張志敏，肖燕武

（廣州城市職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510405）

0 引言

建筑信息模型（簡(jiǎn)稱BIM）是一個(gè)建筑全生命周期各種信息、數(shù)據(jù)的集合，是一種新興數(shù)據(jù)化工具，目前在建筑學(xué)、工程學(xué)、土木工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。BIM技術(shù)以信息技術(shù)為支撐，在土木工程活動(dòng)中發(fā)揮著可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等作用，將圖紙變?yōu)槿S模型，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的模擬分析，可有效節(jié)約時(shí)間、資源成本，提高施工效率、質(zhì)量，本文就BIM技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用展開具體分析。

1 BIM定義及其在我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 BIM定義

BIM，即為“Building Information Modeling（建筑信息模型）”，此概念可追溯至1974年，原卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Chuck Eastman提出了“Building Description System（建筑描述系統(tǒng)）”這一理念，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，此理念未能夠真正實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，1982年Graphisoft公司提出了“VBM（Virtual Building Model，虛擬建筑模型）”理念，并于1984年推出了首款建筑專業(yè)的三維設(shè)計(jì)軟件Archi CAD。直至2002年，Autodesk發(fā)布了一份名為“建筑信息模型”的白皮書，“Building Information Modeling（BIM）”這一術(shù)語(yǔ)得到了廣泛應(yīng)用。

2010年開始，國(guó)際上各大著名建筑軟件公司開始大力推廣各自的BIM軟件，包括Autodesk、Bentley、Graphisoft等，至此BIM技術(shù)開始大規(guī)模應(yīng)用。在2007年第一版美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）中，BIM定義分為三層：①一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目物理、功能特性的數(shù)字化表達(dá)的；②一個(gè)共享的知識(shí)資源；③不同相關(guān)方通過(guò)BIM插入、提取、更新、修改信息，支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。BIM技術(shù)最初的提出，是為了實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的數(shù)據(jù)互通，切實(shí)解決信息孤島問(wèn)題，目前隨著數(shù)據(jù)共享需求的不斷增大，2015年第三版本NBIMS新增了相關(guān)內(nèi)容，包括6項(xiàng)信息交換內(nèi)容、11項(xiàng)參考標(biāo)準(zhǔn)介紹等。

1.2 BIM在我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)土木工程領(lǐng)域中，BIM技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，包括幾何信息、建筑信息等方面，前者諸如三維建模、虛擬仿真、碰撞檢查等，后者為多方數(shù)據(jù)集成、管理與應(yīng)用，提高數(shù)據(jù)交互效率。基于此背景下，有條件的企業(yè)均開始BIM技術(shù)的應(yīng)用研究，建立基于BIM的項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)。對(duì)于各大施工企業(yè)而言，通過(guò)BIM技術(shù)的研究與投入應(yīng)用，可提高項(xiàng)目綜合效益，如：減少工程變更、優(yōu)化施工方案，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)的三維技術(shù)交底與實(shí)時(shí)項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)控制，增強(qiáng)企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力。目前BIM技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用主要包括三大模式，分別為全外包模式（圖1）、混合模式（圖2）、全自建模式（圖3），滿足了不同企業(yè)發(fā)展情況，為推進(jìn)BIM技術(shù)提供了多種思路。

圖1 全外包模式

圖2 混合模式

圖3 全自建模式

1.3 BIM技術(shù)應(yīng)用的硬件、軟件條件

值得注意的是，BIM技術(shù)的硬件、軟件條件直接影響和制約其應(yīng)用和發(fā)展，在土木工程實(shí)踐中還需進(jìn)一步完善BIM硬件、軟件。

硬件配置需在保證BIM技術(shù)正常使用基礎(chǔ)上，合理控制實(shí)際投資，包括：服務(wù)器（如：BIM中心關(guān)口服務(wù)器、Revit server服務(wù)器、項(xiàng)目部數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件管理服務(wù)器、Web服務(wù)器、BIM中心文件服務(wù)器以及數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器）；NAS存儲(chǔ)設(shè)備；供電設(shè)施（如UPS）；圖形工作站等的選擇和布局。

在BIM軟件配置方面，表1列出了可參考的幾類BIM軟件。

表1 BIM軟件類型

2 BIM技術(shù)特征及其在土木工程施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 BIM技術(shù)特征

隨著現(xiàn)代土木工程的發(fā)展，信息化、智能化、精細(xì)化是一個(gè)重要方向，BIM技術(shù)憑借著自身的可視化、協(xié)調(diào)性以及模擬性等諸多特征，獲得了廣泛的應(yīng)用?；贐IM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用，可有效破解土木工程施工進(jìn)步與轉(zhuǎn)型痛點(diǎn)，提高工程整體施工水平，獲得更佳的綜合效益。

針對(duì)土木工程施工階段任務(wù)需求，BIM技術(shù)特征主要體現(xiàn)如下：

（1）BIM提供了一個(gè)富含工程信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，可真實(shí)提供工程量計(jì)算所需物理、空間信息，由此實(shí)現(xiàn)各個(gè)構(gòu)件快速統(tǒng)計(jì)分析，有效避免人工煩瑣的計(jì)算操作與潛在錯(cuò)誤，提高工作效率與準(zhǔn)確性。

（2）BIM實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目虛擬場(chǎng)景漫游，由此完成施工組織方案論證、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境模擬分析與施工重要環(huán)節(jié)可視化分析等，有利于實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量的可靠控制。

（3）BIM涵蓋了建筑物圖形、非圖形屬性，可提供虛擬現(xiàn)場(chǎng)模型，以此為平臺(tái)可整合發(fā)展為帶有時(shí)間屬性的4D、成本屬性的5D模型，及時(shí)解決施工中存在的各類問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)土木工程施工進(jìn)度、成本管理。

（4）BIM提供了土木工程施工中所需的各項(xiàng)資源信息，為各參與方的協(xié)作奠定了重要基礎(chǔ)，有利于資源調(diào)配管理，最大限度減少庫(kù)存，也減少不必要的等待，全面提高施工效率。

（5）BIM實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)空間區(qū)域劃分，土木工程施工前可做好相應(yīng)的施工部署，確保施工有序開展、工作人員生命安全；同時(shí)，可利用BIM技術(shù)制定、優(yōu)化相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，如安全出入口設(shè)置、機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸路線與救護(hù)路線等。

此外，基于BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各大施工企業(yè)已經(jīng)開始自主組建BIM團(tuán)隊(duì)，設(shè)置BIM技術(shù)實(shí)施流程（圖4），由于BIM技術(shù)的設(shè)備、軟件、學(xué)習(xí)培訓(xùn)需要一定的成本，因此企業(yè)必須具有足夠的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)BIM技術(shù)水平的提高也有利于增強(qiáng)自身的施工管理自信。

圖4 BIM技術(shù)實(shí)施流程

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

基于BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用價(jià)值，下文主要就以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)展開分析：

2.2.1 土木工程模型構(gòu)建

土木工程施工領(lǐng)域中，通過(guò)BIM技術(shù)可進(jìn)行三維幾何建模，并創(chuàng)建各專業(yè)模型，包括主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、內(nèi)外裝飾工程等，為后續(xù)分析提供可靠基礎(chǔ)。土木工程模型并非是單純的三維模型，還存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，包括非構(gòu)件對(duì)象與構(gòu)件的相關(guān)信息，由此形成與實(shí)際設(shè)計(jì)意圖一致的建筑工程信息庫(kù)。

BIM模型建立流程如下：①劃分模型工作集：通過(guò)各專業(yè)模型工作集的劃分，為數(shù)據(jù)協(xié)同處理提供了可靠基礎(chǔ)，不同工作集以不同顏色標(biāo)注，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示；②模型文件命名：通過(guò)清晰的文件命名幫助企業(yè)更好地運(yùn)用BIM模型，如：項(xiàng)目簡(jiǎn)稱—1區(qū)—施工階段—墻—建筑—砌體—1層—14版—修1；③模型精度：根據(jù)美國(guó)建筑師學(xué)會(huì)定義的5個(gè)級(jí)別，模型精度有LOD100（概念）、LOD200（粗模）、LOD300（精模）、LOD400（加工制造，預(yù)制及預(yù)安裝深度模型）、LOD500（建成竣工，運(yùn)維深度模型）；④模型更新：為確保BIM模型信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效性，需做好模型更新與維護(hù)工作，出具設(shè)計(jì)變更或是通過(guò)其他形式需修改信息的，必須在5d內(nèi)更新模型；對(duì)于發(fā)生重大修改的，必須立即更新模型。正常情況下，模型至少60d更新一次。

表2 模型工作集劃分標(biāo)準(zhǔn)

基于BIM土木工程模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案更為直觀的展現(xiàn)，包括項(xiàng)目基本形狀、空間分布，且模型可任意放大、縮小，實(shí)時(shí)調(diào)整各個(gè)部件數(shù)量、尺寸、材料，剖析施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并引導(dǎo)裝飾、安裝等構(gòu)件布置。如圖5所示為某建筑施工階段模型圖，此模型中明確展示了施工中所需的各種材料類型，如鋼架結(jié)構(gòu)、玻璃、外墻涂料，通過(guò)不同顏色直觀展示，可根據(jù)BIM模型明確材料、施工設(shè)備的采購(gòu)與應(yīng)用，有效避免施工材料的浪費(fèi)，同時(shí)保質(zhì)保量的完成工程建設(shè)，確保項(xiàng)目在規(guī)定工期內(nèi)完工。

圖5 某建筑施工階段模型

2.2.2 土木工程虛擬施工

基于BIM技術(shù)開展土木工程施工作業(yè)，可創(chuàng)建虛擬施工圖、動(dòng)態(tài)視頻動(dòng)畫，模擬實(shí)際施工過(guò)程，指導(dǎo)并優(yōu)化實(shí)際施工操作。同時(shí)，利用Synchro4D施工進(jìn)度模擬軟件，可對(duì)土木工程實(shí)際任務(wù)、場(chǎng)景中模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，鏈接BIM與施工進(jìn)度計(jì)劃，形成可視化的、動(dòng)態(tài)化的虛擬施工視頻，減小各部門信息差，模擬并優(yōu)化施工進(jìn)度管理。

在土木工程施工過(guò)程中，4DBIM模型可動(dòng)態(tài)展現(xiàn)施工各個(gè)過(guò)程，檢測(cè)各專業(yè)碰撞，實(shí)現(xiàn)工作結(jié)構(gòu)分解，提前經(jīng)歷施工過(guò)程，有利于調(diào)整施工方案，避免后期返工浪費(fèi)；同時(shí)，施工過(guò)程中，可提供準(zhǔn)確的形象進(jìn)度、過(guò)程計(jì)量數(shù)據(jù)，有利于安排實(shí)際施工、梳理復(fù)雜工序，達(dá)到既定的項(xiàng)目工期目標(biāo)。

2.2.3 土木工程碰撞檢查

對(duì)于BIM技術(shù)而言，可視化是基本特征，通過(guò)三維可視化功能的充分利用可有效解決二維圖紙的各類不足，實(shí)現(xiàn)碰撞檢查與碰撞優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)各專業(yè)、結(jié)構(gòu)之間的沖突，適應(yīng)復(fù)雜土木工程實(shí)際施工需求。根據(jù)土木工程碰撞檢查情況來(lái)看，主要由軟件檢查+人工檢查共同完成實(shí)際工作。其中，全專業(yè)碰撞檢查時(shí)，通過(guò)BIM模型分析各專業(yè)管線數(shù)據(jù)信息，檢測(cè)管線碰撞；碰撞優(yōu)化時(shí)，根據(jù)碰撞檢測(cè)報(bào)告獲得優(yōu)化后的管線方案，要求準(zhǔn)確表達(dá)各專業(yè)管線標(biāo)高變化。

2.2.4 土木工程內(nèi)部空間查看

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，可為項(xiàng)目各參與方提供信息交流與共享的平臺(tái)?；诂F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，VR與BIM技術(shù)聯(lián)合使用成為可能，其增強(qiáng)了土木工程可視性、具象性，可全面展示建筑物內(nèi)部構(gòu)造。如圖6所示，BIM+VR技術(shù)可通過(guò)漫游、模擬、渲染，實(shí)現(xiàn)人物進(jìn)入建筑物游覽的效果，移步換景，真實(shí)展現(xiàn)土木工程內(nèi)部情況；同時(shí)，戴上VR頭盔眼鏡后，施工或管理人員可查看各個(gè)構(gòu)件信息屬性，快速瀏覽土木工程施工信息，實(shí)現(xiàn)可視化交底、方案論證，效率和效果顯著提高，有效保證各參與方的協(xié)同工作質(zhì)量。在施工階段，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與BIM技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可全面獲取、快速準(zhǔn)確的傳遞施工信息，在此基礎(chǔ)上最優(yōu)安排工作與分配資源，最大限度降低時(shí)間與成本浪費(fèi)。

圖6 基于BIM技術(shù)的土木工程內(nèi)部空間查看

3 實(shí)例探析BIM技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用情況

3.1 工程概況

本文以某大型工程為例，對(duì)BIM技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用情況展開分析。此項(xiàng)目體量較大，且土建、結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜，工程施工過(guò)程中涉及諸多參建單位，同時(shí)工期較緊，存在較多交叉作業(yè)。為保證項(xiàng)目順利實(shí)施，經(jīng)綜合考慮后決定在項(xiàng)目中集成使用BIM技術(shù)，并委托專業(yè)BIM咨詢方輔助BIM工作管理。

3.2 項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目參與方包括建設(shè)方、BIM管理咨詢方、設(shè)計(jì)方、施工承包單位、材料和設(shè)備供應(yīng)商等，具體組織結(jié)構(gòu)如圖7所示。其中，BIM團(tuán)隊(duì)成員主要包括：BIM經(jīng)理、BIM模型操作人員、BIM技術(shù)協(xié)助人員、BIM標(biāo)準(zhǔn)管理人員、BIM系統(tǒng)管理人員、BIM應(yīng)用開發(fā)人員等，具體的職位分類及職責(zé)如表3所示。

表3 BIM職位分類及職責(zé)

圖7 組織結(jié)構(gòu)

3.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用情況

本項(xiàng)目以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，為項(xiàng)目各個(gè)參與方提供了一個(gè)工作協(xié)同與信息交流平臺(tái)，具體應(yīng)用情況如下：

（1）項(xiàng)目準(zhǔn)備階段：建設(shè)方組織編制項(xiàng)目目標(biāo)規(guī)劃、BIM實(shí)施規(guī)劃，明確各參與方職責(zé)、工作目標(biāo)；BIM咨詢方編制BIM應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、工作流程，提高各方協(xié)作水平；設(shè)計(jì)方利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙錯(cuò)誤，減少因設(shè)計(jì)所致的不必要的浪費(fèi)或是工期延誤。

（2）項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程：①基于BIM技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合使用，準(zhǔn)確獲取、傳遞施工信息，并優(yōu)化工作安排與資源分配，提高工期與成本管理效果；②基于建設(shè)對(duì)象功能要求特殊性，如施工技術(shù)難題的解決，主要采取以下工作流程：施工方提出技術(shù)難題，協(xié)同管理組協(xié)助搜集相關(guān)信息；BIM小組將相關(guān)信息關(guān)聯(lián)BIM模型，便于各方了解技術(shù)問(wèn)題的各項(xiàng)信息，并經(jīng)由會(huì)議討論解決方案；BIM小組根據(jù)解決方案模擬施工過(guò)程，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，確定最優(yōu)解決措施，并將其反饋給項(xiàng)目管理組。

3.4 BIM技術(shù)的應(yīng)用效果

基于建設(shè)方的主導(dǎo)下，本項(xiàng)目基于BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了工期提前，并達(dá)成了項(xiàng)目各項(xiàng)目標(biāo)。項(xiàng)目建設(shè)期間，BIM技術(shù)為各方提供了可靠的信息支撐，有利于共同解決各類技術(shù)問(wèn)題，有效減少了工程變更，并提高了項(xiàng)目管理信息化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展下的重要產(chǎn)物，在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、為參建各方帶來(lái)效益等方面發(fā)揮著重要作用，因此其在土木工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用成為必然。在土木工程施工領(lǐng)域，BIM技術(shù)的應(yīng)用可通過(guò)模型構(gòu)建、虛擬施工、碰撞檢查、內(nèi)部空間查看等功能，有效解決專業(yè)配合不到位、施工工期有偏差、管理存在缺陷等問(wèn)題，保證項(xiàng)目按時(shí)、保質(zhì)的完成，提高項(xiàng)目綜合效益。目前，我國(guó)BIM技術(shù)在土木工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用尚處初級(jí)階段，還需在以下幾個(gè)方面加大研究力度：

（1）深入挖掘BIM數(shù)據(jù)的價(jià)值，加強(qiáng)數(shù)據(jù)交換、建造與運(yùn)維的數(shù)據(jù)共享等問(wèn)題研究，探索一種適合中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)范的數(shù)據(jù)組織模式，為基于BIM技術(shù)的土木工程全生命周期的協(xié)同工作提供解決思路。

（2）加強(qiáng)BIM技術(shù)與各種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)BIM更高科技的發(fā)展，如：3D打印機(jī)器人，BIM模型直接對(duì)接3D打印機(jī)器人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，完成“無(wú)紙化”交付；人工智能技術(shù)，基于大量的BIM模型數(shù)據(jù)化、結(jié)構(gòu)化，結(jié)合人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)人工智能化設(shè)計(jì)；大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)與BIM技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，可為未來(lái)BIM設(shè)計(jì)、施工提供更為可靠的決策支撐。

（3）以BIM技術(shù)促進(jìn)綠色建筑發(fā)展，綠色是現(xiàn)代土木工程發(fā)展的重要方向，也是國(guó)家相關(guān)政策的明確要求，借助綠色BIM概念理論與技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、光能的高效利用，對(duì)噪聲、能量消耗、污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化綠色項(xiàng)目，推動(dòng)我國(guó)土木工程領(lǐng)域的健康、可持續(xù)發(fā)展。