BIM模型库在港工等建设工程类专业课中的应用

◎葛权 张俊生 徐明慧 大连海洋大学海洋与土木工程学院

1.引言

随着当前科技发展水平的不断提高，一些新工具、新方法不断创新，一方面成为工程技术发展的新突破，另一方面也为工程技术的便捷化提供了平台。在包括港口工程在内的建设工程领域，不断创新的新科技对其发展具有着十分关键的重要性。为进一步提高港口工程的教学质量，以及保证和加深学生们对工程建设的空间影像化与专业理论的对应映射关系，在港口工程的专业课程中利用新手段、新技术便利专业知识教育，十分迫切，也极为有利。在当前的建设工程专业教育中，积极运用BIM(建筑信息模型)技术，既可以形象化教学，便于学生理解相应的工程设施和对应的设计、施工等专业理论，达到有效提升其教学质量的效果，同时也为学生在未来工作中全面提高建设工程的质量奠定了基础。所以，应当把基于BIM技术建立的工程设施模型库应用于相关专业课教学中，并借此建立不同专业课程间的联系体系，构建完整而协调的专业知识框架，同时，这也为在建设工程管理中普及运用BIM方法提供了坚实的基础。

BIM 的全名为Building Information Modeling，即建筑信息模型。这里值得注意的是，英文名称从前期的“Building Information Model”替换为“Building Information modeling”，通过“modeling”强调了该技术的动态过程，即是建设工程相关领域的动态技术应用，而不是简单的静态模型展示。换句话说，立体化模型的展示只是新技术效用的最简单形式，而更复杂、更有价值的是新技术本身的全过程应用，包含立体模型的建立，但更包括工程模型化的组织过程及其所映射的设计和施工原理，这是工程技术数值化的更高价值所在。作为建筑信息管理模型基础，它的特征主要有可视性、统一、参量化、适应性、模拟性、优化性和建筑信息系统的整体性，可以说BIM技术能够贯穿整个建筑管理系统的全生命周期。BIM系统将建设工程引入到直观三维视图，利用数字化信息技术为建设工程主体构建了工程数据库，包含建筑的专业信息、构造信息和建筑现状信息等资料，并把空间结构、人类活动行为等不属于建筑构件对象的状态信息以三维模式加以显示，在极大程度上增强了建筑信息的集成和一体可视化动态考察，极大地提高了建设工程项目的品质，同时更高效率地规范建设过程，并有效降低施工成本。

2.BIM技术在教学中的作用

BIM技术对港口工程等建设工程学科教学提供了可视的三维化模型和协调一致的专业知识体系构架工具。

2.1 有利于教学中工程实景的理解

在包含港口工程在内的所有建设工程类科目课程中使用BIM技术，可以更有效地对工程建设做出更加具体和细致的过程策划，将工程建设的有关内容如工程设计图纸的审批和施工组织、施工过程中的质量监控、投资管理、工程支出计划等环节和全部设计施工管理过程进行信息化，并按照工程建设的总体目标进行数据模型、功能模块和大数据分析库的构建，将整个建设工程的施工过程展示在学生的视野中，形成工程实景的影像化，不再是片面的平面理解，同时也可以把港口的构建过程展示出来，这会在教学过程中增强学生参与到实际工程的代入感，加深学生对工程项目建设过程的理解，提高学习热情。而且港口工程的工程项目施工时，所涉及的建筑构件都是粗大类型的构件，仅靠讲解是无法全面立体的讲述清楚工程构件的实际应用，不方便正常授课，对于立体感较差的学生是非常难以理解的。这时运用BIM技术可以把工程具象化展示出来，等比例缩放，方便学生理解。同时通过BIM技术进行结构类型分析也是极为便利的。

2.2 有助于构建完整的、协调一致的工程专业知识体系

在建设工程专业相关课程的教学中运用BIM信息技术，能够有效地通过立体化、可视化的工程模型构建过程，全面展示工程设计、施工等建设过程，这使得割裂于各专业课程中的专业知识能通过3D技术影响过程，形象化地融汇于模型之中形成协调一致的知识体系，并与实际工程有效对应，形成映射。而对于最直观化的建设工程信息库而言，这项技术在教学过程中可以更好地构建一个模型库，并逐年积累，丰富模型的种类和数量，在日常教学活动中方便学生取用，结合自己所学的专业知识，构建整体工程模型，验证自己专业知识体系。从结果上查漏补缺，使专业知识系统化并协调一致。这一过程使学生分析、理解、掌握工程建设过程省下一大部分时间与精力。据数据显示，BIM技术在我国高校的应用仍处于初级阶段，急需建立一个BIM数据模型库丰富各种不同的建设工程专业教学应用。

3.BIM技术具体在项目管理课程中的运用

3.1 项目决策

因为建筑过程容易受到建筑物布局、气候条件、土壤、地形地貌等多方面因素的影响，因此，在工程项目决策时，往往需要对这些因素加以全面的考察与研究。传统的分析研究，需要对建筑水温地貌土壤环境等信息进行大规模的采集，并进行相应归类、比对，但信息的割裂化和缺乏完整性的数据罗列，使得决策依据难以辨识，形成结论的分析过程不够可靠。而BIM技术则既能够对建设工程现场自然环境进行模拟计算，也能够全面剖析与研究建筑本身的形态结构，工程项目决策过程属于施工项目管理中的一个关键阶段，通过BIM技术可以收集大量、全方位的工程信息数据，并融合了其可视化、仿真性、协调能力、优化性等关键技术，对模拟施工的项目过程进行了有效优化改造，从而有效保证了工程项目决策的完整性与准确度。从技术上来说生产力的发展与进步与科技是密切相关的。大数据时代的数据模型是最宝贵的可视化资源之一。而通过大量的收集项目决策中的案例就可以尽可能的减小项目决策中存在的风险，这个过程目前还未完善还需要进行大量的累计与统计。

3.2 项目设计

在建设工程设计中运用BIM信息技术，能够使设计过程中的阶段性成果直观、可视地呈现在设计者眼前。形式是否合理、各部分是否有效衔接、功能是否满足使用要求、承载状况是否满足要求、区域布置是否美观、建筑特点是否完整表达等问题，都能直接以立体形式展现出来，可以显著提高设计方案的比选与可实施能力，增加效益。给建筑人员提供更明确更直观的理解，建设工程的实施过程牵涉到许多方面，需要各方面专业技术人员开展良好的沟通交流，共享资料。运用BIM信息技术的三维立体建模能力，为建设工程设计中的各方创造了良好的工作平台，有效减少了由于建筑设计图纸不直观所造成的错、漏、碰、缺等安全隐患，有效降低了建设工程设计的风险。另外，BIM设计还通过大数据的共享，保证了与施工过程的高效联系，使施工有效、高速、顺利完成。同时也使过程中的繁杂琐碎事项，简化为相应技术层面上可视化的的操作性项目，为后期实施工作提供了极大的方便。

3.3 项目施工

建设项目的施工阶段是由设计构想到建筑成品的重要步骤，是建设项目管理的关键阶段。在常规的建设施工阶段，通常都要求工程相关各方必须对施工设计图纸进行审核，并对建筑技术设计熟悉，以深入领悟工程设计要展现的本意。但在以往的具体施工阶段案例中，由于常规项目管理方法比较复杂抽象，往往无法仔细描述某些内部的细节问题，从而产生了工程质量方面的隐患。而BIM技术则充分利用其三维立体化可视模型的特点，有效地把实际施工中所有可能出现的问题都以可视化的形态直观地展示了出来。这样达到对实际施工的关键点和重要工艺进行合理控制的目的，从而降低了建设施工的质量风险；为工程建筑物的质量方面提供了保障。另外，BIM技术还能对施工进度做出合理的规划和严密的安排，对整个施工流程实现动态仿真，通过这个技术可以使施工人员了解项目施工的过程以及项目施工的成果，完善施工技术人员的参考标准。可细化施工细节，对于精密建筑的施工有BIM技术在建筑工程施工过程中的应用不仅可以提供相应的模型信息，同时还能够对信息的使用效果进行及时反馈。所以建筑方案的设计人员可以利用BIM技术，来构建施工流程，从而使设计方案更加的系统、全面。在相对复杂的建筑结构方案设计过程中，BIM技术对设计方案的确定具有一定的促进作用，同时BIM技术还可以对建筑形态的实施参数进行更改，为设计人员提供多种不同的实施方案，通过多种施工方案的对比，设计人员就可以选择出最优的施工方案。这样的方式不仅可以减少设计人员的工作量，同时还能够提高建筑设计方案的准确性，对于建筑项目的顺利施工具有非常重要的作用。而在课堂教学的过程中，由同学们亲自绘制BIM图形，可以更好的表达出来同学们自己的设计理念和想法。

3.4 项目竣工

在建设工程项目竣工验收阶段使用BIM技术，可以极大地提高建设项目验收的科学性与准确度。使项目验收的工作变得有例可依有据可查，BIM技术还可以把工程建设的各种有关信息，全面汇聚在工程网络共享平台体系之中，以此可以方便地为工程后期管理工作带来充足、有效的网络资料和信息支持。建设项目验收后，最关键是严格的质量把关，这也决定了项目资金是否能够投入生产或是使用，这其中高效的数据管理与分析显然格外重要。通过BIM信息数据库可以有效进行对工程基础项目信息进行快速收集和分析，从而达到了对工程项目资金、质量的有效管控。

4.建设工程课程数据库的建立与维护

建设工程课程数据库的建立，首先应当包括相关建设工程的基础构件模型，即学生在专业基础课和专业课上所涉猎、所学习的基本建筑单元，如材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构、钢结构、港口水工建筑物等课程中所涉及的杆件、桁架、梁板式结构等基本建筑单元。此后，BIM模型库随着教学和工程实际案例的发展，不断获得丰富，逐年累积，逐渐形成完整的相关建设工程专业体系框架，方便教师和学生日常的模型操控和工程组合，实现数字化课堂的实时进展。这样，不断丰富的工程模型库有助于帮助学生形象化理解工程建设的实景，并借助模型构件的动态组合形成过程，一一有效地映射形成专业知识体系的构架，达到在学生头脑中形成完整、形象、协调的专业知识体系，从而提高工程项目教学的教学质量和师生互动能力，教师可以通过BIM技术把所要表达的内容，生动形象的传递给学生。

5.结语

在传统的高校教学中，基本都是通过课本知识和老师陈述来完成的，由于建设工程类专业的知识内容比较复杂，传统的教学方法使得学生没有办法完全理解透知识。仅靠平面黑板作画还远远不够，再加上现如今建筑形式多样化，各种各样的建筑信息模型图不能仅仅依靠平面布置来绘画出来，平面绘画只可以表述出外部结构的样式，无法展示内部结构的各种构造，因此，加强BIM技术在高校教学中的应用具有非常重要的意义。不仅是建筑信息化在教学中的体现，也是理论知识形象化的展示。高校教学中需要加强教学方法的改革，实现教学方法的灵活性，最大程度促进BIM技术在教学过程中的应用，提高教学的质量。同时积极开展BIM教学工作，不断加强学生对BIM技术的了解，同时可以更好地运用BIM技术，使学生除了能够学习相关专业理论知识，还能够拓展一定的BIM技术的应用，将课堂不再局限于教材，把工程项目案例真真正正的代入到课堂之中，同时将相关的建设工程信息进行高效地整合，构建完整、形象的知识体系。这对提高学校整体水平的提高有着很大意义。