BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中優(yōu)勢分析

范曉琴

Engineering constructionn 工程施工

BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中優(yōu)勢分析

范曉琴

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

為進(jìn)一步體現(xiàn)BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中的優(yōu)勢，現(xiàn)擬對既有文獻(xiàn)資料及相關(guān)案例進(jìn)行梳理，從而明確其在科學(xué)化和數(shù)字化管理方面的突出價(jià)值。通過研究表明，BIM技術(shù)以工程信息大數(shù)據(jù)以及信息化模型作為基礎(chǔ)，它可在施工前以及施工過程之中，利用BIM技術(shù)對詳細(xì)施工情況進(jìn)行模擬，并達(dá)到信息的集成和共享效果，無論是公路橋梁設(shè)計(jì)，還是地下工程建設(shè)，以及與之相對應(yīng)的造價(jià)管理、檢測安裝等，均有明顯的優(yōu)勢。

BIM技術(shù)；復(fù)雜土木工程；施工優(yōu)勢

近年來土木工程施工中三維可視化模型應(yīng)用成為熱點(diǎn)，繼CAD技術(shù)之后，BIM技術(shù)正因其突出優(yōu)勢受到廣泛歡迎。同CAD技術(shù)比較起來，BIM技術(shù)在圖形制作方面與表達(dá)能力方面，都有顯著的進(jìn)步，而且該項(xiàng)技術(shù)的完善，對土木工程建設(shè)尤其是復(fù)雜土木工程建設(shè)的適應(yīng)性將更強(qiáng)。

1 BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中的優(yōu)勢特征

我國規(guī)范對BIM的定義是，BIM技術(shù)意為在建設(shè)工程和設(shè)施的整個(gè)生命期內(nèi)，利用數(shù)字化表達(dá)形式對建筑施工物理與功能特性加以表達(dá)，并以此為基礎(chǔ)完成設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營活動(dòng)[1]。BIM技術(shù)可以基于其強(qiáng)大的新型信息處理技術(shù)，盡最大可能避免復(fù)雜土木工程施工過程中的重復(fù)作業(yè)問題、資源浪費(fèi)等問題，以此滿足施工進(jìn)度提升、生產(chǎn)效率提高的要求，給復(fù)雜土木工程以革命性影響，BIM技術(shù)對于復(fù)雜土木工程的優(yōu)勢特征主要包括系統(tǒng)化，可集成，可共享三大方面。

BIM技術(shù)可以在規(guī)范化的視角影響工程施工中的各個(gè)細(xì)節(jié)，讓不同專業(yè)、各個(gè)環(huán)節(jié)的工作者均可以明確施工問題所在，開展與之對應(yīng)的跨部門（業(yè)主，設(shè)計(jì)，施工，結(jié)構(gòu)，設(shè)備，運(yùn)營維護(hù)等）協(xié)同化作業(yè)，各類種施工信息能夠被集成，有序發(fā)展，使問題得到及時(shí)解決[2]。最大的特色是多方信息資源集成后，均可在BIM技術(shù)保障下進(jìn)行實(shí)時(shí)無障礙共享，這將極大地提升工程信息的利用效率[3]。

2 BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中的應(yīng)用

復(fù)雜土木工程施工，可以利用BIM技術(shù)達(dá)到項(xiàng)目模型構(gòu)建的合理化應(yīng)用效果，正是此類模型的支持，將讓工作人員在查詢施工信息等方面獲益，促進(jìn)項(xiàng)目施工管理效率的提升，此外，BIM技術(shù)還可以起到施工時(shí)不同問題的分別與全面檢測作用，給施工結(jié)構(gòu)的分析提供幫助，有助于施工風(fēng)險(xiǎn)降低，確保復(fù)雜施工高效。

在具體的施工應(yīng)用方面，BIM技術(shù)可以有3D建模和模擬施工兩個(gè)領(lǐng)域的強(qiáng)大作用。

在3D建模方面，BIM技術(shù)將集中體現(xiàn)于復(fù)雜土木工程的施工模型建立方面，利用BIM技術(shù)，讓工程模型能夠在最大可能范圍內(nèi)與真實(shí)構(gòu)件相接近。利用BIM技術(shù)3D建模的圖元組件應(yīng)用范圍非常廣，構(gòu)件可以自由的形式繪制建模。在具體操作過程中，可以根據(jù)模型構(gòu)件的具體大小、數(shù)量、材質(zhì)，以及多種可能的排列組合形式等創(chuàng)建。近幾年，一些現(xiàn)代土木工程建筑往往趨于復(fù)雜化，新穎的造型，讓形式、形狀的多變性超強(qiáng)，這無疑使工程施工難度變大，以BIM技術(shù)完成建模工作，可以更形象地顯現(xiàn)出建筑外形及格局特點(diǎn)，給后續(xù)的具體施工操作提供有價(jià)值參考，比如南京青奧體育公園項(xiàng)目屬于典型復(fù)雜工程，工程總建筑面積逾115700m2，建筑高度43m，地上和地下建筑都非常復(fù)雜，其中看臺座位數(shù)超20000個(gè)，該工程在設(shè)計(jì)工序方面也極為復(fù)雜，如下圖一。主體大部分由HRB335，HRB400級鋼筋構(gòu)成，鋼筋連接方式涉及到搭接、焊接、機(jī)械連接等多種類型，再加之體育館上部結(jié)構(gòu)的梁、板、柱應(yīng)用特點(diǎn)，外裝飾拉索幕墻的形式，都無疑增加了建筑施工的難度。在工程項(xiàng)目期間，青奧項(xiàng)目以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，從工程初始的規(guī)劃階段便進(jìn)行了信息錄入BIM有關(guān)軟件工作，形成科學(xué)化信息管理系統(tǒng)，在很大程度上對節(jié)約成本做出了貢獻(xiàn)。

圖一：體育館鋼結(jié)構(gòu)BIM模型

其次，在模擬施工方面，因其側(cè)重于強(qiáng)調(diào)應(yīng)用BIM技術(shù)達(dá)到3D建模要求，以多種參數(shù)對工程進(jìn)行設(shè)置，讓3D模型擁有可視化與動(dòng)態(tài)化表達(dá)效果，這使工程施工具有前瞻性（詳如下圖二所示），此時(shí)，相關(guān)人員便能夠借助BIM技術(shù)之中特定軟件體系，包括Revit和MVC等，從3D模型向4D應(yīng)用方面的轉(zhuǎn)化，保證BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中的持續(xù)性優(yōu)勢。

比如，在某工程本桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)，全部型鋼柱均出現(xiàn)了變截面，其中一軸處節(jié)點(diǎn)截面由原來直徑2000mm圓形截面改變成矩形截面（1000×1850mm直徑），截面突然變更，重新考慮結(jié)構(gòu)受力，鋼筋重新配筋，問題和難度同時(shí)增加，針對這種情況，可以利用BIM技術(shù)模擬施工現(xiàn)場，在三維立體空間內(nèi)進(jìn)行BIM模擬鋼筋排布施工，同時(shí)做碰撞檢查，避免新構(gòu)件與原模型構(gòu)件發(fā)生沖突。[4]

圖二：BIM技術(shù)模擬施工流程

再以南京青奧體育館為例，該工程建設(shè)周期比較長，不確定性因素多，僅在異形柱施工方案設(shè)計(jì)方面，便包括8根鋼筋混凝土異形柱，且分成Ａ、Ｂ兩類，全部柱均為異形截面構(gòu)造，下窄上寬，靠場外部位有一出矩形槽，尺寸是250mm×250mm，柱頂標(biāo)高是24.6m與22.82m（圖三），由于該構(gòu)建具有復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，因此一定要有專項(xiàng)施工方案，此時(shí)便可以把異形柱構(gòu)建的幾何與物理屬性等置于BIM有關(guān)軟件之中，再對整體結(jié)構(gòu)做出建模，繼而在特定軟件內(nèi)完成安全性與可行性分析。

圖三：體育場異形柱BIM模型

3 BIM技術(shù)在復(fù)雜土木工程施工中的管理

除了施工技術(shù)方面的要點(diǎn)以外，施工管理中BIM技術(shù)的作用同樣值得重視。

關(guān)于施工規(guī)劃問題，BIM技術(shù)的應(yīng)用一方面可以達(dá)到工程施工宏觀控制的良好效果，另一方面還可以針對具體操作環(huán)節(jié)，如部分施工節(jié)點(diǎn)加以精細(xì)化模擬，以此達(dá)到從宏觀到微觀的理想施工規(guī)劃的狀態(tài)。用戶可在此契機(jī)之下做全面而深入的幾何參數(shù)、時(shí)間參數(shù)測量與了解，并通過BIM技術(shù)模型來實(shí)現(xiàn)。舉例來講，當(dāng)面對某項(xiàng)復(fù)雜程度較高的土木工程時(shí)，用戶可建立基于BIM技術(shù)的4D－GCPSU系統(tǒng)，使系統(tǒng)利用參數(shù)達(dá)到現(xiàn)場碰撞分析等作用發(fā)揮出來，從而達(dá)到施工進(jìn)度規(guī)劃與施工材料管理相統(tǒng)一的理想效果。

關(guān)于造價(jià)管理，用戶在BIM技術(shù)的支持下，進(jìn)行造價(jià)估算或者成本核算等活動(dòng)，將最大限度地滿足科學(xué)造價(jià)管理的要求，其中可能涉及到的核算方法有幾種，如以API接口連接成本核算軟件同 BIM技術(shù)的連接，以開放式數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)BIM模型，或者在BIM技術(shù)平臺上，直接提取出有價(jià)值施工信息，再將這些信息導(dǎo)出應(yīng)用等，這些做法均將給復(fù)雜土木工程管理造價(jià)管理提供支持，最終促成工程的合理推進(jìn)[5]。另外，在造價(jià)管理中，BIM技術(shù)的連接還具有天然的投資回報(bào)率優(yōu)勢，比如其本身對于節(jié)約成本的作用，包括出圖等方面的直接成本節(jié)約，以及工期、質(zhì)量等方面的間接成本節(jié)約等。

關(guān)于施工現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控，BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓施工質(zhì)量現(xiàn)場管理利用移動(dòng)端來解決，以便更好地達(dá)到現(xiàn)場質(zhì)量、進(jìn)度、安全、監(jiān)理檢查等問題的解決效果，可使之在三維模型集成的幫助下，使相關(guān)質(zhì)量監(jiān)控人員能夠在PC端隨時(shí)同步查看施工質(zhì)量情況[6]。當(dāng)現(xiàn)場實(shí)拍圖上傳于BIM模型之中以后，其他管理者便能夠點(diǎn)擊相對應(yīng)的位置，根據(jù)提示進(jìn)行現(xiàn)場圖片查看，而相應(yīng)的責(zé)任人員也就可以據(jù)此就采取質(zhì)量問題的有效應(yīng)對措施，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、定位問題、解決問題。同理，如果各方能夠把施工管理、運(yùn)營維護(hù)、項(xiàng)目竣工等所需要的資料、檔案，如大量的驗(yàn)收單、檢驗(yàn)報(bào)告、合格證、設(shè)計(jì)變更單等及時(shí)列入于BIM技術(shù)支持下的模型之中，便可以做到項(xiàng)目資料的統(tǒng)一管理，此時(shí)的施工現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控也將更加有據(jù)可依，可以給整個(gè)施工運(yùn)維調(diào)用提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支持。

4 總結(jié)

BIM技術(shù)具有系統(tǒng)化、集成化與共享化特點(diǎn)，這些特點(diǎn)將在土木工程特別是復(fù)雜土木工程中發(fā)揮出較大優(yōu)勢，因此BIM技術(shù)不但可以用3D的形式把工程建筑外形展示出來，而且還可以準(zhǔn)確模擬復(fù)雜土木工程在施工過程中的整體和細(xì)節(jié)，起到幫助設(shè)計(jì)者與施工者熟悉環(huán)境、完善控制的作用，從而節(jié)約人力、財(cái)力、物力。

[1]GB50010-2010，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]胡泰龍.復(fù)雜密集節(jié)點(diǎn)鋼筋三維排布設(shè)計(jì)與施工模擬應(yīng)用研究[D].青島理工大學(xué)，2015,06.

[3]劉元珍；胡鳳麗等.建筑信息模型技術(shù)在土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].黑龍江教育(高教研究與評估)，2018，（05）：22.

[4]馬彬；唐碧秋.BIM技術(shù)在土木工程專業(yè)教學(xué)中的改革與探索[J].大眾科技，2018，（05）：45-48.

[5]李鵬博.淺談BIM技術(shù)在國內(nèi)土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用[J].廣東蠶業(yè)，2018，（05）：31-33.

[6]張愷韜.基于BIM技術(shù)的隧道參數(shù)化建模與應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2018，5.

范曉琴（1991.09- ），女，漢族，福建泉州，在職研究生，福建省閩南理工學(xué)院，助理實(shí)驗(yàn)師，助理工程師，研究方向：土木工程教學(xué)與研究、BIM建筑設(shè)計(jì)。

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1007-6344（2021）01-0121-02