BIM技術(shù)在土木工程中的應用探討

陳婷 閻潤 齊在然 青島大學附屬醫(yī)院

1 前言

BIM技術(shù)最早誕生于美國，作為一種建筑信息模型，該技術(shù)主要融入了數(shù)字化和智能化理念，通過數(shù)據(jù)與功能的直觀表達，為整個建筑施工、管理環(huán)節(jié)提供可靠支持。而隨著我國土木工程建設要求的不斷提升，人們也要重視BIM技術(shù)在土木工程建設中的應用，良好的融入BIM技術(shù)，能夠為土木工程施工的各個環(huán)節(jié)提供可靠支持。不但有助于提高土木工程方案設計的可行性，還能加強工程管理水平，為土木工程項目的順利開展帶來堅實保障，滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標。

2 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是現(xiàn)代工程理念和智能化技術(shù)發(fā)展下的全新技術(shù)產(chǎn)物，該技術(shù)全程建筑信息模型，其主要是基于建筑工程領(lǐng)域誕生，對建筑工程中的各類參數(shù)進行模擬構(gòu)建3D模型，從而利用軟件等模塊，呈現(xiàn)出立體建筑結(jié)構(gòu)，在實際應用中能夠以數(shù)字信息化的場景展現(xiàn)出整個建筑結(jié)構(gòu)，達到真實模擬的效果。BIM技術(shù)是人們在CAD技術(shù)應用基礎(chǔ)上又研究出的一種全新技術(shù)手段，通過BIM技術(shù)的應用打破了傳統(tǒng)CAD技術(shù)應用中的局限性，從制作圖形和呈現(xiàn)圖形領(lǐng)域都表現(xiàn)出了遠超于CAD技術(shù)的優(yōu)勢。

通過BIM技術(shù)在項目參數(shù)的設計中，可以真實還原施工場景，為整個工程設計與建設施工提供可靠支持，提高用戶的互動體驗感。BIM技術(shù)的實際應用也能夠展現(xiàn)出真實圖形的效果，復現(xiàn)工程建設的全過程，讓施工人員和管理人員都能夠準確掌握工程施工進度，了解施工細節(jié)，有助于發(fā)現(xiàn)和解決施工中存在的問題。

隨著BIM技術(shù)的不斷完善，也逐漸成為工程各方交流的重要平臺，通過構(gòu)建的三維模型，不僅包含各類參數(shù)信息，也具有相關(guān)的非幾何屬性信息。同時可以分析4D乃至5D的環(huán)境，深入優(yōu)化整個建筑施工進程。建筑信息模型體系集成和協(xié)調(diào)設計要素，能夠體現(xiàn)出不同參與方的設計要求。通過BIM技術(shù)有效模擬場景，也在土木工程建設的宣傳、指導以及技術(shù)優(yōu)化領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

3 BIM技術(shù)特征

隨著我國現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)作為全新技術(shù)手段，在土木工程的建設中主要是依托工程的各項參數(shù)，通過數(shù)據(jù)構(gòu)建整個土木工程的結(jié)構(gòu)模型，并且基于數(shù)字仿真模擬技術(shù)的應用，還可以分析整個土木工程建設的機構(gòu)模型，進而呈現(xiàn)出土木工程內(nèi)部全部真實信息，全方位優(yōu)化原本土木工程建設施工工藝和流程。為此，通過BIM技術(shù)在土木工程中的應用可以看出，其表現(xiàn)出了可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性的特點。

3.1 可視化

在土木工程建設中合理運用BIM技術(shù)，能有效呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的三維虛擬空間，并將建筑結(jié)構(gòu)的所有施工細節(jié)展現(xiàn)出來，有效融合客戶的真實情況與需求，為后續(xù)的施工提供可靠依據(jù)?；谝酝耐聊竟こ探ㄔO，施工人員在拿到圖紙以后一般都是在頭腦中構(gòu)思建筑的模型，這項工作無疑需要施工人員具備豐富的經(jīng)驗支持，但是依舊很難達到理想效果?；诂F(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)不能滿足實際需求，通過BIM技術(shù)的引入，技術(shù)人員只需要將圖紙中的各項參數(shù)輸入到軟件中，就能夠自動生成直觀且立體的建筑模型，以促進工作人員的交流，對工程圖紙的優(yōu)化也起到重要支持，利用可視化特點不但可以縮短施工周期，還可以節(jié)約成本。

3.2 協(xié)調(diào)性

土木工程建設施工經(jīng)常會受到多個因素的影響，而BIM技術(shù)的應用能夠做好不同施工部門、不同專業(yè)和工作之間的有序協(xié)調(diào)，并且也能夠提高數(shù)據(jù)的科學性與準確性。將BIM技術(shù)運用在土木工程的建設后期，可以有效發(fā)揮自身的協(xié)調(diào)功能，保障施工企業(yè)和管理部門有效協(xié)調(diào)，避免由于溝通不暢而引發(fā)問題。比如針對土木工程的墻壁閥門規(guī)劃問題來說，產(chǎn)生這一問題的主要原因是圖紙設計和施工技術(shù)直接溝通不暢，從而各自依照自身進行圖紙繪制，導致在實際施工環(huán)節(jié)中發(fā)生管線規(guī)劃設計不規(guī)范等現(xiàn)象，影響后續(xù)的施工，甚至還會引發(fā)安全問題。而通過BIM技術(shù)就可以有效擺脫這一問題，提高管線規(guī)劃的合理性，避免出現(xiàn)膨脹，以及由于溝通不暢所引發(fā)的各類問題。

3.3 模擬性

BIM技術(shù)作為新時代的技術(shù)產(chǎn)物，將其運用到土木工程建設中，能夠全面發(fā)揮出該技術(shù)的模擬功能，利用數(shù)字化模擬干預整個土木工程各個環(huán)節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)土木工程中存在的問題，并做好科學分析，隨后在問題的處理中，也表現(xiàn)出良好的應用效果。因此，BIM技術(shù)施工與傳統(tǒng)方法相比具有良好的應用優(yōu)勢。

4 BIM技術(shù)在土木工程中的應用分析

4.1 工程概況

以某土木工程建設為例，該工程為高層住宅的土木工程建設，整個工程面積為17831.4m2，地上建筑共計26層，地下2層，項目由7棟相同住宅機構(gòu)組成，地上建筑面積共計177846m2，地下面積1037.5m2。建筑總高度為82.1m，基地面積為896.2m2，地下埋深9.6m，建筑結(jié)構(gòu)設計等級為一級，使用年限為70年，抗震強度為8度，建筑機構(gòu)采用礦建機構(gòu)設計。BIM技術(shù)在本項目的應用，主要采用的軟件和方法如表1所示。

表1 本項目主要采用的軟件和方法

4.2 BIM技術(shù)在土木工程設計中的應用

在本項目的建設中，各參與部門共同組建項目研究團隊，同時對BIM技術(shù)的應用展開深入研究。

在以往的土木工程設計階段，一般都是通過二維設計手段呈現(xiàn)出土木工程的設計示意圖。將BIM技術(shù)運用到土木工程設計工作中，可利用BIM技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化模型的構(gòu)建，為土木工程項目設計3D立體的結(jié)構(gòu)模型，基于3D立體結(jié)構(gòu)模型的呈現(xiàn)，能夠發(fā)揮BIM可視化優(yōu)勢，將整個工程機構(gòu)的設計以直觀的方式展示出來，也可以為土木工程設計管理提供支持。通過對土木工程設計環(huán)節(jié)的可視化模擬，還可以初步構(gòu)建整個項目結(jié)構(gòu)的宣傳方式，有效探查整體空間，并且基于修改數(shù)據(jù)的方式，細化設計整體建筑。從本項目來看，由于土木工程的建設規(guī)模較大，導致工程設計工作量也比較重，構(gòu)建數(shù)字化模型還需要更多時間。然而采取二維模型設計不但缺乏立體感和直觀性，且設計的合理性也無法準確呈現(xiàn)，不能完整的設計表達，而通過BIM技術(shù)就可以有效滿足這一需求。

在本項目的設計環(huán)節(jié)中，首先利用BIM技術(shù)構(gòu)建項目數(shù)據(jù)模型。利用BIM技術(shù)導入，構(gòu)建節(jié)能方面的模型，同時幫助設計人員有效分析整個建筑的能源消耗點，并做出合理優(yōu)化，比如碳排放以及日照分析。全面提升建筑設計效能，符合新時期的綠色建筑理念。并且利用BIM技術(shù)也能夠?qū)κ┕龅剡M行優(yōu)化和規(guī)劃，達到最佳的設計效果。在土木工程設計中運用BIM技術(shù)，還要發(fā)揮出BIM圖元結(jié)構(gòu)的作用，對整個工程中的零部件材料、數(shù)量及尺寸等展開優(yōu)化設計。由于本工程中有許多不規(guī)則元件形狀設計，對施工環(huán)節(jié)帶來一定的阻礙。而利用BIM技術(shù)能夠通過3D模型的構(gòu)建，展示出真實的建筑情況，并優(yōu)化施工初期各類問題。在完成3D建模后，施工單位也要充分利用BIM技術(shù)開展虛擬建設施工，設定相應的參數(shù)，進一步呈現(xiàn)出整個工程的建設情況，為實際施工提供指導意見。

另外，還可以采用WBS技術(shù)，基于BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建完善的進度控制體系，利用BIM技術(shù)模型有序規(guī)劃土木工程的工期、施工分解以及邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，土木工程設計部門也要對比BIM技術(shù)應用中的效率，并結(jié)合實際情況，合理把控施工進度。BIM模型包括三維構(gòu)建所繼承，通過各部分屬性的獲取，得到構(gòu)建明細，從而指導工程建設。

4.3 BIM技術(shù)在圖紙會審和技術(shù)交底中的應用

土木工程施工圖紙會審和技術(shù)交底是推動施工順利進行的重要基礎(chǔ)，而將BIM技術(shù)運用在土木工程施工圖紙的會審極端，可以借助建筑三維模型的先天性優(yōu)勢特點，全面且準確地完成對模型中漏洞、缺失和錯誤等各種不同設計問題的檢查，最大程度減少工程返工情況，節(jié)省工程施工成本。構(gòu)建土木工程BIM模型，提交工程設計單位加以確認，做好工程施工圖紙相關(guān)梳理工作。在工程設計交底上，設計單位充分應用BIM模型針對工程施工單位實施可視化設計交底，使其明確工程圖紙設計意圖，精準把握土木工程設計中的每一個細節(jié)。

實際進行交底時，施工單位也應由具體施工的層面入手，提出相關(guān)的設計圖修改意見，從而起到優(yōu)化設計方案的效果。通過3D可視化虛擬實體可以更為具有直觀性，觀察到工程施工中可能存在的問題及技術(shù)性難點，其中的參與方利用3D模型實施交流，探討問題相應的解決方案，加強了交流的效率，確保最終制定方案更加切實可行。利用3D模型實施設計交底，其中的參與方也能夠更為清晰地對圖紙設計意圖有所掌握，同時借助模型演示和質(zhì)量問題相應的文本挖掘，工程參與方可以更加確切圖紙會審中存在的各種疑點，工程關(guān)鍵部分的施工重點和經(jīng)常出現(xiàn)問題部分等方面的質(zhì)量要求，深化理解，保證工程施工的順利開展。

4.4 BIM技術(shù)在工程管理工作中的應用

（1）進度管理

在利用BIM技術(shù)開展土木工程管理工作中，首先要構(gòu)建和完善三維模擬，建立標準管理體系，加大管理力度，做好進度管理人員的職責劃分。對于存在不足和缺陷的施工項目進行及時解決，結(jié)合實際情況開展優(yōu)化處理，全面加強進度管理水平，還要加大設備配置力度，采取先進的施工手段，提高土木工程施工效率。在實際施工前，可以結(jié)合BIM技術(shù)的虛擬建造技術(shù)，制作4D模擬動畫，同時通過可視化設備對整個項目開展虛擬描述，并制定完善的施工進度計劃，全面規(guī)劃施工進度，保障土木工程順利推進。

通過BIM構(gòu)建的三維模型可以與實際工程有效結(jié)合，直觀地呈現(xiàn)出施工全過程。另外，通過對工程量、施工進度以及成本等信息的收集，并對其進行精準核算，能夠掌握施工的具體進度，并在實際施工中分析項目中所產(chǎn)生的各類沖突，調(diào)節(jié)銜接狀態(tài)。從本工程的建設來看，通過BIM技術(shù)在工程管理中的應用，要重視進度管理和BIM技術(shù)的有效融合。并且構(gòu)建進度4D模型，為現(xiàn)場設備的運行提供更加直觀的管理功能，保障土木工程順利完工。

（2）質(zhì)量管理

質(zhì)量控制是提高土木工程建設水平和施工質(zhì)量的重要因素，在此環(huán)節(jié)中運用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)多維度的質(zhì)量管理效果，利用BIM三維碰撞監(jiān)測功能的實現(xiàn)，對Revit內(nèi)的建筑模型傳輸?shù)絅avisworks中，在完成模型的轉(zhuǎn)移后，利用BIM構(gòu)建三維碰撞模型，有效劃分內(nèi)部數(shù)據(jù)，然后在系統(tǒng)中進行碰撞監(jiān)測，將Navisworks獲取的碰撞結(jié)果數(shù)據(jù)進行整合，得出最終的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過BIM模型的構(gòu)建，科學化分析土木工程質(zhì)量，同時利用BIM模型對質(zhì)量信息管理，充分發(fā)揮BIM技術(shù)仿真培訓系統(tǒng)的功能。本工程中通過三維模型能夠?qū)崿F(xiàn)多個角度優(yōu)化，保障三維模型有效運用，發(fā)揮出BIM技術(shù)三維碰撞監(jiān)測功能優(yōu)勢，實現(xiàn)建筑周圍管線的合理規(guī)劃，提高管線鋪設的可行性。

BIM技術(shù)在土木工程的質(zhì)量控制中還可以利用該技術(shù)構(gòu)建3D空間，生成一套集成化質(zhì)量管理系統(tǒng)，可視化管理土木工程的所有施工階段，打破傳統(tǒng)2D管理中存在的弊端，全面提升現(xiàn)代化管理效率，對提高工程質(zhì)量起到重要幫助。基于3D空間進行定位與分析，做好周邊環(huán)境融合，發(fā)揮出系統(tǒng)的多元化功能。另外，利用BIM技術(shù)的可視化還能夠提高外部環(huán)境的敏感程度，通過可視化管理直觀地調(diào)節(jié)施工方案，提高質(zhì)量管理水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著城市建設水平的不斷提升，對土木工程建設的要求也越來越高，為此，傳統(tǒng)施工模式已經(jīng)很難滿足時代的需求。而在BIM技術(shù)的大力發(fā)展下，在土木工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全面推廣，并且在整個工程的各個環(huán)節(jié)中都占據(jù)著重要的地位。為了有效提高BIM技術(shù)在土木工程中的應用優(yōu)勢，應對該技術(shù)加以大力研究，并在工程施工中充分應用，以確保BIM技術(shù)的作用能夠得以充分發(fā)揮，從而確保良好的工程施工效果。