BIM技术在土木工程中的应用浅析★

杨明睿 肖家发 刘 峰 桂劲松

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

0 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建设项目的各项相关数据做为建模的基础，从而利用软件建立模型，并通过数字信息模拟反映出建筑物所拥有的真实信息[1]。BIM技术是当下建筑业继传统CAD技术后的又一次重大突破，它的图形制作和表现能力远胜于传统的二维CAD技术。同时运用BIM进行参数化设计能够支撑起建筑工程的结构设计和施工以及用户交互的创新功能。其所采用的相对真实感图形学亦可以使建筑物建造过程得以逼真呈现，为工程的施工真实化呈现起到了不小的推进。各个方面正在逐渐丰富的BIM技术，可以为设计单位、施工方和业主最大化提供强力技术支持。

基于BIM技术在土木工程建设中的应用，在国内同领域的研究尚未深入，而以BIM技术为基础的土木工程应用研究也鲜有报道[2]。相较于以往BIM技术的研究方向，其往往多集中在建筑工程的施工领域，而在土木工程的其他领域还尚未普及开来。鉴于BIM技术的可视化、模拟性、协调性等优势。对工程的设计、施工信息化管理意义重大，在保障施工进度方面亦有重要作用。

在BIM模型中，它包含的不仅仅是建筑的数字信息，还涵盖了与工程相关的非几何属性。因此，它会实现4D,5D以及各种环境分析等方面的计算工作,从而优化本次设计、指导施工。基于BIM的集成与协同设计技术，可以保证工程项目的各个参与方在项目不同的阶段实施协同作业[3]。与此同时，运用BIM技术制备好工程信息模型后，对于以后在各领域内推广BIM技术、介绍与宣传工程项目、乃至指导和优化土木工程施工建设时都会有重大意义。

1 BIM与设计

1.1 BIM技术特点

日前，设计单位一般采用CAD软件进行工程项目的平面图、结构断面、工艺图等图形的绘制，并没有真正的涉及使用BIM软件(如Revit建模软件)去进行设计，也少有利用软件去辅助设计的情况，因此，采用BIM技术参与到设计工程是需要优先解决的问题。在CAD设计时代，人们通过绘制不同的视图来表达建筑物，而在BIM设计时代，我们可以在同一个模型的基础上轻而易举的得到我们想要的各个平面图，大大缩减了设计的时间。即便出现设计变更，我们只需要在模型中更改相应构件即可，而不是去各个平面图中逐一修改。BIM设计并不是对以往设计过程的全盘抛弃，仍要做一些原有的工作，如结构计算，效果制作、虚拟现实制作等。但是，运用BIM技术将更加方便，拥有统一的模式，导入相应的结构计算和工程量计算软件即可得到各项指标，同时成果交付模式也能够得以改善。传统的纸质版成果交付，迫使接收方在进行下一步工作时需要自己根据自己软件要求重新导入有关数据。一个成果在这样重复操作的情况下难免会出现纰漏，运用BIM技术可有效减少在成果交付过程中产生的错误，避免造成不必要的损失。

1.2 BIM技术在设计中的应用

在工程的设计阶段，所有专业都基于统一的BIM平台进行协作，同步不同时的工作可使各个专业人员的设计进度一目了然[4]。设计人员还可以运用BIM 技术对拟建工程项目的选址、地形、结构型式等问题做出判断，对不同的结构方案进行模拟与分析，帮助业主做出正确的决策。通过BIM技术进行深化设计应用，可使整个深化设计过程变得更为直观、精确。建筑工程领域内，最先想到的深化设计可能就是碰撞检查。实际上深化设计不仅仅是碰撞检查，它可以进行设计图纸的优化，施工协调和工程量预算纠编等工作[5]。传统设计仅仅是二维的图纸，基于BIM的施工图设计最后的成果不仅仅是图纸它还有相应的数字化模型以及信息化全面的图纸。

基于BIM技术的施工图设计是针对各个专业BIM协同建模进行优化，对各个专业的整合、协调、修订，最终在BIM模型的基础上得到各个专业详细的施工图纸以及满足施工和工程进度管理控制的需要。这种同步设计的理念可以结合工程进度计划和施工组织设计用以指导施工的有序进行。

2 BIM与施工

在BIM模型的基础上可以导出施工图纸用以指导施工[6]，现在土木工程施工阶段涉及到BIM的应用可总结为以下几点。

2.1 工程的可视化展示

工程施工阶段的可视化展示可以通过建模团队根据设计图纸利用Revit等相关建模软件完成项目的机构、建筑、消防等配套设施。模型完成不仅仅能够为施工方自己带来方便，还可以让业主了解施工的进度，直观理解设计理念等。在施工前遇到突发情况也能做出相应部署，预先同设计方解决问题。

目前，在土木工程方面我国普遍使用的BIM建模软件有Autodesk Revit Architecture/Structure/MEP，Bentley Architecture等等。

2.2 基于BIM 模型的工程量的统计

工程量的统计是计算工程预算的基础，但其计算过程非常繁琐，造价师易因人为疏忽导致计算失误，影响后续计算的准确性[7]。基于BIM模型的快速工程清单量的统计能够代替原本造价工程师一系列复杂的计算，并可以利用节约的时间编制更精确的预算。同时基于模型的快速工程清单量的统计能摆脱人为因素影响，比传统的计算方法更加准确客观。而在计算速度方面，基于模型的快速工程量统计可以更快地计算工程量，更好地应对设计变更等一系列问题。

2.3 工程施工进度模拟

施工进度计划是施工组织设计的核心内容，通过合理安排进度计划，在人力、材料、机械及资金消耗最优的情况下，按规定工期完成工程施工任务。基于BIM技术的工程施工进度模拟现在可以通过以下软件完成：Navisworks软件的Timeliner模块、Glodon BIM5D软件，将BIM模型与项目进度文件相关联，赋予原BIM模型其时间信息，以动态可视化方式形象生动的展示给众人[8]。运用相关BIM软件，将工程的日工作量、原定进度计划和时间轴三项相关联；根据工作量，确定劳作量，从而做到合理化、智慧化施工。这样做不仅告别了原来文字式书面的描述，还提高了工作效率，工程施工进度一目了然。基于BIM的工程施工进度模拟能创建一个多维度协同化、集成化、信息化的工作平台，增加各个专业单位沟通交流、减少信息丢失和滞后。

2.4 绿色施工理念的实现

绿色施工的特点是要求工程最大限度地节约资源与减少对环境的负面影响。传统的施工方式或多或少存在着资源浪费和环境污染的情况，并且多数的施工方在施工时均是根据自己以往的施工经验进行施工，这种传统的施工方式显然不是绿色环保的施工方式。如何利用BIM技术实现绿色施工是当下土木工程领域亟待解决的关键问题：一方面，可以利用BIM相关软件将各类施工方案统一、整理；进而进行方案的比选，根据实际情况选择出与之相适应的施工方案用以指导施工，从而避免不恰当的施工方式导致工期延误或是材料浪费、冗余等事件的发生；另一方面，通过BIM技术仿真模拟出真实的施工情境，模拟各类施工突发事件，制备相关施工紧急预案。

3 BIM技术在运维阶段的应用

运维管理主要包括基于模型的项目造价、施工进度、资源成本等要素集成计划和控制以及施工过程可视化两个系统。土木工程运维阶段的多元交流构想:在运维阶段，各个单位以IFC文件相互交流，即可实现数据的集成、交换和共享。至于在建筑生命期的各个不同阶段和应用系统间的信息断层进行了新的探索。

对于管理者来说：一方面，BIM技术被用来积极影响传统的组织管理系统。管理方不再需要与各个专业领域的参与者反复沟通交流。只需要通过BIM模型即可获取整个项目的相关信息。从而改变传统单一的沟通交流方式，使得真实信息往往更加多样化，从而更有利于在整个生命周期中精确分配资源，从建筑的图纸设计到最终建筑产品的完成，以及甚至到拆迁这一整个生命周期中准确地进行资源的分配、材料采购、款项结算、工期进度安排等实现有效的管理和控制[9]。另一方面，管理人员发出的信息也可以及时可靠地提供，避免过去延误造成的损失。同时，利用BIM技术实现4D/5D或nD，管理模式将趋于精致化和小型化。

4 结语

本文通过对BIM技术在土木工程领域应用的情况进行了分析汇总，结合现行将BIM 应用在设计、施工和运维阶段的实际情况，考虑到绿色施工的特点，指出BIM技术和绿色施工理念的综合应用将是未来土木工程发展的新方向。这一点突破了BIM技术在施工管理方面的应用，体现了BIM 技术在土木工程领域的应用价值和广阔前景。