BIM技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用進展

盛 丹 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校副教授，工程師

BIM 是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項目各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，BIM 是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項目各參與方普遍使用。BIM 技術(shù)在整個使用過程中具有各種優(yōu)勢，通過搭建工程施工信息化平臺，使工程施工管理更加便捷高效。在現(xiàn)階段，BIM 技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，解決了無數(shù)工程施工難題，為眾多企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

1 BIM 技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域應(yīng)用的意義

BIM 技術(shù)是一種建筑信息模型，起源于美國，由美國國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義。BIM 是對建筑物理和功能性特征的數(shù)字表示?，F(xiàn)階段，BIM 技術(shù)已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國家的工程施工中得到普及。許多西方國家對BIM 技術(shù)的發(fā)展進行了專門的科學(xué)研究。我國改革開放后，建筑業(yè)取得了快速發(fā)展。BIM 技術(shù)在我國也已基本使用?，F(xiàn)階段，我國BIM 技術(shù)集中在復(fù)雜工程建筑應(yīng)用、古典建筑應(yīng)用、珍貴文物工程建筑修復(fù)等方面。BIM 的關(guān)鍵技術(shù)將提升施工過程的準(zhǔn)確率。對于項目的每個參與方而言，減少不準(zhǔn)確度對于降低項目成本具有非常重要的影響， 施工企業(yè)也會因此縮短項目的施工時間，從而提高工程施工的效率[1]。

在使用BIM 技術(shù)之前，土木工程施工的實際操作步驟都是通過相關(guān)工作人員進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方式進行的。然隨著土木工程施工的快速發(fā)展，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃暴露出越來越多的不足，如很多突發(fā)情況無法提前預(yù)知，難以識別工程施工的關(guān)鍵因素等。因此，BIM 技術(shù)應(yīng)運而生，并應(yīng)用于土木工程施工。BIM 技術(shù)應(yīng)用可以有效處理土木工程施工過程的時間和空間變化，并以數(shù)據(jù)系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)。借助BIM 技術(shù)，施工團隊可以實時掌握新的數(shù)據(jù)，兼顧整體項目施工目標(biāo)的變化規(guī)律，進而隨時隨地對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行調(diào)整，使相關(guān)管理人員能夠有效了解整個項目施工的重點[2]。因此，工程施工能夠準(zhǔn)確、順利地進行，工程施工的精度和效率得到了很大的提高。

2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用特點

2.1 模型的可視化

實體模型的交互作用主要表現(xiàn)在可以按照與工程項目類似的實體模型顯示具體的施工項目。我國部分土木工程施工項目還按照傳統(tǒng)工程圖紙進行施工，但是傳統(tǒng)的工程圖紙有很大的局限性。實體模型的交互主要是在具體的土木工程施工工作中通過搭建類似模型模擬工程施工效果。工程師可以根據(jù)建筑模型進行開發(fā)設(shè)計，制作軟件，創(chuàng)建三維圖形。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)潛在問題時，還可以進行專業(yè)分析[3]。

2.2 設(shè)計的協(xié)同化

目前，我國土木工程的工程建設(shè)、施工和設(shè)計企業(yè)之間的工作相互獨立。由于信息受阻，缺乏溝通交流，出現(xiàn)了數(shù)字鴻溝，導(dǎo)致監(jiān)理企業(yè)在項目監(jiān)理工作中遇到困難。在具體建筑施工過程中，企業(yè)之間的信息不對稱比較嚴(yán)重，極有可能影響下一步工作的開展，造成項目施工的延誤。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以在系統(tǒng)中展示與項目相關(guān)的重要信息。即使某個階段出現(xiàn)問題，也能第一時間發(fā)現(xiàn)，然后反饋信息，促進多方人力資源協(xié)同發(fā)展。

2.3 技術(shù)的模擬性

技術(shù)模擬是通過BIM 技術(shù)表現(xiàn)模擬土木工程施工的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以根據(jù)方案設(shè)計，對仍在施工過程中的具體內(nèi)容進行仿真模擬，進而預(yù)判是否會出現(xiàn)問題。傳統(tǒng)的土木工程施工中，即使設(shè)計人員選擇了最佳的施工決策，也無法提前預(yù)測設(shè)計的效果。難以預(yù)防設(shè)計方案在中后期遇到問題的多次變更，影響工程進度。BIM 技術(shù)可以創(chuàng)建基于全方位模擬的三維實體模型，呈現(xiàn)各種可能發(fā)生的狀況，甚至可以進行4D、5D 模擬。

2.4 可出圖性

將BIM 技術(shù)融入到土木工程的施工流程中，施工團隊可以快速獲取常用的工程施工方案或圖紙。借助BIM 技術(shù)，未來的工程圖紙也可以得到有效的改進，使各土木工程的素質(zhì)和效率逐步提高。

3 當(dāng)前我國土木工程施工中存在的諸多問題

3.1 防滲漏技術(shù)不過關(guān)

目前，許多土木工程中滲漏現(xiàn)象比較明顯，防滲漏技術(shù)不過關(guān)的問題比較突出。房屋滲漏除了影響內(nèi)部空間美觀性外，還會對工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。防滲漏施工是土木工程施工中的重要內(nèi)容，但是在實際施工過程中，存在施工技術(shù)不科學(xué)、施工過程不合理的問題，且部分施工單位為了節(jié)省成本，采用劣質(zhì)的防滲材料，甚至沒有采取防滲措施。建筑滲水嚴(yán)重影響建筑的整體美觀性，同時對工程的使用年限造成嚴(yán)重影響[4]。

3.2 技術(shù)不規(guī)范

土木工程施工工作本身具有流動性、多樣性和時間長的特點。 土木工程施工綜合性強、技術(shù)復(fù)雜，在施工過程中需要按照設(shè)計圖紙選用優(yōu)良的施工工藝。在具體的施工過程中，施工隊伍通常缺乏科學(xué)、規(guī)范的施工技術(shù)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有待提升。部分企業(yè)為了謀求經(jīng)濟發(fā)展效益，以次充好，甚至選擇質(zhì)量不佳的工程材料。

3.3 施工管理體系不完善

土木工程施工管理對工程質(zhì)量影響重大，當(dāng)前很多土木工程施工單位重視施工技術(shù)的提升，易忽視施工管理，導(dǎo)致發(fā)生施工安全事故。因此，完善的施工管理體系是施工質(zhì)量的根本保障。施工管理，包含施工技術(shù)管理、施工材料管理、施工人員管理等。國家對施工管理提出了一些新的要求，很多施工單位也更加重視施工管理體系的完善，但現(xiàn)在依然存在一定的問題，還需要相關(guān)人員對問題進行分析和解決，不斷完善施工管理體系，從而達(dá)到安全施工的目的[5]。

4 BIM 技術(shù)的應(yīng)用進展

4.1 建立三維建筑模型

技術(shù)人員可將施工設(shè)計方案中的全部數(shù)據(jù)輸入BIM 數(shù)據(jù)庫，進行3D 建筑模型制作。根據(jù)實物模型，可以將建筑的全貌呈現(xiàn)出來，并在此基礎(chǔ)上進行進一步的改進。在3D 建筑模型制作過程中，每個部件的規(guī)格、材料、特性都可以進行改變，不需要像傳統(tǒng)建筑方案那樣“牽一發(fā)而動全身”。在現(xiàn)場工程施工過程中，施工團隊還可以參照3D 建筑模型進行實際操作，提高溝通協(xié)作效率和協(xié)同工作能力。

4.2 進行模擬施工測試

BIM 技術(shù)中，數(shù)據(jù)庫若足夠健全，就可以對施工過程進行模擬測試，科學(xué)安排施工進度和施工步驟。每個施工步驟都可能存在安全隱患，需要提前根據(jù)全方位的模擬試驗發(fā)現(xiàn)并排除安全隱患。用模擬試錯代替現(xiàn)場試錯，既能保證施工安全，又能節(jié)省施工成本，提高施工效率。針對施工過程中會出現(xiàn)的各種特殊情況，如超低溫、雨雪、地震等，也可以自行進行檢測，盡量避免自然災(zāi)害造成的安全生產(chǎn)事故和財產(chǎn)損失。

4.3 分析施工成本

在傳統(tǒng)的土木工程施工行業(yè)中，成本管理一直是建筑施工面臨的關(guān)鍵難點。由于傳統(tǒng)工程施工存在諸多不確定性和不可控因素，現(xiàn)場施工團隊通常需要不斷改變項目的施工組成和操作步驟，導(dǎo)致工程施工成本不斷增加。BIM 技術(shù)可以在模擬和測試的基礎(chǔ)上，找到最有效的項目施工方案，減少運營過程中的不確定因素，進而更準(zhǔn)確地計算出工程中需要的材料和人工成本。同時，BIM 技術(shù)的成本計算更便捷、更智能，還可以整合工程施工成本，選擇更完善的工程施工方案，完成真實有效的成本管理[6]。

4.4 加強現(xiàn)場管理和溝通

BIM 實體模型與傳統(tǒng)建筑方案相比，更具形象化和可視化，可以為現(xiàn)場工作人員提供實際操作參考，增加施工團隊對施工項目的了解，提高管理人員和現(xiàn)場施工隊之間的溝通效率。工作人員在施工過程中發(fā)現(xiàn)施工方案的不足或理解有障礙，也可以第一時間反饋給管理人員，防止多級報告造成信息內(nèi)容的偏差。

4.5 優(yōu)化造價管理

在基礎(chǔ)理論層面，一些專家學(xué)者對BIM技術(shù)在成本預(yù)算中的應(yīng)用進行了科學(xué)研究，強調(diào)了BIM技術(shù)在施工項目規(guī)劃中的應(yīng)用難度。不僅如此，還制定了5DBIM 技術(shù)成本估算流程表。關(guān)于工程項目的工程造價方法，有研究人員以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，深入剖析了工程造價計算的關(guān)鍵基礎(chǔ)理論，重點探討了BIM 技術(shù)在工程造價估算中的作用，同時討論了根據(jù)BIM 技術(shù)計算工程造價3 種方式：一是依靠API 套接字將BIM 移動軟件和成本預(yù)算的移動軟件連接在一起；二是對外開放的數(shù)據(jù)庫查詢與ODBC 連接，可以及時瀏覽與BIM 實體模型匹配的數(shù)據(jù)庫進行查詢；三是依靠BIM 移動軟件獲取項目性質(zhì)，然后以表格文件的形式完成對外指導(dǎo)。

在工程項目造價管理中，各類工程造價計算軟件已經(jīng)發(fā)展比較完善，應(yīng)用比較方便。但是到目前為止，還沒有辦法適用《建筑工程量清單計價規(guī)范》，標(biāo)準(zhǔn)也不能系統(tǒng)地對各種工程項目的預(yù)制構(gòu)件及其相關(guān)材料進行分類。因此，對BIM 技術(shù)在造價管理中的應(yīng)用必須結(jié)合工程項目概念，進行更深層次的創(chuàng)新和思考。

5 BIM 技術(shù)在土木工程施工管理中的實際應(yīng)用

5.1 施工圖紙會審指導(dǎo)

將BIM 技術(shù)引入土木工程建筑工程圖紙預(yù)審中，將大大提高圖紙質(zhì)量。根據(jù)交互式數(shù)學(xué)分析模型在BIM 技術(shù)中的科學(xué)有效應(yīng)用，可以將建筑工程設(shè)計方案展示得更加生動，有效避免了傳統(tǒng)紙質(zhì)工程圖紙信息呈現(xiàn)不全面的問題。由于BIM 技術(shù)可以將圖紙的微小而獨特的方面展現(xiàn)出來，因此有利于設(shè)計人員及時處理問題。BIM 技術(shù)應(yīng)用先實驗后創(chuàng)建功能，可以避免設(shè)計缺陷，全面排查土木工程施工過程的風(fēng)險，且修改后的設(shè)計圖紙和工程施工方案更加有效，大大提高了圖紙分類記錄的工作效率。

5.2 施工成本管理

對于土木工程而言，工程施工成本控制是一項非常復(fù)雜的工作，其中包括很多成本項目，如人員工資、設(shè)備應(yīng)用成本、材料成本、水電成本等，而成本控制與施工單位的經(jīng)濟效益息息相關(guān)。將BIM 技術(shù)融入工程施工成本控制中，有利于成本控制，如開展成本分析報告、成本管理等，讓管理者完成實時、創(chuàng)新的成本管理。此外，BIM 技術(shù)可與施工管理緊密結(jié)合，創(chuàng)建人力和機器成本控制的數(shù)據(jù)庫，從中檢索到相應(yīng)的成本明細(xì)，進行成本分析，還可以在項目評估的高效清算方面做出重大改進。

5.3 施工進度管理

在土木工程施工的過程中，往往受材料價格、施工技術(shù)、天氣條件等因素的影響，具體的工程進度與計劃存在一定的差異。若不立即加以有效控制，差異會逐漸增大，從而影響方案的實施，甚至還會繼續(xù)影響工程造價控制和工程質(zhì)量管理。根據(jù)BIM 技術(shù)創(chuàng)建相應(yīng)的管理實體模型，并與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工程圖紙緊密結(jié)合，可以使相關(guān)信息細(xì)化，將工程圖紙和實體模型工作面聯(lián)動起來，從而提高項目進度管理效益。根據(jù)3D 實體模型，項目施工經(jīng)理還可以全面掌控施工團隊的工作面，有效分配項目施工任務(wù)，使項目在計劃的工期內(nèi)順利完成。

5.4 施工質(zhì)量管理

影響施工質(zhì)量監(jiān)管的具體要素有人、工業(yè)設(shè)備、材料、環(huán)境和方法。將BIM 的關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)移到移動智能終端上，將有助于施工質(zhì)量管理。項目施工管理人員可以利用BIM 技術(shù)在移動智能終端上創(chuàng)建實體模型進行訪問和錄入，有利于隨時隨地搜索標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，應(yīng)用分布式系統(tǒng)云服務(wù)平臺技術(shù)根據(jù)具體情況改變實體模型項目的條件，客戶可第一時間掌握升級內(nèi)容，進一步提高施工質(zhì)量管理能力。此外，該類設(shè)備還可用于施工現(xiàn)場的質(zhì)量檢測，進行調(diào)查取證，有利于施工現(xiàn)場的質(zhì)量管理。

6 結(jié)語

在科技飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)建筑工藝存在許多弊端，已無法融入當(dāng)今社會的發(fā)展潮流，而BIM 的技術(shù)應(yīng)用可以有效解決許多相關(guān)問題。BIM 技術(shù)通過建立BIM 實體模型，利用BIM 技術(shù)仿真模擬工程施工的方法，保障土木工程的施工。建筑企業(yè)可以根據(jù)自身施工項目的特點，結(jié)合自身情況，合理選擇應(yīng)用BIM 技術(shù)。