楊明睿 肖家發(fā) 劉 峰 桂勁松

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

0 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建設(shè)項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)做為建模的基礎(chǔ)，從而利用軟件建立模型，并通過(guò)數(shù)字信息模擬反映出建筑物所擁有的真實(shí)信息[1]。BIM技術(shù)是當(dāng)下建筑業(yè)繼傳統(tǒng)CAD技術(shù)后的又一次重大突破，它的圖形制作和表現(xiàn)能力遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)。同時(shí)運(yùn)用BIM進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠支撐起建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工以及用戶(hù)交互的創(chuàng)新功能。其所采用的相對(duì)真實(shí)感圖形學(xué)亦可以使建筑物建造過(guò)程得以逼真呈現(xiàn)，為工程的施工真實(shí)化呈現(xiàn)起到了不小的推進(jìn)。各個(gè)方面正在逐漸豐富的BIM技術(shù)，可以為設(shè)計(jì)單位、施工方和業(yè)主最大化提供強(qiáng)力技術(shù)支持。

基于BIM技術(shù)在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)同領(lǐng)域的研究尚未深入，而以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的土木工程應(yīng)用研究也鮮有報(bào)道[2]。相較于以往BIM技術(shù)的研究方向，其往往多集中在建筑工程的施工領(lǐng)域，而在土木工程的其他領(lǐng)域還尚未普及開(kāi)來(lái)。鑒于BIM技術(shù)的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢(shì)。對(duì)工程的設(shè)計(jì)、施工信息化管理意義重大，在保障施工進(jìn)度方面亦有重要作用。

在BIM模型中，它包含的不僅僅是建筑的數(shù)字信息，還涵蓋了與工程相關(guān)的非幾何屬性。因此，它會(huì)實(shí)現(xiàn)4D,5D以及各種環(huán)境分析等方面的計(jì)算工作,從而優(yōu)化本次設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工。基于BIM的集成與協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，可以保證工程項(xiàng)目的各個(gè)參與方在項(xiàng)目不同的階段實(shí)施協(xié)同作業(yè)[3]。與此同時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)制備好工程信息模型后，對(duì)于以后在各領(lǐng)域內(nèi)推廣BIM技術(shù)、介紹與宣傳工程項(xiàng)目、乃至指導(dǎo)和優(yōu)化土木工程施工建設(shè)時(shí)都會(huì)有重大意義。

1 BIM與設(shè)計(jì)

1.1 BIM技術(shù)特點(diǎn)

日前，設(shè)計(jì)單位一般采用CAD軟件進(jìn)行工程項(xiàng)目的平面圖、結(jié)構(gòu)斷面、工藝圖等圖形的繪制，并沒(méi)有真正的涉及使用BIM軟件(如Revit建模軟件)去進(jìn)行設(shè)計(jì)，也少有利用軟件去輔助設(shè)計(jì)的情況，因此，采用BIM技術(shù)參與到設(shè)計(jì)工程是需要優(yōu)先解決的問(wèn)題。在CAD設(shè)計(jì)時(shí)代，人們通過(guò)繪制不同的視圖來(lái)表達(dá)建筑物，而在BIM設(shè)計(jì)時(shí)代，我們可以在同一個(gè)模型的基礎(chǔ)上輕而易舉的得到我們想要的各個(gè)平面圖，大大縮減了設(shè)計(jì)的時(shí)間。即便出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，我們只需要在模型中更改相應(yīng)構(gòu)件即可，而不是去各個(gè)平面圖中逐一修改。BIM設(shè)計(jì)并不是對(duì)以往設(shè)計(jì)過(guò)程的全盤(pán)拋棄，仍要做一些原有的工作，如結(jié)構(gòu)計(jì)算，效果制作、虛擬現(xiàn)實(shí)制作等。但是，運(yùn)用BIM技術(shù)將更加方便，擁有統(tǒng)一的模式，導(dǎo)入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和工程量計(jì)算軟件即可得到各項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)成果交付模式也能夠得以改善。傳統(tǒng)的紙質(zhì)版成果交付，迫使接收方在進(jìn)行下一步工作時(shí)需要自己根據(jù)自己軟件要求重新導(dǎo)入有關(guān)數(shù)據(jù)。一個(gè)成果在這樣重復(fù)操作的情況下難免會(huì)出現(xiàn)紕漏，運(yùn)用BIM技術(shù)可有效減少在成果交付過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，避免造成不必要的損失。

1.2 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在工程的設(shè)計(jì)階段，所有專(zhuān)業(yè)都基于統(tǒng)一的BIM平臺(tái)進(jìn)行協(xié)作，同步不同時(shí)的工作可使各個(gè)專(zhuān)業(yè)人員的設(shè)計(jì)進(jìn)度一目了然[4]。設(shè)計(jì)人員還可以運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)擬建工程項(xiàng)目的選址、地形、結(jié)構(gòu)型式等問(wèn)題做出判斷，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行模擬與分析，幫助業(yè)主做出正確的決策。通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)應(yīng)用，可使整個(gè)深化設(shè)計(jì)過(guò)程變得更為直觀(guān)、精確。建筑工程領(lǐng)域內(nèi)，最先想到的深化設(shè)計(jì)可能就是碰撞檢查。實(shí)際上深化設(shè)計(jì)不僅僅是碰撞檢查，它可以進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的優(yōu)化，施工協(xié)調(diào)和工程量預(yù)算糾編等工作[5]。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)僅僅是二維的圖紙，基于BIM的施工圖設(shè)計(jì)最后的成果不僅僅是圖紙它還有相應(yīng)的數(shù)字化模型以及信息化全面的圖紙。

基于BIM技術(shù)的施工圖設(shè)計(jì)是針對(duì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)BIM協(xié)同建模進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的整合、協(xié)調(diào)、修訂，最終在BIM模型的基礎(chǔ)上得到各個(gè)專(zhuān)業(yè)詳細(xì)的施工圖紙以及滿(mǎn)足施工和工程進(jìn)度管理控制的需要。這種同步設(shè)計(jì)的理念可以結(jié)合工程進(jìn)度計(jì)劃和施工組織設(shè)計(jì)用以指導(dǎo)施工的有序進(jìn)行。

2 BIM與施工

在BIM模型的基礎(chǔ)上可以導(dǎo)出施工圖紙用以指導(dǎo)施工[6]，現(xiàn)在土木工程施工階段涉及到BIM的應(yīng)用可總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

2.1 工程的可視化展示

工程施工階段的可視化展示可以通過(guò)建模團(tuán)隊(duì)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙利用Revit等相關(guān)建模軟件完成項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)、建筑、消防等配套設(shè)施。模型完成不僅僅能夠?yàn)槭┕し阶约簬?lái)方便，還可以讓業(yè)主了解施工的進(jìn)度，直觀(guān)理解設(shè)計(jì)理念等。在施工前遇到突發(fā)情況也能做出相應(yīng)部署，預(yù)先同設(shè)計(jì)方解決問(wèn)題。

目前，在土木工程方面我國(guó)普遍使用的BIM建模軟件有Autodesk Revit Architecture/Structure/MEP，Bentley Architecture等等。

2.2 基于BIM 模型的工程量的統(tǒng)計(jì)

工程量的統(tǒng)計(jì)是計(jì)算工程預(yù)算的基礎(chǔ)，但其計(jì)算過(guò)程非常繁瑣，造價(jià)師易因人為疏忽導(dǎo)致計(jì)算失誤，影響后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確性[7]?；贐IM模型的快速工程清單量的統(tǒng)計(jì)能夠代替原本造價(jià)工程師一系列復(fù)雜的計(jì)算，并可以利用節(jié)約的時(shí)間編制更精確的預(yù)算。同時(shí)基于模型的快速工程清單量的統(tǒng)計(jì)能擺脫人為因素影響，比傳統(tǒng)的計(jì)算方法更加準(zhǔn)確客觀(guān)。而在計(jì)算速度方面，基于模型的快速工程量統(tǒng)計(jì)可以更快地計(jì)算工程量，更好地應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變更等一系列問(wèn)題。

2.3 工程施工進(jìn)度模擬

施工進(jìn)度計(jì)劃是施工組織設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，通過(guò)合理安排進(jìn)度計(jì)劃，在人力、材料、機(jī)械及資金消耗最優(yōu)的情況下，按規(guī)定工期完成工程施工任務(wù)?；贐IM技術(shù)的工程施工進(jìn)度模擬現(xiàn)在可以通過(guò)以下軟件完成：Navisworks軟件的Timeliner模塊、Glodon BIM5D軟件，將BIM模型與項(xiàng)目進(jìn)度文件相關(guān)聯(lián)，賦予原BIM模型其時(shí)間信息，以動(dòng)態(tài)可視化方式形象生動(dòng)的展示給眾人[8]。運(yùn)用相關(guān)BIM軟件，將工程的日工作量、原定進(jìn)度計(jì)劃和時(shí)間軸三項(xiàng)相關(guān)聯(lián)；根據(jù)工作量，確定勞作量，從而做到合理化、智慧化施工。這樣做不僅告別了原來(lái)文字式書(shū)面的描述，還提高了工作效率，工程施工進(jìn)度一目了然?；贐IM的工程施工進(jìn)度模擬能創(chuàng)建一個(gè)多維度協(xié)同化、集成化、信息化的工作平臺(tái)，增加各個(gè)專(zhuān)業(yè)單位溝通交流、減少信息丟失和滯后。

2.4 綠色施工理念的實(shí)現(xiàn)

綠色施工的特點(diǎn)是要求工程最大限度地節(jié)約資源與減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。傳統(tǒng)的施工方式或多或少存在著資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的情況，并且多數(shù)的施工方在施工時(shí)均是根據(jù)自己以往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，這種傳統(tǒng)的施工方式顯然不是綠色環(huán)保的施工方式。如何利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色施工是當(dāng)下土木工程領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題：一方面，可以利用BIM相關(guān)軟件將各類(lèi)施工方案統(tǒng)一、整理；進(jìn)而進(jìn)行方案的比選，根據(jù)實(shí)際情況選擇出與之相適應(yīng)的施工方案用以指導(dǎo)施工，從而避免不恰當(dāng)?shù)氖┕し绞綄?dǎo)致工期延誤或是材料浪費(fèi)、冗余等事件的發(fā)生；另一方面，通過(guò)BIM技術(shù)仿真模擬出真實(shí)的施工情境，模擬各類(lèi)施工突發(fā)事件，制備相關(guān)施工緊急預(yù)案。

3 BIM技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用

運(yùn)維管理主要包括基于模型的項(xiàng)目造價(jià)、施工進(jìn)度、資源成本等要素集成計(jì)劃和控制以及施工過(guò)程可視化兩個(gè)系統(tǒng)。土木工程運(yùn)維階段的多元交流構(gòu)想:在運(yùn)維階段，各個(gè)單位以IFC文件相互交流，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成、交換和共享。至于在建筑生命期的各個(gè)不同階段和應(yīng)用系統(tǒng)間的信息斷層進(jìn)行了新的探索。

對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)：一方面，BIM技術(shù)被用來(lái)積極影響傳統(tǒng)的組織管理系統(tǒng)。管理方不再需要與各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的參與者反復(fù)溝通交流。只需要通過(guò)BIM模型即可獲取整個(gè)項(xiàng)目的相關(guān)信息。從而改變傳統(tǒng)單一的溝通交流方式，使得真實(shí)信息往往更加多樣化，從而更有利于在整個(gè)生命周期中精確分配資源，從建筑的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到最終建筑產(chǎn)品的完成，以及甚至到拆遷這一整個(gè)生命周期中準(zhǔn)確地進(jìn)行資源的分配、材料采購(gòu)、款項(xiàng)結(jié)算、工期進(jìn)度安排等實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制[9]。另一方面，管理人員發(fā)出的信息也可以及時(shí)可靠地提供，避免過(guò)去延誤造成的損失。同時(shí)，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)4D/5D或nD，管理模式將趨于精致化和小型化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的情況進(jìn)行了分析匯總，結(jié)合現(xiàn)行將BIM 應(yīng)用在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段的實(shí)際情況，考慮到綠色施工的特點(diǎn)，指出BIM技術(shù)和綠色施工理念的綜合應(yīng)用將是未來(lái)土木工程發(fā)展的新方向。這一點(diǎn)突破了BIM技術(shù)在施工管理方面的應(yīng)用，體現(xiàn)了BIM 技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值和廣闊前景。