探究BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用

吳馨怡

(福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院，福建 福州 350100)

BIM技術(shù)是一種以三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過(guò)集成工程項(xiàng)目建設(shè)各項(xiàng)信息所形成的現(xiàn)代化工程數(shù)據(jù)模型技術(shù)，是我國(guó)建筑行業(yè)在信息化發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的重要技術(shù)成果。一個(gè)與工程項(xiàng)目完全對(duì)應(yīng)的信息模型能夠?qū)⒉煌┕るA段的數(shù)據(jù)、過(guò)程、資源進(jìn)行有效連接，從而形成對(duì)工程施工過(guò)程的完整描述，能夠幫助參與工程建設(shè)的各方及時(shí)調(diào)用與使用相關(guān)的數(shù)據(jù)資源，使工程施工建設(shè)中的進(jìn)度和質(zhì)量都能夠得到相應(yīng)的保障。本文通過(guò)研究分析土木工程施工中BIM技術(shù)的具體應(yīng)用領(lǐng)域以及相關(guān)保障措施，為今后國(guó)內(nèi)土木工程施工中的BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 內(nèi)涵

作為信息化背景下建筑行業(yè)出現(xiàn)的全新技術(shù)產(chǎn)物，BIM技術(shù)能夠?qū)ㄖこ淘O(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)以及信息進(jìn)行全面的展示[1]。BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用能夠?qū)⒐こ探ㄔO(shè)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求、信息、性能指標(biāo)以及施工管理等多方面信息進(jìn)行集成處理，從而形成一個(gè)有關(guān)工程建設(shè)信息管理的三維模型。參與工程建設(shè)的施工單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理部門都可以憑借工程三維立體模型，對(duì)工程從設(shè)計(jì)到施工的全過(guò)程進(jìn)行了解，確保施工過(guò)程中的各項(xiàng)信息能夠及時(shí)進(jìn)行上傳并共享，對(duì)于各環(huán)節(jié)施工人員和單位的溝通交流提供了相應(yīng)的便利。BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用能夠在提高工程施工建設(shè)效率的同時(shí)，降低各項(xiàng)工程建設(shè)中施工質(zhì)量問題的發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約工程建設(shè)成本和提高施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益水平的雙重目標(biāo)。

1.2 運(yùn)作形式

與信息化時(shí)代背景下出現(xiàn)的其他3D軟件相比，BIM技術(shù)的運(yùn)作形式存在著明顯區(qū)別。BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用主要是以最為真實(shí)的施工流程為基礎(chǔ)，在全方位搜集相關(guān)數(shù)據(jù)信息的前提下，將工程劃分為地基、圓柱、橫梁、門窗等多個(gè)部分，并且對(duì)象類型方面的差異也會(huì)帶來(lái)3D視覺效果方面的不同，土木工程構(gòu)件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息也得以囊括其中。因?yàn)橄到y(tǒng)化的工程建筑模型已經(jīng)包括了各個(gè)部分的詳細(xì)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合業(yè)主方的具體要求，對(duì)內(nèi)部的裝飾設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的調(diào)整以及改進(jìn)[2]。在正式進(jìn)入工程施工階段之前，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合工程工作區(qū)域的地理環(huán)境和空間配置等方面信息，對(duì)建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)的樓梯高度、管線堵塞等問題進(jìn)行檢測(cè)，提前解決工程設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的各種不足，有效降低施工過(guò)程中的人員以及其他資源的浪費(fèi)。

2 土木工程施工中的BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

2.1 可視化優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)在工程模型可視化方面的優(yōu)勢(shì)是土木工程持續(xù)發(fā)展的重要推動(dòng)力。在施工階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助相關(guān)人員結(jié)合已有的工程模型對(duì)后續(xù)施工效果形成直觀的感知，在正式開始施工之前，設(shè)計(jì)人員也能夠憑借模擬施工對(duì)工程設(shè)計(jì)方案不合理的位置及時(shí)進(jìn)行變更。隨著國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，土木工程在數(shù)量和規(guī)模方面發(fā)展十分迅速，施工內(nèi)容和細(xì)節(jié)數(shù)量有所增加，并且人們對(duì)于建筑工程的高質(zhì)量要求也同樣反映在精細(xì)程度方面[3]。在傳統(tǒng)技術(shù)支持下的土木工程施工工作和質(zhì)量管理工作，會(huì)因?yàn)槿藛T的主觀失誤以及經(jīng)驗(yàn)積累不足出現(xiàn)各種各樣的問題，主觀經(jīng)驗(yàn)類型的管理工作模式無(wú)法預(yù)測(cè)在工程實(shí)施階段有可能會(huì)出現(xiàn)的各種問題，以此影響到工程的施工進(jìn)度以及總體質(zhì)量。

2.2 工程模擬優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)作為一種由綜合三維數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)形成的綜合技術(shù)產(chǎn)物，能夠建立有關(guān)土木工程完善的三維立體模型，這也是BIM技術(shù)模擬性的優(yōu)勢(shì)所在。設(shè)計(jì)人員可以憑借計(jì)算機(jī)后臺(tái)以及相關(guān)軟件模擬土木工程施工建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問題，配合施工過(guò)程中的定時(shí)檢查，對(duì)于后續(xù)施工有可能會(huì)出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，從而生成有針對(duì)性的解決方案。與傳統(tǒng)的工程施工管理技術(shù)相比，BIM技術(shù)突破了時(shí)空限制，可以利用技術(shù)原有的可視化和模擬性優(yōu)勢(shì)，通過(guò)工程模型的模擬施工避免后續(xù)施工過(guò)程中的各種質(zhì)量和進(jìn)度問題。

2.3 施工協(xié)調(diào)性優(yōu)勢(shì)

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的現(xiàn)代化、智能化發(fā)展，土木工程施工的復(fù)雜性也在明顯提高，土木工程規(guī)模的擴(kuò)張使得建設(shè)所需要的時(shí)間周期逐漸延長(zhǎng)，技術(shù)人員預(yù)測(cè)施工過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問題，工作難度也會(huì)明顯增加。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠憑借土木工程三維信息化模型的建立，對(duì)后續(xù)的施工規(guī)劃進(jìn)行協(xié)調(diào)，最大程度的降低各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生問題的可能性，保障各施工部門能夠順利施工，在規(guī)定的施工周期內(nèi)完成工程的建設(shè)工作。

3 土木工程施工建設(shè)中的BIM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析

3.1 工程建設(shè)信息化模型的建設(shè)

BIM技術(shù)在土木工程施工建設(shè)中的首要應(yīng)用環(huán)節(jié)便是相關(guān)工程模型的建設(shè)，并且可以將包括主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、內(nèi)外裝飾工程等材料的各專業(yè)模型分別建立，為后續(xù)的各施工環(huán)節(jié)施工以及總體分析提供可靠的數(shù)據(jù)和信息支持。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)形成的土木工程三維模型并非是一種純粹的工程三維模型，其中也包括了構(gòu)件對(duì)象和非構(gòu)件對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，最終能夠形成與工程實(shí)際設(shè)計(jì)意圖完全一致的工程數(shù)據(jù)信息庫(kù)[4]。在使用BIM技術(shù)建設(shè)土木工程三維立體模型的過(guò)程中，相關(guān)人員需要優(yōu)先劃分不同專業(yè)模型的工作集，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供相應(yīng)支持，并且使用不同顏色進(jìn)行工作集的標(biāo)注。出于相關(guān)人員都能夠及時(shí)調(diào)用各項(xiàng)工作集數(shù)據(jù)的考慮，需要設(shè)計(jì)人員針對(duì)不同專業(yè)的工程模型進(jìn)行針對(duì)性的命名。模型精度則需要結(jié)合工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和數(shù)據(jù)精度方面的要求，根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)級(jí)別進(jìn)行設(shè)定?？紤]到BIM數(shù)據(jù)信息在長(zhǎng)時(shí)間工程建設(shè)過(guò)程中的精準(zhǔn)性要求，需要相關(guān)人員落實(shí)三維工程模型方面的更新和維護(hù)工作。工程設(shè)計(jì)變更或者是其他形式需要進(jìn)行的工程信息修改，需要相關(guān)人員在5天之內(nèi)進(jìn)行模型更新，對(duì)于工程中需要進(jìn)行重大修改的部分則需即刻實(shí)現(xiàn)工程模型信息更新。通常而言，BIM技術(shù)下的工程一體化模型需要每60天進(jìn)行一次更新。

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)形成的土木工程模型能夠直觀體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的基本形狀和空間分布，同時(shí)土木工程各個(gè)施工部分可以隨意進(jìn)行放大和縮小。相關(guān)人員可以結(jié)合具體需求將不同部件的數(shù)量、尺寸、材料等信息進(jìn)行調(diào)用，為后續(xù)工程施工提供了極大的便利。

3.2 工程的模擬施工及碰撞檢查

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)落實(shí)的土木工程施工工作，可以通過(guò)虛擬施工圖以及動(dòng)態(tài)視頻動(dòng)畫等技術(shù)的引入，將工程建設(shè)的具體過(guò)程進(jìn)行模擬，確保相關(guān)人員能夠在提前發(fā)現(xiàn)施工環(huán)節(jié)問題的前提下，對(duì)后續(xù)的施工操作進(jìn)行優(yōu)化。技術(shù)人員可以借助施工進(jìn)度模擬軟件，對(duì)土木工程建設(shè)過(guò)程中任意場(chǎng)景和場(chǎng)地中的模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，BIM技術(shù)也能夠與原定的工程施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行連接，最終形成動(dòng)態(tài)化的工程虛擬施工視頻，為后續(xù)的施工進(jìn)度管理進(jìn)行優(yōu)化。

在土木工程施工建設(shè)管理工作中，4DBIM模型的引入能夠?qū)⒏鱾€(gè)過(guò)程的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化展示，借助不同施工專業(yè)之間的碰撞檢測(cè)，在分解不同施工結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)通過(guò)審核的施工方案進(jìn)行調(diào)整，避免后期因?yàn)槭┕し倒?lái)的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。工作人員也可以通過(guò)利用工程虛擬模型中的進(jìn)度以及計(jì)量數(shù)據(jù)，對(duì)后續(xù)的施工工序進(jìn)行安排和協(xié)調(diào)，達(dá)成既定的工期目標(biāo)。

可視化作為BIM技術(shù)的基本特征，能夠有效的解決二維平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)觀察過(guò)程中的各種不足，通過(guò)碰撞檢查以及優(yōu)化能夠在施工之前發(fā)現(xiàn)存在于各個(gè)施工專業(yè)之間的沖突。以目前土木工程施工的碰撞檢查看來(lái)，通常是需要結(jié)合軟件檢查和人工檢查兩種方式，在全施工專業(yè)碰撞檢查工作的過(guò)程中，BIM模型的應(yīng)用可以對(duì)不同專業(yè)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)報(bào)告形成優(yōu)化后的管線分布方案，并實(shí)時(shí)進(jìn)行管線標(biāo)高數(shù)據(jù)方面的調(diào)整。

3.3 施工階段的工程造價(jià)及質(zhì)量管理

在工程施工管理工作階段中，技術(shù)人員可以借助BIM技術(shù)進(jìn)行施工環(huán)節(jié)信息的收集，為后續(xù)施工需要解決的造價(jià)管理和控制問題提供完善的數(shù)據(jù)支持。但需要注意的是，技術(shù)人員需要借助API接口完成成本、費(fèi)用計(jì)費(fèi)軟件和BIM技術(shù)平臺(tái)之間的連接，隨后需要使用開放性質(zhì)的ODBC數(shù)據(jù)與BIM技術(shù)模型進(jìn)行連接，優(yōu)化各項(xiàng)造價(jià)管理工作[5]。為了進(jìn)一步提高后續(xù)造價(jià)管理工作的效果以及穩(wěn)定性，相關(guān)人員需要掌握有關(guān)Excel文件的各種使用技巧，確保BIM技術(shù)計(jì)算得出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果能夠完整導(dǎo)出。

3.4 工程內(nèi)部空間的虛擬再現(xiàn)

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)所形成的土木工程建設(shè)模型，同樣可以為參與工程建設(shè)的各個(gè)單位提供信息共享和交流平臺(tái)。BIM技術(shù)可以和VR技術(shù)聯(lián)合使用，進(jìn)一步提高土木工程模型的可視性，將建筑工程內(nèi)部的構(gòu)造進(jìn)行全面展示。BIM技術(shù)和AR技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用可以通過(guò)漫游、模擬、渲染為人們帶來(lái)視覺上進(jìn)入建筑物空間內(nèi)部游覽的錯(cuò)覺。相關(guān)人員在佩戴VR眼鏡之后，施工和管理人員能夠?qū)⒉煌糠值臉?gòu)件信息進(jìn)行查看，進(jìn)一步落實(shí)可視化的技術(shù)交底以及方案論證，工作效率和質(zhì)量能夠明顯提高。在進(jìn)入工程施工階段之后，現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和BIM技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用能夠?qū)⑹┕がF(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)信息進(jìn)行快速獲取和上傳，實(shí)現(xiàn)施工工序和相關(guān)資源的合理安排，最大程度的降低工程建設(shè)中的時(shí)間和資金投入[6]。

4 保障土木工程施工中BIM技術(shù)應(yīng)用效果的措施

4.1 完善的信息化工程管理平臺(tái)建設(shè)

BIM技術(shù)在工程施工建設(shè)中的應(yīng)用要求相關(guān)企業(yè)建立包括各主體在內(nèi)的完善信息化管理平臺(tái)。施工企業(yè)需要優(yōu)先從硬件設(shè)備入手，在思想層面重視BIM技術(shù)引入的重要價(jià)值，拿出對(duì)應(yīng)資金采購(gòu)與BIM技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的傳感器、視頻監(jiān)控器以及計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等各項(xiàng)硬件。有關(guān)BIM方面的軟件應(yīng)用，企業(yè)除了可以使用通用的BIM軟件之外，也可以和知名軟件開發(fā)企業(yè)合作，結(jié)合施工企業(yè)真實(shí)的工程項(xiàng)目需求開發(fā)針對(duì)性的BIM軟件，從軟件和硬件兩個(gè)方面入手建設(shè)現(xiàn)代化的工程信息化管理平臺(tái)，為后續(xù)技術(shù)的應(yīng)用以及工程施工提供現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施。

4.2 專業(yè)人員素質(zhì)水平的提升

在BIM技術(shù)加持下的土木工程施工工作對(duì)施工人員技術(shù)管理的信息化水平提出了更高的要求。施工企業(yè)可以通過(guò)工作環(huán)境和薪資條件方面的改善，從外界吸納在BIM技術(shù)方面有著工作經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)的專業(yè)人員進(jìn)入到施工企業(yè)的管理和施工隊(duì)伍之中，憑借以點(diǎn)帶面的工作形式，逐步提高施工企業(yè)原有工作隊(duì)伍的專業(yè)素質(zhì)。施工企業(yè)也可以定期組織一線施工和管理人員參與有關(guān)BIM技術(shù)方面的培訓(xùn)工作，將BIM技術(shù)加持下的土木工程模型建設(shè)、信息調(diào)用、設(shè)計(jì)方案優(yōu)化等各方面的知識(shí)逐一進(jìn)行傳授，確保相關(guān)人員能夠憑借自身不斷豐富的理論知識(shí)，合理應(yīng)用BIM技術(shù)，以此完成工程建設(shè)。

4.3 管理工作制度的健全

管理工作制度的完善是相關(guān)人員合理利用BIM技術(shù)調(diào)整工程施工進(jìn)度以及各個(gè)環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)條件。施工企業(yè)需要結(jié)合傳統(tǒng)管理模式下的制度體系，綜合考慮BIM技術(shù)的引入對(duì)管理工作流程和內(nèi)容方面帶來(lái)的變化，針對(duì)技術(shù)管理以及一線施工人員的工作職責(zé)內(nèi)容以制度的形式給出明確的規(guī)定，配合激勵(lì)獎(jiǎng)懲和績(jī)效考核制度的實(shí)施，確保相關(guān)人員能夠自覺使用BIM技術(shù)開展工程設(shè)計(jì)、施工以及調(diào)整等多項(xiàng)工作，全面發(fā)揮BIM技術(shù)在保障工程施工進(jìn)度以及質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，BIM技術(shù)在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用可以在工程模型建設(shè)、施工模擬、碰撞檢查以及施工階段的造價(jià)管理、質(zhì)量管理等方面發(fā)揮明顯的作用。施工企業(yè)需要通過(guò)軟硬件方面的優(yōu)化提供相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施支持，配合管理制度完善以及相關(guān)人員專業(yè)素質(zhì)的提高，深化BIM技術(shù)在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用。