復雜土木工程施工BIM技術優勢分析

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摘要：為進一步體現BIM技術在復雜土木工程施工中的優勢，現擬對既有文獻資料及相關案例進行梳理，從而明確其在科學化和數字化管理方面的突出價值。通過研究表明，bim技術以工程信息大數據以及信息化模型作為基礎，它可在施工前以及施工過程之中，利用BIM技術對詳細施工情況進行模擬，并達到信息的集成和共享效果，無論是公路橋梁設計，還是地下工程建設，以及與之相對應的造價管理、檢測安裝等，均有明顯的優勢。

關鍵詞：BIM技術；復雜土木工程；施工優勢

近年來土木工程施工中三維可視化模型應用成為熱點，繼CAD技術之后，BIM技術正因其突出優勢受到廣泛歡迎。同CAD技術比較起來，BIM技術在圖形制作方面與表達能力方面，都有顯著的進步，而且該項技術的完善，對土木工程建設尤其是復雜土木工程建設的適應性將更強。

1BIM技術在復雜土木工程施工中的優勢特征

我國規范對BIM的定義是，BIM技術意為在建設工程和設施的整個生命期內，利用數字化表達形式對建筑施工物理與功能特性加以表達，并以此為基礎完成設計、施工和運營活動[1]。BIM技術可以基于其強大的新型信息處理技術，盡最大可能避免復雜土木工程施工過程中的重復作業問題、資源浪費等問題，以此滿足施工進度提升、生產效率提高的要求，給復雜土木工程以革命性影響，BIM技術對于復雜土木工程的優勢特征主要包括系統化，可集成，可共享三大方面。BIM技術可以在規范化的視角影響工程施工中的各個細節，讓不同專業、各個環節的工作者均可以明確施工問題所在，開展與之對應的跨部門（業主，設計，施工，結構，設備，運營維護等）協同化作業，各類種施工信息能夠被集成，有序發展，使問題得到及時解決[2]。最大的特色是多方信息資源集成后，均可在BIM技術保障下進行實時無障礙共享，這將極大地提升工程信息的利用效率[3]。

2BIM技術在復雜土木工程施工中的應用

復雜土木工程施工，可以利用BIM技術達到項目模型構建的合理化應用效果，正是此類模型的支持，將讓工作人員在查詢施工信息等方面獲益，促進項目施工管理效率的提升，此外，BIM技術還可以起到施工時不同問題的分別與全面檢測作用，給施工結構的分析提供幫助，有助于施工風險降低，確保復雜施工高效。在具體的施工應用方面，BIM技術可以有3D建模和模擬施工兩個領域的強大作用。在3D建模方面，BIM技術將集中體現于復雜土木工程的施工模型建立方面，利用BIM技術，讓工程模型能夠在最大可能范圍內與真實構件相接近。利用BIM技術3D建模的圖元組件應用范圍非常廣，構件可以自由的形式繪制建模。在具體操作過程中，可以根據模型構件的具體大小、數量、材質，以及多種可能的排列組合形式等創建。近幾年，一些現代土木工程建筑往往趨于復雜化，新穎的造型，讓形式、形狀的多變性超強，這無疑使工程施工難度變大，以BIM技術完成建模工作，可以更形象地顯現出建筑外形及格局特點，給后續的具體施工操作提供有價值參考，比如南京青奧體育公園項目屬于典型復雜工程，工程總建筑面積逾115700m2，建筑高度43m，地上和地下建筑都非常復雜，其中看臺座位數超20000個，該工程在設計工序方面也極為復雜，如下圖一。主體大部分由HRB335，HRB400級鋼筋構成，鋼筋連接方式涉及到搭接、焊接、機械連接等多種類型，再加之體育館上部結構的梁、板、柱應用特點，外裝飾拉索幕墻的形式，都無疑增加了建筑施工的難度。在工程項目期間，青奧項目以BIM技術為基礎，從工程初始的規劃階段便進行了信息錄入BIM有關軟件工作，形成科學化信息管理系統，在很大程度上對節約成本做出了貢獻。其次，在模擬施工方面，因其側重于強調應用BIM技術達到3D建模要求，以多種參數對工程進行設置，讓3D模型擁有可視化與動態化表達效果，這使工程施工具有前瞻性（詳如下圖二所示），此時，相關人員便能夠借助BIM技術之中特定軟件體系，包括Revit和MVC等，從3D模型向4D應用方面的轉化，保證BIM技術在復雜土木工程施工中的持續性優勢。比如，在某工程本桁架結構內，全部型鋼柱均出現了變截面，其中一軸處節點截面由原來直徑2000mm圓形截面改變成矩形截面（1000×1850mm直徑），截面突然變更，重新考慮結構受力，鋼筋重新配筋，問題和難度同時增加，針對這種情況，可以利用BIM技術模擬施工現場，在三維立體空間內進行BIM模擬鋼筋排布施工，同時做碰撞檢查，避免新構件與原模型構件發生沖突。[4]再以南京青奧體育館為例，該工程建設周期比較長，不確定性因素多，僅在異形柱施工方案設計方面，便包括8根鋼筋混凝土異形柱，且分成A、B兩類，全部柱均為異形截面構造，下窄上寬，靠場外部位有一出矩形槽，尺寸是250mm×250mm，柱頂標高是24.6m與22.82m（圖三），由于該構建具有復雜性和危險性，因此一定要有專項施工方案，此時便可以把異形柱構建的幾何與物理屬性等置于BIM有關軟件之中，再對整體結構做出建模，繼而在特定軟件內完成安全性與可行性分析。

3BIM技術在復雜土木工程施工中的管理

除了施工技術方面的要點以外，施工管理中BIM技術的作用同樣值得重視。關于施工規劃問題，BIM技術的應用一方面可以達到工程施工宏觀控制的良好效果，另一方面還可以針對具體操作環節，如部分施工節點加以精細化模擬，以此達到從宏觀到微觀的理想施工規劃的狀態。用戶可在此契機之下做全面而深入的幾何參數、時間參數測量與了解，并通過BIM技術模型來實現。舉例來講，當面對某項復雜程度較高的土木工程時，用戶可建立基于BIM技術的4D－GCPSU系統，使系統利用參數達到現場碰撞分析等作用發揮出來，從而達到施工進度規劃與施工材料管理相統一的理想效果。關于造價管理，用戶在BIM技術的支持下，進行造價估算或者成本核算等活動，將最大限度地滿足科學造價管理的要求，其中可能涉及到的核算方法有幾種，如以API接口連接成本核算軟件同BIM技術的連接，以開放式數據庫關聯BIM模型，或者在BIM技術平臺上，直接提取出有價值施工信息，再將這些信息導出應用等，這些做法均將給復雜土木工程管理造價管理提供支持，最終促成工程的合理推進[5]。另外，在造價管理中，BIM技術的連接還具有天然的投資回報率優勢，比如其本身對于節約成本的作用，包括出圖等方面的直接成本節約，以及工期、質量等方面的間接成本節約等。關于施工現場質量監控，BIM技術的應用，能夠讓施工質量現場管理利用移動端來解決，以便更好地達到現場質量、進度、安全、監理檢查等問題的解決效果，可使之在三維模型集成的幫助下，使相關質量監控人員能夠在PC端隨時同步查看施工質量情況[6]。當現場實拍圖上傳于BIM模型之中以后，其他管理者便能夠點擊相對應的位置，根據提示進行現場圖片查看，而相應的責任人員也就可以據此就采取質量問題的有效應對措施，做到及時發現問題、定位問題、解決問題。同理，如果各方能夠把施工管理、運營維護、項目竣工等所需要的資料、檔案，如大量的驗收單、檢驗報告、合格證、設計變更單等及時列入于BIM技術支持下的模型之中，便可以做到項目資料的統一管理，此時的施工現場質量監控也將更加有據可依，可以給整個施工運維調用提供強大的數據庫支持。

4總結

BIM技術具有系統化、集成化與共享化特點，這些特點將在土木工程特別是復雜土木工程中發揮出較大優勢，因此BIM技術不但可以用3D的形式把工程建筑外形展示出來，而且還可以準確模擬復雜土木工程在施工過程中的整體和細節，起到幫助設計者與施工者熟悉環境、完善控制的作用，從而節約人力、財力、物力。

參考文獻

[1]GB50010-2010，中華人民共和國國家標準.混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]胡泰龍.復雜密集節點鋼筋三維排布設計與施工模擬應用研究[D].青島理工大學，2015,06.

[3]劉元珍；胡鳳麗等.建筑信息模型技術在土木工程專業實踐教學中的應用探討[J].黑龍江教育(高教研究與評估)，2018，（05）：22.

[4]馬彬；唐碧秋.BIM技術在土木工程專業教學中的改革與探索[J].大眾科技，2018，（05）：45-48.

[5]李鵬博.淺談BIM技術在國內土木工程施工領域的應用[J].廣東蠶業，2018，（05）：31-33.

[6]張愷韜.基于BIM技術的隧道參數化建模與應用研究[D].西南交通大學，2018，5.

作者：范曉琴 單位：閩南理工學院