BIM與土木工程的結(jié)合應(yīng)用

徐凱澳

（紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000）

一、BIM技術(shù)的簡(jiǎn)介

BIM是通過(guò)將數(shù)據(jù)和三維立體模型結(jié)合，幫助設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)管方和業(yè)主等人員利用BIM技術(shù)協(xié)同管理，有效提高施工效率、降低工程成本，實(shí)現(xiàn)通過(guò)整合建筑數(shù)據(jù)，將整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)、施工到管理融為一體，貫穿建筑的全生命周期。BIM的內(nèi)核是利用數(shù)字化技術(shù)，以這個(gè)建筑真實(shí)、完整的信息為依托，建造建筑的三維模型[1-2]。

建筑信息建模是一種新興的技術(shù)創(chuàng)新，已有研究是利用1875篇已發(fā)表的BIM相關(guān)論文對(duì)BIM知識(shí)進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的總結(jié)。結(jié)果表明，信息系統(tǒng)、三維建模、設(shè)計(jì)和可持續(xù)發(fā)展等60個(gè)關(guān)鍵研究領(lǐng)域和建筑設(shè)計(jì)工作室、建筑信息和精益建造等10個(gè)關(guān)鍵研究集群對(duì)BIM知識(shí)的發(fā)展極其重要。這些結(jié)果對(duì)于識(shí)別BIM社區(qū)中的研究集群和主題是有用的。更重要的是，這些結(jié)果有助于強(qiáng)調(diào)BIM相關(guān)研究如何隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，從而極大地有助于理解BIM的基本結(jié)構(gòu)。

二、BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

從2003年國(guó)內(nèi)引進(jìn)了BIM技術(shù)，到2013年建筑業(yè)開(kāi)始大范圍的使用BIM技術(shù)，從業(yè)人員不斷深化BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)和分析建筑成本，大大降低了近年來(lái)工程事故的發(fā)生，也避免了因人工失誤導(dǎo)致的工程成本錯(cuò)誤，使得工程效率和工程安全得到了有效的提高。但是即便BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的如此迅速，和國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有待提高。以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為例，自2013年起B(yǎng)IM技術(shù)在國(guó)內(nèi)大范圍的使用，但至今未有一份統(tǒng)一的BIM規(guī)范，各省市自治區(qū)都有著自己的規(guī)范，甚至有些大的集團(tuán)公司或BIM咨詢(xún)公司都有著不同于其他的規(guī)范。這樣也就導(dǎo)致了行業(yè)內(nèi)對(duì)BIM的要求無(wú)法達(dá)到共識(shí)，沒(méi)有參考標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致BIM成果不能像傳統(tǒng)工程一樣有著統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

建筑業(yè)產(chǎn)生的固體廢物占全球的50%。世界各國(guó)政府制定了關(guān)于建筑材料回收和再利用的立法和條例，旨在減少?gòu)U物和環(huán)境影響。研究人員還一直在開(kāi)發(fā)建筑和拆除廢物管理的戰(zhàn)略和模型。建筑信息建模的應(yīng)用就是一個(gè)例子，BIM是一種新興技術(shù)，尤其是建筑的固定裝置和配件在BIM模型中沒(méi)有考慮。BIM的開(kāi)發(fā)基于二維圖紙或草圖，這些圖紙或草圖可能無(wú)法準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為三維BIM模型。此外，以往的研究主要集中在建筑垃圾管理上。關(guān)于以拆遷為重點(diǎn)的拆遷廢物管理的研究很少。為了填補(bǔ)這一空白，本文旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)框架，使用重建的三維模型與BIM，以提高BIM的準(zhǔn)確性，從而開(kāi)發(fā)一個(gè)解構(gòu)廢物管理系統(tǒng)，以提高拆除效率，有效回收和成本節(jié)約。特別是，已開(kāi)發(fā)的竣工BIM將用于識(shí)別和測(cè)量可回收材料，以及制定回收過(guò)程計(jì)劃。

同時(shí)，建筑行業(yè)如今正受到建筑生命周期中信息管理的巨大變革的影響。國(guó)際、歐洲和國(guó)家工作組為解決與BIM相關(guān)的問(wèn)題和克服基于BIM的流程中可能出現(xiàn)的障礙做出了巨大努力。在意大利，開(kāi)展了一個(gè)國(guó)家研究項(xiàng)目，即創(chuàng)新項(xiàng)目，提出了管理建筑工程信息的解決方案。已經(jīng)為建筑工程中采用的產(chǎn)品和對(duì)象、表征建筑物的空間以及整個(gè)建筑過(guò)程中涉及的行為者開(kāi)發(fā)了分類(lèi)系統(tǒng)、信息結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)和BIM對(duì)象。已有學(xué)者通過(guò)創(chuàng)新BIM庫(kù)方法分類(lèi)和標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象的要求已經(jīng)從對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的分析開(kāi)始定義，特別是已經(jīng)對(duì)BIM指南和現(xiàn)有產(chǎn)品庫(kù)進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述，提供了關(guān)于信息標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)際情況的可靠描述，并強(qiáng)調(diào)了建議方法的主要?jiǎng)?chuàng)新。他們提出的開(kāi)發(fā)BIM庫(kù)的方法利用了一致的信息結(jié)構(gòu)。在主要優(yōu)勢(shì)中，開(kāi)發(fā)的解決方案是獨(dú)立于軟件的，它不僅面向設(shè)計(jì)，而且收集與不同系統(tǒng)（例如，空間系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和過(guò)程）相關(guān)的信息。

三、BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用

（一）BIM技術(shù)在施工前設(shè)計(jì)方案檢查的應(yīng)用

施工圖設(shè)計(jì)是整個(gè)建造過(guò)程中的第一步驟，其在BIM中也占有極大的的比例。所以對(duì)于施工圖設(shè)計(jì)方案的檢查也是至關(guān)重要的一步，在施工前期，將各項(xiàng)指標(biāo)和施工細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，以便在施工前將可能存在的問(wèn)題解決，使得整個(gè)工程正常進(jìn)行。運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢查的時(shí)候，運(yùn)用BIM的特點(diǎn)將施工過(guò)程模擬出來(lái)，提高準(zhǔn)確度，降低風(fēng)險(xiǎn)，更方便技術(shù)人員隨時(shí)掌握工程情況，在工程過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證方案的可行性。

（二）BIM技術(shù)在施工成本計(jì)算上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的施工成本計(jì)算有兩種方法：一是繪制二維圖紙，人工計(jì)算工程量；二是利用算量軟件，在軟件中建立模型，再計(jì)算工程量。相對(duì)于BIM技術(shù)而言，兩者都需要大量的時(shí)間和精力。所以運(yùn)用BIM技術(shù)，在構(gòu)建3D模型的基礎(chǔ)上，加上成本和施工進(jìn)度，構(gòu)建5D系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理施工全過(guò)程。通過(guò)該平臺(tái)，可模擬出各個(gè)階段，所需的人力、物力和資源的成本，再對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行優(yōu)化，將不必要的成本消除。同樣，在施工過(guò)程中，同樣可以利用這個(gè)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)的消耗，及時(shí)作出調(diào)整，有利于成本的降低，施工進(jìn)程的加快。

（三）BIM技術(shù)在施工技術(shù)上的應(yīng)用

1.3D模型的可視化應(yīng)用。在利用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑的三維模型時(shí)，可以通過(guò)圖元結(jié)構(gòu)自由編寫(xiě)，所以在實(shí)際的應(yīng)用中，施工者可以根據(jù)建筑的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，自行改變材料的數(shù)量、尺寸等。通過(guò)三維建筑模型可以真實(shí)地反映建筑的形態(tài)，以此發(fā)現(xiàn)理論和實(shí)際的差距和不合理性，從而避免了在傳統(tǒng)建造中施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)的困難。同時(shí)三維模型的可視化讓業(yè)主對(duì)建筑進(jìn)行了評(píng)估，從而做出反應(yīng)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題作出調(diào)整。

2.BIM模擬性的應(yīng)用。模擬性不光指將建筑形態(tài)模擬出來(lái)，更指的是在三維模型建造出來(lái)之后，對(duì)其進(jìn)行模擬建造，通過(guò)對(duì)時(shí)間的調(diào)控，將施工的各個(gè)環(huán)節(jié)的情況以動(dòng)態(tài)的形式展現(xiàn)出來(lái)，這樣有利于對(duì)工程的初步把控，以及對(duì)人員的分配等。如今，大部分的工程中除了使用BIM技術(shù)以外，還利用WBS等技術(shù)，以此可分析使用BIM技術(shù)對(duì)工程有什么樣的改變，詳細(xì)了解工程進(jìn)度和過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出更合理的建議。

（四）BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

在土木工程施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的二維圖紙很難實(shí)現(xiàn)施工人員對(duì)項(xiàng)目的全面了解，但如果通過(guò)BIM技術(shù)建立建筑的三維模型，就可以通過(guò)模擬施工過(guò)程，觀測(cè)施工情況，并依據(jù)實(shí)際施工狀況，對(duì)項(xiàng)目的資源消耗和損壞進(jìn)行及時(shí)的更新。同時(shí)，BIM技術(shù)對(duì)于建筑信息的管理，也為后期工程管理提供了豐富的信息和數(shù)據(jù)依托。借助BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，迅速掌握工程相關(guān)信息，通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)方案與材料實(shí)際耗損等數(shù)據(jù)，深入了解項(xiàng)目的可實(shí)施性、材料利用率等，在此基礎(chǔ)上，減少工程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

也有研究指出在施工管理中使用構(gòu)建信息建模（BIM）模型來(lái)教授生產(chǎn)節(jié)拍、流水線(xiàn)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)優(yōu)先關(guān)系等計(jì)劃方法的策略。首先，利用傳統(tǒng)的工具建立基礎(chǔ)，如電子表格和2D圖紙，包括生產(chǎn)節(jié)拍、出油管線(xiàn)和工藝流程圖。第二，3D和4D模型與Revit 2016和Navis works 2016一起用于將之前的時(shí)間表與BIM模型集成，并確定BIM在施工管理中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。