复杂土木施工中BIM技术的应用与管理

　　摘    要：　为进一步体现BIM技术在复杂土木工程施工中的优势，现拟对既有文献资料及相关案例进行梳理，从而明确其在科学化和数字化管理方面的突出价值。通过研究表明，BIM技术以工程信息大数据以及信息化模型作为基础，它可在施工前以及施工过程之中，利用BIM技术对详细施工情况进行模拟，并达到信息的集成和共享效果，无论是公路桥梁设计，还是地下工程建设，以及与之相对应的造价管理、检测安装等，均有明显的优势。

　　关键词：　BIM技术; 复杂土木工程; 施工优势;

　　近年来土木工程施工中三维可视化模型应用成为热点，继CAD技术之后，BIM技术正因其突出优势受到广泛欢迎。同CAD技术比较起来，BIM技术在图形制作方面与表达能力方面，都有显着的进步，而且该项技术的完善，对土木工程建设尤其是复杂土木工程建设的适应性将更强。

　　1 、BIM技术在复杂土木工程施工中的优势特征

　　我国规范对BIM的定义是，BIM技术意为在建设工程和设施的整个生命期内，利用数字化表达形式对建筑施工物理与功能特性加以表达，并以此为基础完成设计、施工和运营活动[1]。BIM技术可以基于其强大的新型信息处理技术，尽最大可能避免复杂土木工程施工过程中的重复作业问题、资源浪费等问题，以此满足施工进度提升、生产效率提高的要求，给复杂土木工程以革命性影响，BIM技术对于复杂土木工程的优势特征主要包括系统化，可集成，可共享三大方面。

　　BIM技术可以在规范化的视角影响工程施工中的各个细节，让不同专业、各个环节的工作者均可以明确施工问题所在，开展与之对应的跨部门（业主，设计，施工，结构，设备，运营维护等）协同化作业，各类种施工信息能够被集成，有序发展，使问题得到及时解决[2]。最大的特色是多方信息资源集成后，均可在BIM技术保障下进行实时无障碍共享，这将极大地提升工程信息的利用效率[3]。
 

　　2、 BIM技术在复杂土木工程施工中的应用

　　复杂土木工程施工，可以利用BIM技术达到项目模型构建的合理化应用效果，正是此类模型的支持，将让工作人员在查询施工信息等方面获益，促进项目施工管理效率的提升，此外，BIM技术还可以起到施工时不同问题的分别与全面检测作用，给施工结构的分析提供帮助，有助于施工风险降低，确保复杂施工高效。

　　在具体的施工应用方面，BIM技术可以有3D建模和模拟施工两个领域的强大作用。

　　在3D建模方面，BIM技术将集中体现于复杂土木工程的施工模型建立方面，利用BIM技术，让工程模型能够在最大可能范围内与真实构件相接近。利用BIM技术3D建模的图元组件应用范围非常广，构件可以自由的形式绘制建模。在具体操作过程中，可以根据模型构件的具体大小、数量、材质，以及多种可能的排列组合形式等创建。近几年，一些现代土木工程建筑往往趋于复杂化，新颖的造型，让形式、形状的多变性超强，这无疑使工程施工难度变大，以BIM技术完成建模工作，可以更形象地显现出建筑外形及格局特点，给后续的具体施工操作提供有价值参考，比如南京青奥体育公园项目属于典型复杂工程，工程总建筑面积逾115700m2，建筑高度43m，地上和地下建筑都非常复杂，其中看台座位数超20000个，该工程在设计工序方面也极为复杂，如下图一。主体大部分由HRB335,HRB400级钢筋构成，钢筋连接方式涉及到搭接、焊接、机械连接等多种类型，再加之体育馆上部结构的梁、板、柱应用特点，外装饰拉索幕墙的形式，都无疑增加了建筑施工的难度。在工程项目期间，青奥项目以BIM技术为基础，从工程初始的规划阶段便进行了信息录入BIM有关软件工作，形成科学化信息管理系统，在很大程度上对节约成本做出了贡献。

　　图一：体育馆钢结构BIM模型

　　其次，在模拟施工方面，因其侧重于强调应用BIM技术达到3D建模要求，以多种参数对工程进行设置，让3D模型拥有可视化与动态化表达效果，这使工程施工具有前瞻性（详如下图二所示），此时，相关人员便能够借助BIM技术之中特定软件体系，包括Revit和MVC等，从3D模型向4D应用方面的转化，保证BIM技术在复杂土木工程施工中的持续性优势。

　　比如，在某工程本桁架结构内，全部型钢柱均出现了变截面，其中一轴处节点截面由原来直径2000mm圆形截面改变成矩形截面（1000×1850mm直径），截面突然变更，重新考虑结构受力，钢筋重新配筋，问题和难度同时增加，针对这种情况，可以利用BIM技术模拟施工现场，在三维立体空间内进行BIM模拟钢筋排布施工，同时做碰撞检查，避免新构件与原模型构件发生冲突。[4]

　　图二：BIM技术模拟施工流程

　　再以南京青奥体育馆为例，该工程建设周期比较长，不确定性因素多，仅在异形柱施工方案设计方面，便包括8根钢筋混凝土异形柱，且分成A、B两类，全部柱均为异形截面构造，下窄上宽，靠场外部位有一出矩形槽，尺寸是250mm×250mm，柱顶标高是24.6m与22.82m（图三），由于该构建具有复杂性和危险性，因此一定要有专项施工方案，此时便可以把异形柱构建的几何与物理属性等置于BIM有关软件之中，再对整体结构做出建模，继而在特定软件内完成安全性与可行性分析。

　　图三：体育场异形柱BIM模型

　　3 、BIM技术在复杂土木工程施工中的管理

　　除了施工技术方面的要点以外，施工管理中BIM技术的作用同样值得重视。

　　关于施工规划问题，BIM技术的应用一方面可以达到工程施工宏观控制的良好效果，另一方面还可以针对具体操作环节，如部分施工节点加以精细化模拟，以此达到从宏观到微观的理想施工规划的状态。用户可在此契机之下做全面而深入的几何参数、时间参数测量与了解，并通过BIM技术模型来实现。举例来讲，当面对某项复杂程度较高的土木工程时，用户可建立基于BIM技术的4D-GCPSU系统，使系统利用参数达到现场碰撞分析等作用发挥出来，从而达到施工进度规划与施工材料管理相统一的理想效果。

　　关于造价管理，用户在BIM技术的支持下，进行造价估算或者成本核算等活动，将最大限度地满足科学造价管理的要求，其中可能涉及到的核算方法有几种，如以API接口连接成本核算软件同BIM技术的连接，以开放式数据库关联BIM模型，或者在BIM技术平台上，直接提取出有价值施工信息，再将这些信息导出应用等，这些做法均将给复杂土木工程管理造价管理提供支持，最终促成工程的合理推进[5]。另外，在造价管理中，BIM技术的连接还具有天然的投资回报率优势，比如其本身对于节约成本的作用，包括出图等方面的直接成本节约，以及工期、质量等方面的间接成本节约等。

　　关于施工现场质量监控，BIM技术的应用，能够让施工质量现场管理利用移动端来解决，以便更好地达到现场质量、进度、安全、监理检查等问题的解决效果，可使之在三维模型集成的帮助下，使相关质量监控人员能够在PC端随时同步查看施工质量情况[6]。当现场实拍图上传于BIM模型之中以后，其他管理者便能够点击相对应的位置，根据提示进行现场图片查看，而相应的责任人员也就可以据此就采取质量问题的有效应对措施，做到及时发现问题、定位问题、解决问题。同理，如果各方能够把施工管理、运营维护、项目竣工等所需要的资料、档案，如大量的验收单、检验报告、合格证、设计变更单等及时列入于BIM技术支持下的模型之中，便可以做到项目资料的统一管理，此时的施工现场质量监控也将更加有据可依，可以给整个施工运维调用提供强大的数据库支持。

　　4、 总结

　　BIM技术具有系统化、集成化与共享化特点，这些特点将在土木工程特别是复杂土木工程中发挥出较大优势，因此BIM技术不但可以用3D的形式把工程建筑外形展示出来，而且还可以准确模拟复杂土木工程在施工过程中的整体和细节，起到帮助设计者与施工者熟悉环境、完善控制的作用，从而节约人力、财力、物力。

　　参考文献

　　[1]GB50010-2010，中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
　　[2]胡泰龙.复杂密集节点钢筋三维排布设计与施工模拟应用研究[D].青岛理工大学，2015,06.
　　[3]刘元珍；胡凤丽等.建筑信息模型技术在土木工程专业实践教学中的应用探讨[J].黑龙江教育(高教研究与评估)，2018,(05):22.
　　[4]马彬；唐碧秋.BIM技术在土木工程专业教学中的改革与探索[J].大众科技，2018,(05):45-48.
　　[5]李鹏博.浅谈BIM技术在国内土木工程施工领域的应用[J].广东蚕业，2018,(05):31-33.
　　[6]张恺韬.基于BIM技术的隧道参数化建模与应用研究[D].西南交通大学，2018,5.