目的可實施性、材料利用率等，在此基礎上，減少工程中產生的風險。

也有研究指出在施工管理中使用構建信息建模（BIM）模型來教授生產節拍、流水線和點對點優先關系等計劃方法的策略。首先，利用傳統的工具建立基礎，如電子表格和2D圖紙，包括生產節拍、出油管線和工藝流程圖。第二，3D和4D模型與Revit 2016和Navis works 2016一起用于將之前的時間表與BIM模型集成，并確定BIM在施工管理中的優勢和劣勢。