BIM技術(shù)在土木施工中的應(yīng)用進(jìn)展

孟琳

摘 要：在土木施工中引入BIM技術(shù)，可以在對土木工程專業(yè)傳統(tǒng)工作的不足予以彌補(bǔ)的同時(shí)提高工作效率。以BIM技術(shù)及其應(yīng)用的研究現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，以房建工程為例，把握BIM技術(shù)在土木施工中的應(yīng)用價(jià)值，最后以實(shí)例分析的方式展示BIM技術(shù)在房建施工中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；土木施工；房建施工；應(yīng)用

中圖分類號：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2017）15-0179-03

一、BIM技術(shù)及其應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

BIM理念最早于20世紀(jì)70年代提出，Chuck Eastman關(guān)于“Building Description System”的構(gòu)想為BIM奠定了基礎(chǔ)。2002年，Autodesk公司提出并解釋了BIM的概念。Jerry Laiserin于2011年對BIM進(jìn)行了真正地推廣與應(yīng)用，它用CAD技術(shù)同BIM進(jìn)行比較，在建筑行業(yè)進(jìn)行了BIM術(shù)語的推廣。

在BIM技術(shù)發(fā)展的初級階段，工作大多集中于怎樣進(jìn)行BIM技術(shù)框架的構(gòu)建以及BIM技術(shù)應(yīng)用平臺的搭設(shè)之上。Porwal對BIM技術(shù)在項(xiàng)目的計(jì)劃、模型設(shè)計(jì)、早期協(xié)作以及施工等各個(gè)階段的工作要點(diǎn)進(jìn)行了清楚的分析。如今，BIM技術(shù)已經(jīng)同遙感與信息等技術(shù)產(chǎn)生了融合，這又引起了相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。Xie等人對RFID與BIM技術(shù)結(jié)合而成的新的技術(shù)框架進(jìn)行把握。Anderson等人則對COBie BIM技術(shù)予以實(shí)施，提出COBie數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠直接在施工方的BIM軟件以及甲方的信息系統(tǒng)中進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交換的觀點(diǎn)，并認(rèn)為這有利于信息傳輸效率的提高。

我國國內(nèi)的BIM技術(shù)較之國外而言起步相對較晚，但發(fā)展速度很快。劉占省等人對BIM技術(shù)的主要特征進(jìn)行了概括，包括項(xiàng)目可視化、模擬化與執(zhí)行性、協(xié)調(diào)性與優(yōu)化性等，并對BIM技術(shù)在施工與管理環(huán)節(jié)的主要應(yīng)用展開了較為細(xì)致的分析。Chen和Wang對BIM技術(shù)在施工投資以及進(jìn)度管理過程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。劉獻(xiàn)偉等人則對BIM技術(shù)的主要應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，并指明了現(xiàn)階段BIM技術(shù)在我國施工領(lǐng)域的應(yīng)用過程中所存在的各項(xiàng)待解決問題。除了上述理論研究之外，BIM技術(shù)還得到了我國部分大型建筑工程（“水立方”、世博會德國館、上海中心大廈等）的應(yīng)用，對多項(xiàng)建筑工程的施工難題予以解決。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用于房建施工類土木工程中的既有價(jià)值

（一）三維模型可視化

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙一般都是平面視圖，如果不具備較強(qiáng)的空間想象力，工程人員便會面臨設(shè)計(jì)圖紙真實(shí)含義的理解難題。BIM三維建模技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用能夠?qū)⑷S立體視圖展示于工程人員面前，幫助其更加清楚地把握結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間所存在的空間位置關(guān)系，進(jìn)而獲得建筑物所包含的各項(xiàng)信息。通過對三維模型與現(xiàn)場的實(shí)際施工情況進(jìn)行比對，房建施工人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)施工過程存在的不足，進(jìn)而及時(shí)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)施工效率的提高。圖1所示為BIM技術(shù)在公寓樓整體建模中的應(yīng)用。

在三維模型中，不同構(gòu)件之間存在著一定的相互關(guān)聯(lián)性，它們共同構(gòu)成一個(gè)整體，如果設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的變更改變了某一結(jié)構(gòu)中的相關(guān)參數(shù)，與其具有關(guān)聯(lián)性的其他構(gòu)件參數(shù)也會相應(yīng)地進(jìn)行變化，以對施工需求予以滿足。

（二）材料工程量自動統(tǒng)計(jì)

材料供給的合理與否能夠?qū)κ┕みM(jìn)度的開展產(chǎn)生直接的影響。通過在房建施工中對BIM技術(shù)予以引入，能夠整合處理龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)資源，并通過相關(guān)的軟件對施工中用到的所有數(shù)據(jù)表進(jìn)行自動導(dǎo)出。此外，在預(yù)制構(gòu)件的購買之時(shí)，相關(guān)人員還可以向廠家發(fā)送所需構(gòu)件的三維模型，提供便于廠家對構(gòu)件相關(guān)信息的掌握與理解，進(jìn)而設(shè)計(jì)出與房建施工要求相符的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對工作效率的提高。

（三）二維出圖

如果僅僅對普通平面設(shè)計(jì)圖紙予以運(yùn)用，房建施工人員的審視工作是無法做到從多個(gè)角度展開的，這會增加準(zhǔn)確定位構(gòu)件的難度，不利于施工的進(jìn)行，有時(shí)甚至?xí)o整個(gè)施工團(tuán)隊(duì)帶來難以估計(jì)的損失。利用BIM技術(shù)在房建工程中構(gòu)建三維模型，在設(shè)計(jì)視圖上對構(gòu)件予以多角度的充分呈現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)偏差，施工人員只需通過更改三維模型參數(shù)便能夠?qū)崿F(xiàn)對圖紙的變更，這能夠在較大的程度上提高施工定位的準(zhǔn)確度，為施工的順利開展與完成打下較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）自動化管理物料跟蹤

在施工過程中對建筑材料進(jìn)行全面的記錄能夠向工程的高質(zhì)與高量完成提供保證。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行房建材料三維參數(shù)模型的構(gòu)建，可將施工環(huán)節(jié)用到的全部材料直接記錄在三維模型中，以實(shí)現(xiàn)物料管理系統(tǒng)的建立與完善。若在施工過程中遇到突發(fā)狀況，可以數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)記錄為依據(jù)進(jìn)行問題出處的參照，避免發(fā)生不良糾紛現(xiàn)象。應(yīng)用Navisworks三維設(shè)計(jì)模型，可以對施工進(jìn)行4D模擬，并良好管理施工進(jìn)度。管理人員可以比對三維模型及實(shí)際的工作狀態(tài)，以此對施工進(jìn)度計(jì)劃予以實(shí)時(shí)且適度的改變，以向各環(huán)節(jié)的有序開展提供保證。利用施工模擬動態(tài)圖，管理人員可以實(shí)現(xiàn)對工程進(jìn)度的合理安排與施工方案的改進(jìn)。

（五）檢測協(xié)調(diào)

基于專業(yè)之間的差異性，在房建施工中進(jìn)行高可行性的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)十分重要，即使是對于相同類型的施工，研究領(lǐng)域的不同也會使得專業(yè)人員之間存在著不同的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)理解，這會造成施工出現(xiàn)一些不便之處，例如剪力墻與機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)沖突等。沖突的存在會使工程出現(xiàn)延期或返工，另一方面，還會對后續(xù)施工的順利實(shí)施產(chǎn)生影響，這勢必會為施工帶來一定的損失。BIM技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用對上述難題予以緩解，在施工的初級階段，相關(guān)人員可以對專業(yè)化的結(jié)構(gòu)、水及電等BIM模型進(jìn)行整合，使其成為一個(gè)整體，進(jìn)而對管線及結(jié)構(gòu)之間的不協(xié)調(diào)性進(jìn)行處理。利用三維模型信息共享還能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，盡可能地降低碰撞點(diǎn)的出現(xiàn)率，向施工的順利進(jìn)行提供保證。

三、BIM技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用實(shí)例

（一）工程簡介

工程屬于一項(xiàng)集資房建設(shè)項(xiàng)目，該建筑的占地面積與總面積分別為1.035×104m2與13.525×104m2。整個(gè)建筑有9棟樓，框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成主要的主體結(jié)構(gòu)，建筑的基礎(chǔ)形式為獨(dú)立與平板式筏板基礎(chǔ)，一些樓梯中還設(shè)有人工挖孔樁。

（二）施工應(yīng)用BIM技術(shù)擬解決的主要問題

工程的計(jì)劃工期比較緊，工程量較大，周邊僅有有限的可利用場地，有著比較迫切的工期控制要求，加之項(xiàng)目的投資量大，成本控制是重點(diǎn)考慮問題，這就要求工程在施工過程中對進(jìn)度要求予以滿足，并且嚴(yán)格對工程成本的控制，因此對BIM技術(shù)予以應(yīng)用，主要解決以下施工現(xiàn)場問題：（1）通過可視化模型對施工方案進(jìn)行調(diào)整，對方案中存在的針對性與實(shí)用性不強(qiáng)等問題予以解決；（2）盡可能地降低由于設(shè)計(jì)的失誤而帶來的各項(xiàng)損失；（3）對工程的施工進(jìn)度與成本進(jìn)行良好的控制。

（三）BIM三維模型的建立

通過Revit軟件對整個(gè)工程建筑專業(yè)進(jìn)行選取，以此來完成BIM三維模型的構(gòu)建。在利用BIM技術(shù)建立了模型之后，場地的地形地貌、各環(huán)節(jié)的平面特征與結(jié)構(gòu)形式及其空間的相互關(guān)系便可清晰地躍然圖紙之上，為現(xiàn)場的組織與管控工作提供便利。

（四）應(yīng)用情況

第一，質(zhì)量管理。在整合房建工程各專業(yè)模型之后，對碰撞檢測予以運(yùn)行，可以在施工之前掌握很多設(shè)計(jì)階段內(nèi)難以察覺的空間沖突，通過及時(shí)反饋所發(fā)現(xiàn)的各項(xiàng)問題，對圖紙進(jìn)行調(diào)整，工程的施工質(zhì)量得到了保證，返工量與成本亦得以節(jié)約。該房建施工項(xiàng)目的全部信息全都包括在了建模平臺之中，現(xiàn)場進(jìn)行項(xiàng)目管理的相關(guān)人員能夠借助于平臺快速地查詢房屋建筑的各個(gè)構(gòu)件，對其特性及材料使用量等相關(guān)信息與數(shù)據(jù)加以了解。除此之外，該房建施工項(xiàng)目還用到了BIM技術(shù)所具有的可視化優(yōu)勢，工程中每個(gè)專業(yè)的施工人員都同其他的相關(guān)人員進(jìn)行了有效的溝通與配合，對工程施工以BIM技術(shù)模擬施工的工藝流程為依據(jù)而開展予以確保，有效減少并適當(dāng)解決了因管理和施工人員因?qū)D紙理解不準(zhǔn)確而引起的各種質(zhì)量問題，房建工程的施工質(zhì)量得到了較大幅度的提升。

第二，安全管理。利用BIM模型，該房建工程對施工現(xiàn)場的安全管理工作實(shí)施了4D模擬，準(zhǔn)確且有效地編制了現(xiàn)場安全管理的各項(xiàng)措施，提高了現(xiàn)場安全管理的針對性，獲得了較為明顯的效果。在施工階段，房建工程項(xiàng)目沒有發(fā)生任何一起安全事故，因而得到了監(jiān)理以及業(yè)主的廣泛認(rèn)可。

第三，進(jìn)度控制。該房建施工項(xiàng)目主要利用虛擬施工來對BIM技術(shù)在進(jìn)度管理應(yīng)用中的優(yōu)勢予以體現(xiàn)，施工過程能夠清晰地呈現(xiàn)于視野之前。對于任何一項(xiàng)建筑的施工工作而言，詳細(xì)的計(jì)劃都是必不可少的，計(jì)劃需細(xì)致到每一位施工人員的具體工作，對施工建筑的流程予以清楚的表達(dá)。該房建施工項(xiàng)目通過BIM技術(shù)對施工計(jì)劃進(jìn)行了更為詳細(xì)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了對計(jì)劃可執(zhí)行度與精準(zhǔn)度的大幅度提升。

通過對每棟樓的施工情況進(jìn)行模擬，能夠向房建工程以合同要求為依據(jù)的完成情況提供保證，下頁圖2所示為該房建施工項(xiàng)目5號樓的施工動畫模擬圖。

由圖2可知，每個(gè)階段不同部位及樓層等的施工進(jìn)度都是可以通過BIM技術(shù)得到實(shí)時(shí)的掌握的，無論進(jìn)度發(fā)生與否，對整個(gè)工程進(jìn)行對比或策劃預(yù)判都有著極為重要的參考與指導(dǎo)意義。

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[責(zé)任編輯 李曉群]