基于BIM的虚拟施工技术的应用实践分析

顾祖祥

摘要：随着信息化进程的加快，在建筑界也出现了一些以计算机技术为基础的应用技术，BIM就是其中的一种。BIM技术是一种将计算机仿真、计算机辅助设计、虚拟现实结合起来的技术，它通过三维建模对施工流程进行动态化的管理，以促进施工方案的优化，对保证施工的科学性和经济性具有重要意义。本文在BIM与虚拟施工技术基本概念的基础上，结合具体的施工案例，对基于BIM的虚技术在工程施工中的具体应用进行了探讨。

关键词：BIM；虚拟施工技术；应用

随着计算机技术的迅速发展，在建筑领域出现了一种CAD技术，该技术的出现有效的将建筑设计的效率提高，将建筑工期有效的缩短。但是CAD技术的本质依然属于画图工具的一种，其形成的二维数据在后续使用方面具有一定的局限性，不能很好的满足工程的实际需求。在这样的情况下，BIM技术应运而生，为改善建筑领域的工程现状发挥了重要的作用。

一、BIM基本概念分析

（一）BIM的定义

目前，国内外对BIM的定义多种多样，但是通常情况下，我们对BIM的理解如下：BIM即建筑信息模型，指的是在三维数字的基础上，使用数字式对建筑的物理特征和功能特征进行表达，并将关于建筑工程项目的各种信息功能数据模型汇集在一起的一种软件技术[1]。

（二）BIM的特点

BIM与CAD技术的不同主要表现为三点，分别是：（1）CAD在解决问题时候通过一个软件就可以完成；BIM在解决问题的时候要通过一组软件来完成；（2）CAD在使用的过程中只会对生产工具进行改变，不会将生产内容改变；BIM在使用的过程中会将生产工具和生产内容同时改变；（3）CAD的使用成果是以静态的方式呈现出来的，其传播媒介是纸张；BIM的使用成功是以动态的形式呈现出来的，其传播媒介是电脑或者软件[2]。BIM特点具体分析如下：

第一，信息的完整性。BIM会以数字的形式将建筑项目实施过程中的各种信息保存起来，将其储存在统一的数据库中，有利于实现信息资源的共享与更新；第二，数据的一致性。通过BIM，设计者能够在各个数据之间建立一种实时联系，管理者能够以各种形式对数据进行更改，能够有效的促使工作效率得以提高，能够很好的保证工程质量。

二、虚拟施工

虚拟施工指的是以计算机技术为基础，将虚拟现实、参数化设计、计算机辅助技术、结构仿真等技术融合在一起，从人、财、物三个方面对全真环境进行三维模拟，从而生成一种无破坏、可控制、风险低、小耗费、重复性比较强的试验方法，以达到提高施工水平、控制施工成本、预防施工事故的目的[3]。

在虚拟施工的过程中，其关键技术有二，其一是施工组织设计，其二是碰撞检测算法。其中施工组织设计就是将施工过程中的各种要素综合在一起，以最小的投入换取最大的经济效益的一种施工组织计划。这个环节在应用的过程中被划分为三个层次，分别是：第一层次为施工组织总设计；第二层次为单位工程的施工设计；第三层次为分布工程的施工设计[4]。碰撞检测是在对三维图像进行处理过程中的一个基本问题，又叫接触检测或者干涉检测。常见的碰撞检测算法由两种，一种是空间分解法，另一种是层次包围盒[5]。两种算法指的是将整体的虚拟空间划分为多个单元格，并且这些小单元格的体积要相同，在测算的过程中只需要对相同单元格或者相邻单元格中的几何对象进行测試即可。

三、以BIM为基础的虚拟施工的应用

（一）施工方案设计

在建筑工程施工的过程中使用以BIM为基础的虚拟施工技术，首先要对建筑结构建立一个三维数字模型，在这个模型的基础上生成大量的二维图像信息和数据信息。然后在BIM软件——Revit的基础上对这些数据进行分析设计，以对建筑工程中涉及的各种信息进行协调管理，以促使其与客户的沟通能力得以增强，以实时获取各种进度反馈和运算反馈，减少信息不一致造成的资源浪费[6]。具体的实施步骤分析如下：

第一，在方案设计的初始阶段，使用Revit软件对方案设计的合理性进行分析，将设计师理论上的建筑理念转化为全功能建筑，将建筑结构信息提取出来，以对方案设计的合理性进行推敲审核。

第二，在设计阶段，使用Revit软件将前期的设计方案实体化，对其进行专业性的综合评估，建立施工模型，对其中最基础的装配和构件进行模拟设计，以为建筑施工提供强有力的技术支持，对施工方案进行优化，为后续施工奠定基础。

（二）施工过程的模拟

第一，工程背景。假定某一个建筑项目有宽阔的施工场地，在空中没有障碍物存在，水电线路的接通都比较便捷，供水管径和电力容量都能很好的满足施工要求，并且该位置交通条件非常便利。该建筑的造型比较简约，其中几乎没有异性结构存在，施工比较方便，施工的周期比较短，所需施工材料比较少。在对该工程进行设计的时候，要从建筑质量、建筑工期、建筑成本和建筑的安全性等方面对其进行考虑，需要使用BIM对其施工过程进行三维模拟，以保证施工方案的有效性，以保证施工质量、施工安全和施工周期的合理性。

第二，结构模拟。本工程是一个砖混结构，其层数为6层，层高为2.9米，室内与室外的高差是0.7米，该建筑的总体高度是18.6米。项目设计周期为2013年9月18日～2014年5月21日，其三维模型如图1所示。

图1 BIM虚拟施工技术下的建筑模型

第三，施工步骤。（1）使用Revit软件建立一个三维模型，然后对该模型使用专业分析软件对其进行综合性能评估，对施工环节创建相应的三维模型，然后以模型为基础组织进行施工设计，对施工工序进行合理的设计，对其中构件的相互运动进行合理的设计，之后对施工进度进行详细的编制，将施工方案以合理的方式呈现出现。

结语：

以BIM为基础的虚拟施工技术在优化施工方案、保证施工安全和施工效率方面具有重要的意义。在施工的过程中，以BIM为基础的虚拟施工技术的应用可以从施工方案的设计和施工方案的运行两个环节来完成，但是在整个过程中要使用合理的软件对建筑施工进行三维模拟，对施工流程进行分解分析，以保证以BIM为基础的虚拟施工技术的应用效果。

参考文献：

[1]蒋爱明，黄苏.BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用[J].施工技术，2014，（15）：86-89.

[2]彭雯.探讨BIM的虚拟施工技术的应用[J].新材料新装饰，2014，（12）：234-235.

[3]马奎立，李长有.基于BIM的虚拟施工技术应用分析[J].建筑工程技术与设计，2014，（29）：1062-1063.

[4]古力铭.基于BIM的虚拟施工技术应用研究[J].房地产导刊，2014，（25）：449-450.

[5]朱昭波.工程管理中 BIM虚拟施工技术的应用解析[J].江西建材，2015，（13）：276-278.

[6]宋文强.探究基于BIM的虚拟施工技术应用[J].建材发展导向（下），2015，（3）：260-261.