市政工程設(shè)計中BIM技術(shù)的發(fā)展前景探討

周力強 黃建軍

烏魯木齊市城建設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830092

在大自然中，人類是非常渺小的，僅依靠單一的個體力量難以在不斷變化的自然環(huán)境下生存，因而人們逐漸從單一個體形成團(tuán)體，組建城市，以改善原有的生活環(huán)境。

在城市建設(shè)的長期發(fā)展中，隨著工業(yè)化的推進(jìn)，使城市迎來了發(fā)展的關(guān)鍵時期，為人們提供了更加豐富安全的生活環(huán)境。但隨著時間的推移，在人口大規(guī)模遷移下，城市人口劇增，從而增加了城市垃圾，破壞了城市生態(tài)系統(tǒng)，并且隨著科技發(fā)展，車輛越來越普遍，交通擁堵現(xiàn)象普遍發(fā)生，這嚴(yán)重影響了居民的正常生活。因而，在這一背景下，提升市政工程設(shè)計能力，實現(xiàn)人與自然的和諧相處至關(guān)重要。

市政工程設(shè)計的要求越來越高，要想滿足這些高要求，首要應(yīng)加強技術(shù)應(yīng)用，在最初應(yīng)用CAD技術(shù)時，極大程度的推動了工程發(fā)展，因而在目前的BIM技術(shù)應(yīng)用下，市政工程也將迎來進(jìn)一步優(yōu)化提升。

1 簡述BIM技術(shù)

1.1 闡述BIM技術(shù)的概念

BIM技術(shù)是基于信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的一款建筑信息模型，內(nèi)部包含了大量與工程項目有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)⒐こ添椖坷脭?shù)字化形式直觀的呈現(xiàn)給用戶。在BIM理論的基礎(chǔ)中包含了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS理念，其是將CAD和CAM進(jìn)行結(jié)合的產(chǎn)物，并且還包含產(chǎn)品信息模型，即依托于PDM和STEP標(biāo)準(zhǔn)所形成的。

從BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，其需要包含有關(guān)建筑工程的信息庫，而信息中要有建筑幾何信息、狀態(tài)參數(shù)、空間狀態(tài)等，為了實現(xiàn)信息的錄入，要應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)基于支持。具體而言，BIM技術(shù)以三維模型為主，通過集成數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的共享，能夠解決分布式、異構(gòu)式工程存在的負(fù)面問題，同時，其能夠進(jìn)行工程項目演化，有利于規(guī)避信息差異化問題，從而為工程設(shè)計提供有力依據(jù)。

1.2 BIM技術(shù)主要軟件

BIM技術(shù)的應(yīng)用需要借助BIM軟件，而僅僅依靠單一的軟件是無法真正發(fā)揮該項技術(shù)優(yōu)勢的，所以在工程項目中往往需要應(yīng)用到數(shù)十個BIM軟件，只有對這些軟件熟練掌握，以及融合應(yīng)用，才能最大限度的體現(xiàn)BIM技術(shù)的價值，目前，在各類軟件中以BIM AuthoringSoftware為主，這類軟件也是BIM的核心。

早在2002年，Autodesk公司就對BIM理念提出了研究計劃，并且投入了大量的精力，用于該技術(shù)的研發(fā)以及拓展。但在開發(fā)過程中，由于底層代碼的復(fù)雜性，為其計算硬件帶來了較大壓力，所以在后續(xù)的研發(fā)中逐漸以優(yōu)化底層代碼為主。目前，工廠設(shè)計中應(yīng)用比較普遍的是Bentley的產(chǎn)品，而最初比較占據(jù)優(yōu)勢的當(dāng)屬ArchiCAD，屬于主要BIM軟件，其在我國市場上最初效果顯著，但隨著配套功能與設(shè)計院體制的矛盾增加，對該軟件的應(yīng)用產(chǎn)生了一定程度的限制。此外，CATIA軟件在現(xiàn)階段有著重要地位，能夠為機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域提供充分的支持，已經(jīng)普遍應(yīng)用于航天、汽車領(lǐng)域中，并且將其應(yīng)用到建筑工程行業(yè)，也能發(fā)揮較高的作用效果，與傳統(tǒng)的建筑軟件相比，依然具備優(yōu)勢。但在實際應(yīng)用中，由于該軟件在建筑工程中的應(yīng)用時間較短，在細(xì)節(jié)方面有所不足，無法有效銜接員工與項目的聯(lián)系。

建筑工程內(nèi)容復(fù)雜，隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑規(guī)模更是迎來了進(jìn)一步擴(kuò)展，使其所涉及的專業(yè)范圍增大，與此同時，BIM技術(shù)的應(yīng)用需要落實到工程項目的各個階段，要開發(fā)一系列的配套軟件，以此發(fā)揮BIM技術(shù)的功能。目前，具體的軟件有工程方案設(shè)計軟件、幾何造型設(shè)計軟件、機(jī)電工程安裝軟件、工程結(jié)構(gòu)分析軟件、可視化軟件。其次，還有結(jié)合綠色發(fā)展理念的綠色施工設(shè)計軟件、以及用于管理的造價管理軟件、運營管理軟件、審核軟件。此外，還有用于機(jī)電安裝工程的機(jī)電分析軟件，以及繪圖軟件。

2 簡述BIM技術(shù)的主要優(yōu)勢

2.1 具有可視化優(yōu)勢

BIM軟件可以進(jìn)行三維施工圖設(shè)計，有利于對工程項目特征以及功能的直觀展示，能夠使施工人員明確技術(shù)要點，探查施工問題，從而提前制定應(yīng)對措施以及優(yōu)化施工設(shè)計。這一優(yōu)勢在規(guī)模較大，內(nèi)容復(fù)雜的工程項目中尤為突出，可以大幅度提升施工效率以及質(zhì)量。其次，通過三維展示，可以讓業(yè)主對項目設(shè)計全面了解，從而提出改進(jìn)需求，以便于建設(shè)單位進(jìn)一步完善。

2.2 具有協(xié)調(diào)性優(yōu)勢

市政工程所涉及的專業(yè)是廣泛的，因而需要各部門、各人員進(jìn)行協(xié)作配合，但不同的專業(yè)之間有一定的邊界，使用傳統(tǒng)的二維設(shè)計，不利于各方人員的協(xié)調(diào)溝通，從而無法有效銜接各個施工工序。而通過BIM軟件，可以為各方人員提供深層次交流平臺，并且有充足的信息支持，可以實現(xiàn)各人員間的有效交流，從而確保工程的順利開展。

2.3 具有模擬運營優(yōu)勢

工程項目往往是長期的，不僅要保障設(shè)計方案的合理有效，還要滿足有序施工以及后期使用的相關(guān)要求，所以設(shè)計人員要提前對后續(xù)的各類情況進(jìn)行預(yù)測分析，并針對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。為此，BIM技術(shù)的模擬優(yōu)勢就可以得到充分體現(xiàn)，其能夠針對后續(xù)的運營進(jìn)行模擬，例如節(jié)能效果、緊急疏散能力等。

2.4 具有提升投資可靠性優(yōu)勢

工程項目的投資具有較大的風(fēng)險，需要專業(yè)人員對工程的各個階段進(jìn)行綜合性評估，而專業(yè)人員的能力以及精力是有限的，特別是在工程量較大的工程中，發(fā)揮的作用更不明顯，這使其難以規(guī)避投資中潛在的風(fēng)險。但在BIM技術(shù)的支持下，評估人員可以利用計算軟件，對工程量進(jìn)行全面的計算分析，從而提升評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，這一方面可以為業(yè)主投資提供保障，另一方面也有助于國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.5 具有成圖優(yōu)勢

設(shè)計圖紙是工程項目順利開展的主要依據(jù)，所以具有重要作用，但設(shè)計圖紙的成圖難度較大，要想把完美的設(shè)計方案呈現(xiàn)在圖紙上，以便于員工理解，具有一定的難度。這時就可以利用BIM技術(shù)，其能夠快速精準(zhǔn)的進(jìn)行二維設(shè)計圖繪制，而且能在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步檢查碰撞等問題，從而提供專業(yè)性優(yōu)化方案。

綜上所述，BIM技術(shù)的優(yōu)勢極為顯著，可以在工程項目中發(fā)揮極為重要的作用，較傳統(tǒng)的CAD技術(shù)相比，能更好的提升工程設(shè)計效率以及質(zhì)量，并且可以對工程項目中不易發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行排查。在近年來，該技術(shù)更是取得了重大突破，功能愈發(fā)完善，應(yīng)用范圍也得到了進(jìn)一步拓展。以Revit軟件為例，在工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛，并且已經(jīng)被眾多高校作為工程專業(yè)必學(xué)的課程。同時，還有ArchiCAD軟件，經(jīng)過進(jìn)一步開發(fā)，有效的結(jié)合了我國設(shè)計人員的工作特點，因而發(fā)揮的作用更加明顯。具體而言，BIM技術(shù)的這些優(yōu)勢，為其在工程設(shè)計中奠定了堅實的地位。

3 市政工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的積極影響

市政工程與人們的日常生活密切相關(guān)，所以國家高度重視該項工程建設(shè)，并且投入了大量資金，致力于提升市政工程整體水平。因此，設(shè)計院要發(fā)揮自身價值，從管理模式等角度出發(fā)，進(jìn)一步提升設(shè)計效率以及質(zhì)量，滿足國家以及用戶對市政工程的具體需求。同時，要積極應(yīng)用BIM技術(shù)，發(fā)揮其優(yōu)勢，從而為市政工程建設(shè)創(chuàng)造積極影響。具體如下。

第一，能夠?qū)⒃O(shè)計人員的設(shè)計思路準(zhǔn)確直觀的表現(xiàn)出來。近年來，市政工程發(fā)生了巨大改變，一方面居民用戶對市政工程的功能、外觀要求越來越高，另一方面城市化發(fā)展為市政工程帶來了較大壓力，這都迫使市政工程設(shè)計不斷進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)時代發(fā)展。以市政工程中最主要的道路工程、給排水工程為例，國家對于工程項目提出了高度標(biāo)準(zhǔn)，例如《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等，這些規(guī)范的提出，使市政工程設(shè)計更為嚴(yán)格，要求設(shè)計中綜合考慮各方面因素，要同時滿足經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益。因此，若在市政工程設(shè)計中依然僅使用以二維為主的傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，將難以滿足這些高標(biāo)準(zhǔn)，主要是因為復(fù)雜的工程項目難以在二維圖紙上展現(xiàn)出來，從而令設(shè)計人員無法發(fā)現(xiàn)工程施工中可能出現(xiàn)的各類問題，也難以為施工人員提供清晰明了的施工依據(jù)。為此，要想解決這些問題，提升工程設(shè)計質(zhì)量，就應(yīng)該引入BIM技術(shù)，利用三維模型進(jìn)行設(shè)計思路的表達(dá)，從而可以充分將設(shè)計人員的想法用數(shù)字化、圖像化的方式呈現(xiàn)，也可以實現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合，并為施工人員提供可靠的施工依據(jù)，進(jìn)而滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

第二，能夠促進(jìn)設(shè)計院的轉(zhuǎn)型升級。現(xiàn)階段，城市化進(jìn)程不斷加快，使工程行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)了激烈的市場競爭，作為行業(yè)領(lǐng)軍的設(shè)計院應(yīng)該積極發(fā)揮自身服務(wù)性作用，從居民用戶的角度出發(fā)，提供更加貼心舒適的服務(wù)，以滿足用戶需求。這種服務(wù)不僅要體現(xiàn)在設(shè)計階段，還要體現(xiàn)在后期維護(hù)中，應(yīng)貫徹工程項目的全過程。因而設(shè)計院就要進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)型升級，主要實現(xiàn)從重視設(shè)計到重視全過程的轉(zhuǎn)變，以給排水工程為例，要涉及到管路設(shè)計、管路運行、管路養(yǎng)護(hù)、管路維修，以及環(huán)保問題。這時就需要應(yīng)用BIM技術(shù)，在設(shè)計階段對這些問題進(jìn)行綜合考慮，以此優(yōu)化設(shè)計方案，發(fā)揮服務(wù)性作用，從而提升設(shè)計院的市場競爭力[1]。

第三，能夠提升工程項目管理水平，以及節(jié)約資源。工程項目涉及內(nèi)容較多，工期較長，容易受到外界因素的影響，從而增加施工成本以及浪費施工資源。因此，在工程施工之前，需要經(jīng)過全面的分析協(xié)商，以確保施工方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性、科學(xué)性，并且對建設(shè)時期存在的潛在問題進(jìn)行掌握以及處理，從而降低外界因素的影響，提升工程項目的管理水平。所以應(yīng)用BIM技術(shù)至關(guān)重要，其可以對人員分配、工程計劃進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以此避免資源的浪費，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益[2]。

4 實際應(yīng)用BIM技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的問題

目前，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，可以避免一系列施工問題，但在市政工程中的應(yīng)用還存在不足，主要是因為一下各種原因。

第一，缺乏充足的資料依據(jù)。市政工程改建項目較多，往往因為時間的推移，會造成設(shè)計資料的丟失，并且因以往監(jiān)管機(jī)制的不足，導(dǎo)致一些資料存在嚴(yán)重錯誤，這些為BIM技術(shù)的應(yīng)用帶來了一定難度，無法為建模提供有效依據(jù)，從而使構(gòu)建的模型缺乏有效性。

第二，軟件學(xué)習(xí)難度較大。我國設(shè)計師的設(shè)計思路大都停留在傳統(tǒng)的二維設(shè)計上，對于三維設(shè)計的適應(yīng)明顯不足，這使設(shè)計人員難以熟練掌握BIM軟件的應(yīng)用。若要對其進(jìn)行認(rèn)真學(xué)習(xí)，則需要投入大量的精力以及財力、時間，因而一些中小型設(shè)計院難以有效支持BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)。

第三，軟件自身有待進(jìn)一步完善。BIM技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步完善，一些軟件難以對工程項目進(jìn)行精準(zhǔn)計算以及設(shè)計，例如給排水工程，該項技術(shù)軟件就無法滿足人性化要求，從而為工程設(shè)計帶來了負(fù)面影響。同時，我國地域遼闊，氣候差異較大，在工程設(shè)計中往往由于地區(qū)的不同，設(shè)計特色也不同，因而僅依靠BIM軟件難以滿足設(shè)計的多樣化要求。

5 市政工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的改進(jìn)策略

5.1 加強BIM技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計思路

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用存在一些問題，而傳統(tǒng)的CAD技術(shù)發(fā)揮的作用較為顯著，但依然要重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，這必然是工程行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。同時，設(shè)計人員要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計思路，實現(xiàn)思路以及技術(shù)的同步提升，一方面要結(jié)合國家節(jié)能減排的綠色環(huán)保理念，進(jìn)行工程設(shè)計，另一方面要加強對BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，確保能夠熟練操作，這樣能夠最大限度的發(fā)揮BIM技術(shù)的實際價值[3]。

5.2 為設(shè)計人創(chuàng)造更大的發(fā)展空間

BIM技術(shù)的應(yīng)用主要依賴于設(shè)計人員，所以設(shè)計院要重視設(shè)計人員的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用。首先，要為設(shè)計人員提供充足的學(xué)習(xí)時間，以及系統(tǒng)的學(xué)習(xí)體系，確保設(shè)計人員能夠掌握BIM技術(shù)。同時，要與建設(shè)單位協(xié)同合作，一方面通過BIM設(shè)計方案引導(dǎo)建設(shè)單位重視以及接受BIM設(shè)計理念，另一方面要通過各方的協(xié)調(diào)合作，為設(shè)計人員創(chuàng)造意見統(tǒng)一的設(shè)計環(huán)境，從而使設(shè)計人員能夠有效應(yīng)用BIM技術(shù)。其次，要建立針對性的激勵機(jī)制，通過適當(dāng)?shù)睦嫱苿釉O(shè)計人員的學(xué)習(xí)積極性，從而令設(shè)計人員可以主動的進(jìn)行學(xué)習(xí)以及應(yīng)用，進(jìn)而在不斷使用中提升應(yīng)用水平，并且在設(shè)計人員熟練掌握BIM技術(shù)后，也可以為設(shè)計院帶來更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 提升行業(yè)頂層的重視力度，推動BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用需要行業(yè)各級人員的參與，僅依靠部分單位的應(yīng)用顯然是不夠的，所以行業(yè)頂層要對BIM技術(shù)給予足夠的重視，并給予政策以及技術(shù)支持。具體而言，我國在BIM技術(shù)的開發(fā)上與發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的落后性，部分復(fù)雜工程需要借助國外機(jī)構(gòu)進(jìn)行，從而影響了我國效益，所以我國頂層人員要加強BIM軟件的研發(fā)力度，完善其在市政工程應(yīng)用中的功能。同時，國家層面也要出臺相關(guān)的政策，制定嚴(yán)格的法律法規(guī)，促使BIM技術(shù)的應(yīng)用規(guī)范化、系統(tǒng)化，并且也要加強宣傳力度，不斷通過推廣實現(xiàn)BIM技術(shù)的普遍應(yīng)用。

6 總結(jié)

綜上所述，在市政工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)已經(jīng)是時代發(fā)展的必然趨勢，所以設(shè)計院要明確該項技術(shù)的優(yōu)勢以及積極作用，不斷提高應(yīng)用力度。同時，還應(yīng)該針對資料不足、學(xué)習(xí)難度大、技術(shù)不完善等問題進(jìn)行改進(jìn)，并通過調(diào)整設(shè)計思路，提升設(shè)計人員專業(yè)水平，加強頂層重視等措施，從根本上發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用價值，這在未來會取得極為顯著的成果。