BIM 技術(shù)在土建工程中的典型應(yīng)用

徐鳳娟 康 麗 徐 亮

（1.新疆工程學(xué)院土木工程學(xué)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(yè)相比，土木工程建造行業(yè)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(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新技術(shù)篷勃發(fā)展的背景下，土木建筑行業(yè)也迎來了重要變革，應(yīng)用BIM 技術(shù)，逐步實現(xiàn)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(guān)聯(lián)性是BIM 的一大特點，即在模型中對其中一項參數(shù)進行修改之后，與其相關(guān)的數(shù)據(jù)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(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)連接至模型上，并通過模型呈現(xiàn)相關(guān)工具界面，提供工程項目相關(guān)的個人或協(xié)同作業(yè)人員模擬、互動操作、查詢及附加應(yīng)用等。而BIM 在建筑全生命周期中的應(yīng)用范圍，從概念設(shè)計，到后期施工，再到竣工乃至維護保養(yǎng)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(yè)務(wù)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(shù)在土建工程設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢出發(fā)，就BIM 技術(shù)在土建工程中的典型應(yīng)用進行分析。

1 BIM 技術(shù)在土建工程設(shè)計中的應(yīng)用

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

圖1 BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

2 BIM 技術(shù)在土建工程項目管理中的應(yīng)用

建筑項目的成本不僅包含原材料生產(chǎn)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(shù)對建筑企業(yè)預(yù)測、計劃、核算等進行實時動態(tài)管理，減少工作環(huán)節(jié)之間的壁壘（BIM 在工程項目管理中的優(yōu)勢如圖2 所示），更好地幫助企業(yè)控制成本，達到良性循環(huán)并持續(xù)發(fā)展的目的。

圖2 BIM 技術(shù)在工程項目管理中的應(yīng)用

3 BIM 技術(shù)在土建工程施工中的典型應(yīng)用

運用BIM 技術(shù)實現(xiàn)模型信息共享和協(xié)同優(yōu)化的特點，能夠提升施工設(shè)計的生產(chǎn)效率，快速解決施工設(shè)計中的錯漏和不精細(xì)等問題，為工程的精細(xì)化管理提供依據(jù)，為工程項目的建造施工提供可視化的指導(dǎo)，可以大幅度地提升建造效率和建造品質(zhì)，BIM 技術(shù)在土建工程施工中的典型應(yīng)用及效果如圖3 所示。

圖3 BIM 技術(shù)在建筑工程施工中的典型應(yīng)用

3.1 在高層建筑中的應(yīng)用

運用BIM 虛擬仿真軟件出圖的功能，可以優(yōu)化圖紙質(zhì)量，能夠?qū)?fù)雜的高層建筑構(gòu)造有針對性地快速生成剖面圖或平面圖，以指導(dǎo)工人施工或作為技術(shù)交底的圖紙。運用工程量軟件能夠快速和準(zhǔn)確地實時計算所需要的工程范圍和工程量，并根據(jù)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(yù)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(shè)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(shè)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(jié)約成本和時間，降低風(fēng)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(yīng)用

運用BIM 技術(shù)對裝配式建筑進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，可以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，減少預(yù)制構(gòu)件的種類，并且檢驗安裝生產(chǎn)順序，保證滿足不同類型的需求，使預(yù)制構(gòu)件更加準(zhǔn)確和合理[3]。還可以將BIM 虛擬仿真相關(guān)信息傳遞給其他部門的信息控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，強化各項信息的管控，提高施工質(zhì)量。例如針對北京永定河特大橋項目設(shè)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(yīng)用BIM 仿真技術(shù)，模擬吊裝過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險源，在吊裝前合理優(yōu)化吊裝施工工序，從而降低施工風(fēng)險和提高吊裝施工經(jīng)濟性。

3.3 在橋梁工程中的應(yīng)用

在橋梁工程施工中，根據(jù)參數(shù)變動可實時修改設(shè)計圖紙，達到施工要求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化管理。同時，通過模擬演示橋梁工程的關(guān)鍵位置（圖5），對橋梁工程的危險進行有效辨識，并結(jié)合碰撞檢查功能，檢查結(jié)構(gòu)之間矛盾點和干擾處，進一步優(yōu)化橋梁工程設(shè)計方案[4]。而傳統(tǒng)的繪圖軟件只能進行2D 設(shè)計，未能充分考慮橋梁工程的全部建設(shè)過程，阻礙各工作環(huán)節(jié)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(yīng)用

為了提高隧道不同功能區(qū)建模效率和信息交互效率，利用BIM 虛擬仿真軟件二次開發(fā)功能對原有功能進行拓展，設(shè)計出基于BIM 技術(shù)的參數(shù)化隧道標(biāo)準(zhǔn)建模方法。高效完成手動建模時不易完成、重復(fù)性高的工作，提高IFC 文件中對不同分類構(gòu)件的識別水準(zhǔn)[5]。例如，針對隧道工程面臨的地質(zhì)條件多變、施工工序復(fù)雜、安全管控難度較高等特點，利用BIM 技術(shù)可實現(xiàn)軟弱圍巖大變形區(qū)段工法的模擬，從而幫助各承建方更好地理解設(shè)計意圖和協(xié)同工作，有效化解施工過程中的各種風(fēng)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(yīng)用

運用BIM 技術(shù)相關(guān)軟件的設(shè)計優(yōu)化功能，可以大幅度縮短設(shè)計時間，提高設(shè)計各環(huán)節(jié)的聯(lián)結(jié)效率，有效控制設(shè)計成本，有利于提高城市軌道交通工程協(xié)同設(shè)計的時效。例如，成都軌道交通6 號線三期工程，將車站結(jié)構(gòu)風(fēng)道設(shè)計在制冷機房的頂部，導(dǎo)致局部區(qū)域安裝空間不足，并且風(fēng)阻變大，設(shè)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(shè)計方案，保證系統(tǒng)負(fù)荷滿足了要求。

4 BIM 技術(shù)的應(yīng)用拓展

目前，BIM 技術(shù)應(yīng)用范圍較為狹窄，主要應(yīng)用于土建相關(guān)專業(yè)上，因此，未來應(yīng)拓展BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍，與其它專業(yè)進行融合使用，以發(fā)揮其更大應(yīng)用價值。如BIM 技術(shù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的融合，基于物聯(lián)網(wǎng)的BIM 技術(shù)在土木、交通、測繪、地質(zhì)等工程中的應(yīng)用；其次，應(yīng)提升BIM 軟件二次開發(fā)能力，如利用Revit（Revit 是BIM 應(yīng)用方面的一款主流軟件）進行二次開發(fā)技術(shù)，研究以BIM 數(shù)字化平臺為基礎(chǔ)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(tǒng)，提高土木工程各個領(lǐng)域BIM 模型的建模速度與準(zhǔn)確率；另外，還應(yīng)加強研究BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域中監(jiān)督環(huán)節(jié)的使用，把它與項目管理相融合，減少重復(fù)工作，可以把信息數(shù)據(jù)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(jié)束語

目前，建筑業(yè)迫切需要利用以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技手段，實現(xiàn)中國建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級與跨越式發(fā)展。將BIM 技術(shù)特征中信息共享、虛擬建造、形象可視化優(yōu)勢應(yīng)用在實際施工之中，力求實現(xiàn)整個建設(shè)項目的零變更、零返工，進而減少對周圍環(huán)境的破壞，避免資源的無端浪費，提升工作效率，實現(xiàn)綠色施工和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。