BIM模型庫(kù)在港工等建設(shè)工程類專業(yè)課中的應(yīng)用

◎葛權(quán) 張俊生 徐明慧 大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院

1.引言

隨著當(dāng)前科技發(fā)展水平的不斷提高，一些新工具、新方法不斷創(chuàng)新，一方面成為工程技術(shù)發(fā)展的新突破，另一方面也為工程技術(shù)的便捷化提供了平臺(tái)。在包括港口工程在內(nèi)的建設(shè)工程領(lǐng)域，不斷創(chuàng)新的新科技對(duì)其發(fā)展具有著十分關(guān)鍵的重要性。為進(jìn)一步提高港口工程的教學(xué)質(zhì)量，以及保證和加深學(xué)生們對(duì)工程建設(shè)的空間影像化與專業(yè)理論的對(duì)應(yīng)映射關(guān)系，在港口工程的專業(yè)課程中利用新手段、新技術(shù)便利專業(yè)知識(shí)教育，十分迫切，也極為有利。在當(dāng)前的建設(shè)工程專業(yè)教育中，積極運(yùn)用BIM(建筑信息模型)技術(shù)，既可以形象化教學(xué)，便于學(xué)生理解相應(yīng)的工程設(shè)施和對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工等專業(yè)理論，達(dá)到有效提升其教學(xué)質(zhì)量的效果，同時(shí)也為學(xué)生在未來工作中全面提高建設(shè)工程的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。所以，應(yīng)當(dāng)把基于BIM技術(shù)建立的工程設(shè)施模型庫(kù)應(yīng)用于相關(guān)專業(yè)課教學(xué)中，并借此建立不同專業(yè)課程間的聯(lián)系體系，構(gòu)建完整而協(xié)調(diào)的專業(yè)知識(shí)框架，同時(shí)，這也為在建設(shè)工程管理中普及運(yùn)用BIM方法提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

BIM 的全名為Building Information Modeling，即建筑信息模型。這里值得注意的是，英文名稱從前期的“Building Information Model”替換為“Building Information modeling”，通過“modeling”強(qiáng)調(diào)了該技術(shù)的動(dòng)態(tài)過程，即是建設(shè)工程相關(guān)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)技術(shù)應(yīng)用，而不是簡(jiǎn)單的靜態(tài)模型展示。換句話說，立體化模型的展示只是新技術(shù)效用的最簡(jiǎn)單形式，而更復(fù)雜、更有價(jià)值的是新技術(shù)本身的全過程應(yīng)用，包含立體模型的建立，但更包括工程模型化的組織過程及其所映射的設(shè)計(jì)和施工原理，這是工程技術(shù)數(shù)值化的更高價(jià)值所在。作為建筑信息管理模型基礎(chǔ)，它的特征主要有可視性、統(tǒng)一、參量化、適應(yīng)性、模擬性、優(yōu)化性和建筑信息系統(tǒng)的整體性，可以說BIM技術(shù)能夠貫穿整個(gè)建筑管理系統(tǒng)的全生命周期。BIM系統(tǒng)將建設(shè)工程引入到直觀三維視圖，利用數(shù)字化信息技術(shù)為建設(shè)工程主體構(gòu)建了工程數(shù)據(jù)庫(kù)，包含建筑的專業(yè)信息、構(gòu)造信息和建筑現(xiàn)狀信息等資料，并把空間結(jié)構(gòu)、人類活動(dòng)行為等不屬于建筑構(gòu)件對(duì)象的狀態(tài)信息以三維模式加以顯示，在極大程度上增強(qiáng)了建筑信息的集成和一體可視化動(dòng)態(tài)考察，極大地提高了建設(shè)工程項(xiàng)目的品質(zhì)，同時(shí)更高效率地規(guī)范建設(shè)過程，并有效降低施工成本。

2.BIM技術(shù)在教學(xué)中的作用

BIM技術(shù)對(duì)港口工程等建設(shè)工程學(xué)科教學(xué)提供了可視的三維化模型和協(xié)調(diào)一致的專業(yè)知識(shí)體系構(gòu)架工具。

2.1 有利于教學(xué)中工程實(shí)景的理解

在包含港口工程在內(nèi)的所有建設(shè)工程類科目課程中使用BIM技術(shù)，可以更有效地對(duì)工程建設(shè)做出更加具體和細(xì)致的過程策劃，將工程建設(shè)的有關(guān)內(nèi)容如工程設(shè)計(jì)圖紙的審批和施工組織、施工過程中的質(zhì)量監(jiān)控、投資管理、工程支出計(jì)劃等環(huán)節(jié)和全部設(shè)計(jì)施工管理過程進(jìn)行信息化，并按照工程建設(shè)的總體目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)模型、功能模塊和大數(shù)據(jù)分析庫(kù)的構(gòu)建，將整個(gè)建設(shè)工程的施工過程展示在學(xué)生的視野中，形成工程實(shí)景的影像化，不再是片面的平面理解，同時(shí)也可以把港口的構(gòu)建過程展示出來，這會(huì)在教學(xué)過程中增強(qiáng)學(xué)生參與到實(shí)際工程的代入感，加深學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)過程的理解，提高學(xué)習(xí)熱情。而且港口工程的工程項(xiàng)目施工時(shí)，所涉及的建筑構(gòu)件都是粗大類型的構(gòu)件，僅靠講解是無法全面立體的講述清楚工程構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用，不方便正常授課，對(duì)于立體感較差的學(xué)生是非常難以理解的。這時(shí)運(yùn)用BIM技術(shù)可以把工程具象化展示出來，等比例縮放，方便學(xué)生理解。同時(shí)通過BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型分析也是極為便利的。

2.2 有助于構(gòu)建完整的、協(xié)調(diào)一致的工程專業(yè)知識(shí)體系

在建設(shè)工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)中運(yùn)用BIM信息技術(shù)，能夠有效地通過立體化、可視化的工程模型構(gòu)建過程，全面展示工程設(shè)計(jì)、施工等建設(shè)過程，這使得割裂于各專業(yè)課程中的專業(yè)知識(shí)能通過3D技術(shù)影響過程，形象化地融匯于模型之中形成協(xié)調(diào)一致的知識(shí)體系，并與實(shí)際工程有效對(duì)應(yīng)，形成映射。而對(duì)于最直觀化的建設(shè)工程信息庫(kù)而言，這項(xiàng)技術(shù)在教學(xué)過程中可以更好地構(gòu)建一個(gè)模型庫(kù)，并逐年積累，豐富模型的種類和數(shù)量，在日常教學(xué)活動(dòng)中方便學(xué)生取用，結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，構(gòu)建整體工程模型，驗(yàn)證自己專業(yè)知識(shí)體系。從結(jié)果上查漏補(bǔ)缺，使專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)化并協(xié)調(diào)一致。這一過程使學(xué)生分析、理解、掌握工程建設(shè)過程省下一大部分時(shí)間與精力。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，BIM技術(shù)在我國(guó)高校的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，急需建立一個(gè)BIM數(shù)據(jù)模型庫(kù)豐富各種不同的建設(shè)工程專業(yè)教學(xué)應(yīng)用。

3.BIM技術(shù)具體在項(xiàng)目管理課程中的運(yùn)用

3.1 項(xiàng)目決策

因?yàn)榻ㄖ^程容易受到建筑物布局、氣候條件、土壤、地形地貌等多方面因素的影響，因此，在工程項(xiàng)目決策時(shí)，往往需要對(duì)這些因素加以全面的考察與研究。傳統(tǒng)的分析研究，需要對(duì)建筑水溫地貌土壤環(huán)境等信息進(jìn)行大規(guī)模的采集，并進(jìn)行相應(yīng)歸類、比對(duì)，但信息的割裂化和缺乏完整性的數(shù)據(jù)羅列，使得決策依據(jù)難以辨識(shí)，形成結(jié)論的分析過程不夠可靠。而BIM技術(shù)則既能夠?qū)ㄔO(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境進(jìn)行模擬計(jì)算，也能夠全面剖析與研究建筑本身的形態(tài)結(jié)構(gòu)，工程項(xiàng)目決策過程屬于施工項(xiàng)目管理中的一個(gè)關(guān)鍵階段，通過BIM技術(shù)可以收集大量、全方位的工程信息數(shù)據(jù)，并融合了其可視化、仿真性、協(xié)調(diào)能力、優(yōu)化性等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)模擬施工的項(xiàng)目過程進(jìn)行了有效優(yōu)化改造，從而有效保證了工程項(xiàng)目決策的完整性與準(zhǔn)確度。從技術(shù)上來說生產(chǎn)力的發(fā)展與進(jìn)步與科技是密切相關(guān)的。大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)模型是最寶貴的可視化資源之一。而通過大量的收集項(xiàng)目決策中的案例就可以盡可能的減小項(xiàng)目決策中存在的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)過程目前還未完善還需要進(jìn)行大量的累計(jì)與統(tǒng)計(jì)。

3.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在建設(shè)工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM信息技術(shù)，能夠使設(shè)計(jì)過程中的階段性成果直觀、可視地呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者眼前。形式是否合理、各部分是否有效銜接、功能是否滿足使用要求、承載狀況是否滿足要求、區(qū)域布置是否美觀、建筑特點(diǎn)是否完整表達(dá)等問題，都能直接以立體形式展現(xiàn)出來，可以顯著提高設(shè)計(jì)方案的比選與可實(shí)施能力，增加效益。給建筑人員提供更明確更直觀的理解，建設(shè)工程的實(shí)施過程牽涉到許多方面，需要各方面專業(yè)技術(shù)人員開展良好的溝通交流，共享資料。運(yùn)用BIM信息技術(shù)的三維立體建模能力，為建設(shè)工程設(shè)計(jì)中的各方創(chuàng)造了良好的工作平臺(tái)，有效減少了由于建筑設(shè)計(jì)圖紙不直觀所造成的錯(cuò)、漏、碰、缺等安全隱患，有效降低了建設(shè)工程設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。另外，BIM設(shè)計(jì)還通過大數(shù)據(jù)的共享，保證了與施工過程的高效聯(lián)系，使施工有效、高速、順利完成。同時(shí)也使過程中的繁雜瑣碎事項(xiàng)，簡(jiǎn)化為相應(yīng)技術(shù)層面上可視化的的操作性項(xiàng)目，為后期實(shí)施工作提供了極大的方便。

3.3 項(xiàng)目施工

建設(shè)項(xiàng)目的施工階段是由設(shè)計(jì)構(gòu)想到建筑成品的重要步驟，是建設(shè)項(xiàng)目管理的關(guān)鍵階段。在常規(guī)的建設(shè)施工階段，通常都要求工程相關(guān)各方必須對(duì)施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審核，并對(duì)建筑技術(shù)設(shè)計(jì)熟悉，以深入領(lǐng)悟工程設(shè)計(jì)要展現(xiàn)的本意。但在以往的具體施工階段案例中，由于常規(guī)項(xiàng)目管理方法比較復(fù)雜抽象，往往無法仔細(xì)描述某些內(nèi)部的細(xì)節(jié)問題，從而產(chǎn)生了工程質(zhì)量方面的隱患。而BIM技術(shù)則充分利用其三維立體化可視模型的特點(diǎn)，有效地把實(shí)際施工中所有可能出現(xiàn)的問題都以可視化的形態(tài)直觀地展示了出來。這樣達(dá)到對(duì)實(shí)際施工的關(guān)鍵點(diǎn)和重要工藝進(jìn)行合理控制的目的，從而降低了建設(shè)施工的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；為工程建筑物的質(zhì)量方面提供了保障。另外，BIM技術(shù)還能對(duì)施工進(jìn)度做出合理的規(guī)劃和嚴(yán)密的安排，對(duì)整個(gè)施工流程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真，通過這個(gè)技術(shù)可以使施工人員了解項(xiàng)目施工的過程以及項(xiàng)目施工的成果，完善施工技術(shù)人員的參考標(biāo)準(zhǔn)?？杉?xì)化施工細(xì)節(jié)，對(duì)于精密建筑的施工有BIM技術(shù)在建筑工程施工過程中的應(yīng)用不僅可以提供相應(yīng)的模型信息，同時(shí)還能夠?qū)π畔⒌氖褂眯ЧM(jìn)行及時(shí)反饋。所以建筑方案的設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)，來構(gòu)建施工流程，從而使設(shè)計(jì)方案更加的系統(tǒng)、全面。在相對(duì)復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案的確定具有一定的促進(jìn)作用，同時(shí)BIM技術(shù)還可以對(duì)建筑形態(tài)的實(shí)施參數(shù)進(jìn)行更改，為設(shè)計(jì)人員提供多種不同的實(shí)施方案，通過多種施工方案的對(duì)比，設(shè)計(jì)人員就可以選擇出最優(yōu)的施工方案。這樣的方式不僅可以減少設(shè)計(jì)人員的工作量，同時(shí)還能夠提高建筑設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性，對(duì)于建筑項(xiàng)目的順利施工具有非常重要的作用。而在課堂教學(xué)的過程中，由同學(xué)們親自繪制BIM圖形，可以更好的表達(dá)出來同學(xué)們自己的設(shè)計(jì)理念和想法。

3.4 項(xiàng)目竣工

在建設(shè)工程項(xiàng)目竣工驗(yàn)收階段使用BIM技術(shù)，可以極大地提高建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收的科學(xué)性與準(zhǔn)確度。使項(xiàng)目驗(yàn)收的工作變得有例可依有據(jù)可查，BIM技術(shù)還可以把工程建設(shè)的各種有關(guān)信息，全面匯聚在工程網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)體系之中，以此可以方便地為工程后期管理工作帶來充足、有效的網(wǎng)絡(luò)資料和信息支持。建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收后，最關(guān)鍵是嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)，這也決定了項(xiàng)目資金是否能夠投入生產(chǎn)或是使用，這其中高效的數(shù)據(jù)管理與分析顯然格外重要。通過BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以有效進(jìn)行對(duì)工程基礎(chǔ)項(xiàng)目信息進(jìn)行快速收集和分析，從而達(dá)到了對(duì)工程項(xiàng)目資金、質(zhì)量的有效管控。

4.建設(shè)工程課程數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)

建設(shè)工程課程數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，首先應(yīng)當(dāng)包括相關(guān)建設(shè)工程的基礎(chǔ)構(gòu)件模型，即學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課上所涉獵、所學(xué)習(xí)的基本建筑單元，如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、港口水工建筑物等課程中所涉及的桿件、桁架、梁板式結(jié)構(gòu)等基本建筑單元。此后，BIM模型庫(kù)隨著教學(xué)和工程實(shí)際案例的發(fā)展，不斷獲得豐富，逐年累積，逐漸形成完整的相關(guān)建設(shè)工程專業(yè)體系框架，方便教師和學(xué)生日常的模型操控和工程組合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化課堂的實(shí)時(shí)進(jìn)展。這樣，不斷豐富的工程模型庫(kù)有助于幫助學(xué)生形象化理解工程建設(shè)的實(shí)景，并借助模型構(gòu)件的動(dòng)態(tài)組合形成過程，一一有效地映射形成專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)架，達(dá)到在學(xué)生頭腦中形成完整、形象、協(xié)調(diào)的專業(yè)知識(shí)體系，從而提高工程項(xiàng)目教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和師生互動(dòng)能力，教師可以通過BIM技術(shù)把所要表達(dá)的內(nèi)容，生動(dòng)形象的傳遞給學(xué)生。

5.結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)的高校教學(xué)中，基本都是通過課本知識(shí)和老師陳述來完成的，由于建設(shè)工程類專業(yè)的知識(shí)內(nèi)容比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的教學(xué)方法使得學(xué)生沒有辦法完全理解透知識(shí)。僅靠平面黑板作畫還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，再加上現(xiàn)如今建筑形式多樣化，各種各樣的建筑信息模型圖不能僅僅依靠平面布置來繪畫出來，平面繪畫只可以表述出外部結(jié)構(gòu)的樣式，無法展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)造，因此，加強(qiáng)BIM技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用具有非常重要的意義。不僅是建筑信息化在教學(xué)中的體現(xiàn)，也是理論知識(shí)形象化的展示。高校教學(xué)中需要加強(qiáng)教學(xué)方法的改革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的靈活性，最大程度促進(jìn)BIM技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用，提高教學(xué)的質(zhì)量。同時(shí)積極開展BIM教學(xué)工作，不斷加強(qiáng)學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)的了解，同時(shí)可以更好地運(yùn)用BIM技術(shù)，使學(xué)生除了能夠?qū)W習(xí)相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)，還能夠拓展一定的BIM技術(shù)的應(yīng)用，將課堂不再局限于教材，把工程項(xiàng)目案例真真正正的代入到課堂之中，同時(shí)將相關(guān)的建設(shè)工程信息進(jìn)行高效地整合，構(gòu)建完整、形象的知識(shí)體系。這對(duì)提高學(xué)校整體水平的提高有著很大意義。