徐鳳娟 康 麗 徐 亮

（1.新疆工程學(xué)院土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023；2.新疆兵團(tuán)十二師財(cái)政局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

與制造行業(yè)相比，土木工程建造行業(yè)依然存在勞動(dòng)力密集、管理相對(duì)粗放、科技含量相對(duì)較低等問(wèn)題。在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新技術(shù)篷勃發(fā)展的背景下，土木建筑行業(yè)也迎來(lái)了重要變革，應(yīng)用BIM 技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)土建工程的智慧建造。

BIM 是Building Information Modeling 的縮寫，即建筑信息模型。關(guān)聯(lián)性是BIM 的一大特點(diǎn)，即在模型中對(duì)其中一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改之后，與其相關(guān)的數(shù)據(jù)都會(huì)隨之而變化。BIM 利用了先進(jìn)的三維繪圖工具，在建立BIM 模型的同時(shí)，將與工程作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)連接至模型上，并通過(guò)模型呈現(xiàn)相關(guān)工具界面，提供工程項(xiàng)目相關(guān)的個(gè)人或協(xié)同作業(yè)人員模擬、互動(dòng)操作、查詢及附加應(yīng)用等。而BIM 在建筑全生命周期中的應(yīng)用范圍，從概念設(shè)計(jì)，到后期施工，再到竣工乃至維護(hù)保養(yǎng)和拆除，BIM 可以貫穿其始終的。項(xiàng)目建造各參與方都可以通過(guò)BIM 建立的模型來(lái)查看自身的業(yè)務(wù)狀況，然后做出合理判斷，并且在行為上達(dá)成一致[1]。本文從BIM 技術(shù)在土建工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)出發(fā)，就BIM 技術(shù)在土建工程中的典型應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 BIM 技術(shù)在土建工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

運(yùn)用BIM 技術(shù)的精細(xì)化建模、碰撞檢查等功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和模型優(yōu)化，便于技術(shù)人員從不同維度上觀察設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、機(jī)電、設(shè)備等不同專業(yè)的干擾處進(jìn)行修改，結(jié)合實(shí)際工程情況判斷建筑設(shè)計(jì)是否符合要求，確認(rèn)選用的建筑材料是否符合空間需求等，BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如圖1所示。除此之外，還能夠智能化分析與仿真模擬設(shè)計(jì)、過(guò)程和結(jié)果。同時(shí)，在建筑設(shè)計(jì)中使用BIM 技術(shù)，可以使設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維得到很好的開(kāi)發(fā)，極大地發(fā)掘設(shè)計(jì)師的潛能，提升其創(chuàng)造力和想象力。

圖1 BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2 BIM 技術(shù)在土建工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

建筑項(xiàng)目的成本不僅包含原材料生產(chǎn)的成本，還包括建筑機(jī)械、建筑人員、建筑施工組織的成本。采用BIM技術(shù)對(duì)建筑企業(yè)預(yù)測(cè)、計(jì)劃、核算等進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，減少工作環(huán)節(jié)之間的壁壘（BIM 在工程項(xiàng)目管理中的優(yōu)勢(shì)如圖2 所示），更好地幫助企業(yè)控制成本，達(dá)到良性循環(huán)并持續(xù)發(fā)展的目的。

圖2 BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

3 BIM 技術(shù)在土建工程施工中的典型應(yīng)用

運(yùn)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型信息共享和協(xié)同優(yōu)化的特點(diǎn)，能夠提升施工設(shè)計(jì)的生產(chǎn)效率，快速解決施工設(shè)計(jì)中的錯(cuò)漏和不精細(xì)等問(wèn)題，為工程的精細(xì)化管理提供依據(jù)，為工程項(xiàng)目的建造施工提供可視化的指導(dǎo)，可以大幅度地提升建造效率和建造品質(zhì)，BIM 技術(shù)在土建工程施工中的典型應(yīng)用及效果如圖3 所示。

圖3 BIM 技術(shù)在建筑工程施工中的典型應(yīng)用

3.1 在高層建筑中的應(yīng)用

運(yùn)用BIM 虛擬仿真軟件出圖的功能，可以優(yōu)化圖紙質(zhì)量，能夠?qū)?fù)雜的高層建筑構(gòu)造有針對(duì)性地快速生成剖面圖或平面圖，以指導(dǎo)工人施工或作為技術(shù)交底的圖紙。運(yùn)用工程量軟件能夠快速和準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)計(jì)算所需要的工程范圍和工程量，并根據(jù)理論工程量與實(shí)際施工消耗的材料工程量的比值判斷施工效率。通過(guò)計(jì)算工程量能夠預(yù)估材料的采購(gòu)資金，有效推進(jìn)資金使用率。運(yùn)用BIM 虛擬仿真軟件場(chǎng)布模型，可將場(chǎng)地布置中任意設(shè)施生成施工詳圖，作為施工圖紙使用。運(yùn)用BIM 虛擬仿真軟件的漫游及高清拍照功能，能夠直觀查看場(chǎng)布中的各項(xiàng)設(shè)施安裝位置及綠化情況。以此提高高層建筑施工效率并降低返工率，節(jié)約成本和時(shí)間，降低風(fēng)險(xiǎn)[2]。某住宅場(chǎng)布模型如圖4 所示。

圖4 某住宅場(chǎng)布模型圖

3.2 在裝配式建筑上的應(yīng)用

運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)裝配式建筑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少預(yù)制構(gòu)件的種類，并且檢驗(yàn)安裝生產(chǎn)順序，保證滿足不同類型的需求，使預(yù)制構(gòu)件更加準(zhǔn)確和合理[3]。還可以將BIM 虛擬仿真相關(guān)信息傳遞給其他部門的信息控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，強(qiáng)化各項(xiàng)信息的管控，提高施工質(zhì)量。例如針對(duì)北京永定河特大橋項(xiàng)目設(shè)計(jì)中大量運(yùn)用的非一致曲率曲線形成的空間彎扭鋼塔以及變截面鋼梁的特點(diǎn)，施工單位應(yīng)用BIM 仿真技術(shù)，模擬吊裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)源，在吊裝前合理優(yōu)化吊裝施工工序，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)和提高吊裝施工經(jīng)濟(jì)性。

3.3 在橋梁工程中的應(yīng)用

在橋梁工程施工中，根據(jù)參數(shù)變動(dòng)可實(shí)時(shí)修改設(shè)計(jì)圖紙，達(dá)到施工要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理。同時(shí)，通過(guò)模擬演示橋梁工程的關(guān)鍵位置（圖5），對(duì)橋梁工程的危險(xiǎn)進(jìn)行有效辨識(shí)，并結(jié)合碰撞檢查功能，檢查結(jié)構(gòu)之間矛盾點(diǎn)和干擾處，進(jìn)一步優(yōu)化橋梁工程設(shè)計(jì)方案[4]。而傳統(tǒng)的繪圖軟件只能進(jìn)行2D 設(shè)計(jì)，未能充分考慮橋梁工程的全部建設(shè)過(guò)程，阻礙各工作環(huán)節(jié)的有效推進(jìn)和有序配合。

圖5 大跨度橋梁BIM 模型

3.4 在隧道工程中的應(yīng)用

為了提高隧道不同功能區(qū)建模效率和信息交互效率，利用BIM 虛擬仿真軟件二次開(kāi)發(fā)功能對(duì)原有功能進(jìn)行拓展，設(shè)計(jì)出基于BIM 技術(shù)的參數(shù)化隧道標(biāo)準(zhǔn)建模方法。高效完成手動(dòng)建模時(shí)不易完成、重復(fù)性高的工作，提高IFC 文件中對(duì)不同分類構(gòu)件的識(shí)別水準(zhǔn)[5]。例如，針對(duì)隧道工程面臨的地質(zhì)條件多變、施工工序復(fù)雜、安全管控難度較高等特點(diǎn)，利用BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軟弱圍巖大變形區(qū)段工法的模擬，從而幫助各承建方更好地理解設(shè)計(jì)意圖和協(xié)同工作，有效化解施工過(guò)程中的各種風(fēng)險(xiǎn)源，從而達(dá)到安全施工的目的。

3.5 在城市軌道交通工程中的應(yīng)用

運(yùn)用BIM 技術(shù)相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)優(yōu)化功能，可以大幅度縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的聯(lián)結(jié)效率，有效控制設(shè)計(jì)成本，有利于提高城市軌道交通工程協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)效。例如，成都軌道交通6 號(hào)線三期工程，將車站結(jié)構(gòu)風(fēng)道設(shè)計(jì)在制冷機(jī)房的頂部，導(dǎo)致局部區(qū)域安裝空間不足，并且風(fēng)阻變大，設(shè)計(jì)人員通過(guò)運(yùn)用BIM 虛擬仿真模型的可視化分析，快速修改了機(jī)電設(shè)計(jì)方案，保證系統(tǒng)負(fù)荷滿足了要求。

4 BIM 技術(shù)的應(yīng)用拓展

目前，BIM 技術(shù)應(yīng)用范圍較為狹窄，主要應(yīng)用于土建相關(guān)專業(yè)上，因此，未來(lái)應(yīng)拓展BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍，與其它專業(yè)進(jìn)行融合使用，以發(fā)揮其更大應(yīng)用價(jià)值。如BIM 技術(shù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的融合，基于物聯(lián)網(wǎng)的BIM 技術(shù)在土木、交通、測(cè)繪、地質(zhì)等工程中的應(yīng)用；其次，應(yīng)提升BIM 軟件二次開(kāi)發(fā)能力，如利用Revit（Revit 是BIM 應(yīng)用方面的一款主流軟件）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，研究以BIM 數(shù)字化平臺(tái)為基礎(chǔ)的建筑、橋梁、隧道、鐵路、道路、巖土、城市綜合管廊等的運(yùn)維系統(tǒng)，提高土木工程各個(gè)領(lǐng)域BIM 模型的建模速度與準(zhǔn)確率；另外，還應(yīng)加強(qiáng)研究BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域中監(jiān)督環(huán)節(jié)的使用，把它與項(xiàng)目管理相融合，減少重復(fù)工作，可以把信息數(shù)據(jù)留存在模型中，便于工程項(xiàng)目的驗(yàn)收工作，提高項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)管理效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，建筑業(yè)迫切需要利用以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技手段，實(shí)現(xiàn)中國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與跨越式發(fā)展。將BIM 技術(shù)特征中信息共享、虛擬建造、形象可視化優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在實(shí)際施工之中，力求實(shí)現(xiàn)整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的零變更、零返工，進(jìn)而減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞，避免資源的無(wú)端浪費(fèi)，提升工作效率，實(shí)現(xiàn)綠色施工和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。