BIM技术在土木工程中的应用

(郑州工业应用技术学院 河南 郑州 450000)

一、BIM 简介

BIM 是建筑信息化模型(Building Information Modeling)的简称，是一个共享的知识资源，一种应用于工程设计、建造、和管理的数据化工具，并以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息而得到的所有数字信息的总和。BIM 技术被誉为建筑产业革命性技术，同时具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图形五大优势。我国对 BIM 的应用虽刚刚起步，但发展速度很快。

二、BIM的特点

传统CAD软件提供的平面施工图纸在可施工性、施工效率、施工质量等方面存在诸多不足，与以往的建筑模型相比，BIM具备了可视化、协调性等五个显著特点：

1.可视化。即“所见所得”的形式。可视化对于建筑业来说意义十分重大。例如：建筑施工人员日常使用的施工图纸是由抽象线条构成的，各种结构信息隐藏其中，施工人员需要彻底解读图纸之后，才能在脑海里想象拟建建筑的具体形象。如果只是结构简单的物体，这种空间想象的难度倒不大，但现在建筑形式错综复杂，期望单纯凭借人脑去构建如此复杂空间构型就有些不现实了。因此，BIM提供了一种视觉理念，帮助人们将平面线条信息转换成三维立体物理图形。虽然现在业内也有设计效果图等产品，但这些工作都是外包给效果图公司完成的，他们仅是将平面图纸简单转换成立体模型，而不是通过建筑物各构件的相互关系和结构信息，自动生成可视模型。BIM可视化技术成功地做到了这一点，它的建模过程是基于构建之间的交互和反馈信息，不仅最终结果可以用于呈现设计效果和提供相关报表数据，而且使得项目设计、施工和运营全过程中的交流和决策均为可视化状态。

2.协调性。沟通协调是建筑项目管理的重要内容，沟通协调的范围包括：建设单位、施工单位以及设计单位等诸多方面。只要项目实施过程中发生冲突和问题，就必须组织参建各方召开协调会，分析问题的原因，找出解决办法或补救措施。例如：实际施工过程中，经常会遇到梁、柱等结构构件阻碍暖通管道布线等问题，真要等到问题出现了才来协商解决吗？BIM给我们提供了可以在设计阶段将施工阶段可能出现的矛盾提前解决的办法，即：协调服务。BIM模型可以对各专业人员的冲突和问题进行协调，生成协调信息，还能处理诸如：地下排水布置、防火设计安排、电梯井设置等设计安排与结构设计之间的矛盾。

3.模拟性。所谓模拟性，一方面是指依据设计构建建筑模型，另一方面是指能够模拟现实条件下无法进行测试的情况。BIM能模拟设计阶段需要测试的一些内容，比如：模拟应急疏散，建筑节能情况，测量日照及热传导性能等。同样，在项目招投标以及建造阶段，BIM可以根据需要加入时间和成本参数，构建4D和5D模型，根据施工组织设计模拟建造过程，帮助我们选择合理的施工方案和成本控制方案。在运营阶段，BIM也可以模拟地震逃生、消防疏散等情形，日常应急处理方案的可行性。

4.优化性。建筑项目包含设计、施工、营运三个阶段，这三个阶段是连续的，也是不断优化的过程。优化结果的好坏取决于三个因素：时间、信息以及复杂性。而提供准确的信息正是BIM的特长之一，基于BIM的优化往往结果会更好。BIM能够提供包括：几何尺寸、物理数据、规则信息，还能表现设计变更使建筑物产生的变化。现代建筑的复杂性工作交流是空前的，参与者无法凭借自身实现信息的全面掌控。BIM正是基于这一点，为参与者提供了各种强大工具，帮助他们不断优化复杂性较高的建筑项目。

5.可出图性。BIM提供的图纸不是常见的建筑设计图或构件加工图，是在建筑物模拟和可视化的基础上，进行协调和优化以后，发布的综合管线图(通过冲突检查和设计变更，解决了可能出现的问题)、预留洞口图、冲突检查报告以及建议改善方案等。

三、BIM技术在土木工程当中的应用

1.项目的协调设计。一个土木工程项目当中的参与方包括业主、施工单位、监理和外包队。参与方难免会在施工过程当中产生意见分歧。因此，使用BIM技术将项目模拟集成在3D模型下，如此参与工程项目的人员视角可以实现从平面到立体的转变，有效减少人为误差因素带来的对工程不利的影响。在同一个3D模型下，所有的施工人员在参与工作的时候视角和思维方式得以集中，避免因相对独立工作而产生工作意见上的分歧，大大地增加了工作效率，有效降低预算成本、人工成本和事故成本等其他工程成本，优化施工工艺和工程质量，并且创造了更多的利润空间。

2.形成施工方案。在传统的施工模式当中，需要在工程开始前拟好施工方案。但是由于天气、成本、施工环境等因素，往往工程的走向不会按照计划好的方案去进行。这样，在施工的过程当中会额外衍生出一些人力、物力成本，降低工程的质量和效率。这种情况，使用BIM技术显得很有必要。由于BIM技术的核心理念是先模拟，后施工，因此，在撰写施工方案之前就已经先基于BIM平台将模型搭建好，模拟好每个施工步骤后再根据搭建好的模型去撰写施工方案。这样可以很好的提高施工方案的质量，优化施工流程；在此基础上，更能有助于提前发现潜在的施工问题，预先得出这些问题的解决方案，这样有助于避免重复施工，提高施工效率，避免事故的发生。

3.施工进度及成本控制。在施工开始前，通过BIM技术对工程的各个步骤进行动态模拟。在BIM搭建的3D模型的基础上，加入工程步骤信息，实现4D施工控制平台，通过动态模拟施工过程当中的每个流程，预测施工方案和施工技术的可实施性，与此同时，可以产生出多个施工方案和施工工艺的选择，优中选优[2]。在4D控制平台的基础上，再加入进度-成本的集成控制，构成5D施工进度-成本控制平台。通过该平台模拟出每个施工进度完成所需要的物料、机械、人力等所需要的成本，将成本当中的冗余元素剔除，便可以加大对项目成本的优化。通过动态追踪监视各个进度当中所需要消耗的各项成本，及时作出调整，有助于提高管理效率，降低成本，避免事故，按时甚至提前结束工期。无论是对于业主、施工单位、监理还是外包队都可以参与到BIM技术所搭建的平台当中进行工程的分析与讨论，有助于减少不同单位因意见分歧而对工程所造成的不利影响。因为不论对于哪方单位，合作的基础是有共同的利益诉求的，将施工质量和施工效率加以提高并降低成本造价预算和事故发生概率是不论哪方单位都喜闻乐见的。

四、结论

BIM技术以建筑信息数据模型为核心，在土木工程领域解决了许多传统施工模式所不能解决的问题。一个项目的整个施工周期都可以用BIM模拟出来，从而方便管理，控制成本，规避事故并提升整个工程的效率。BIM技术的发展水平不高，这需要广大IT工作者和土木工作者共同努力推动这项技术加速发展。