BIM技术及在土木工程中的应用分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：曹亮亮（2002），男，汉族，甘肃兰州人，本科，研究方向为土木工程研究；张争（1994）男，汉族，安徽宿州人，硕士，常州大学城市建设学院助教，主要研究方向为思想政治教育。-179-BIM 技术及在土木工程中的应用分析 曹亮亮 张 争 常州大学，江苏 常州 213164 摘要：摘要：建筑信息模型（BIM）是一种综合应用软件与硬件技术的数字化工具，它可以在土木工程项目的各个阶段中提供全面的建筑设计、施工和运维管理支持。本论文将探讨 BIM 技术在土木工程中的应用，包括其在项目规划、设计、施工和维护期的各类应用，并基于客观现状分析其所具有的优势和因其不足而面临的挑战，同时也对未来BIM 技术在其专业领域的发展前景进行分析。关键词：关键词：BIM 技术；土木工程；应用 中图分类号：中图分类号：TU318 0 引言 BIM(Building Information Modeling)技术，是在建筑和土木工程领域中广泛应用的一种具有数字化设计性和管理性的工具。它是通过构建一个三维立体化模型的建筑信息系统，进而实现了建筑项目的全过程管理。本文将讨论BIM技术在土木工程中的应用，并探讨其所带来的益处。1 BIM 技术的背景及政策 2020 年 7 月 3 日，国家住建部联合人社部、水利部、科技部、交运部、工信部、发改委等十三个部门，印发了关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见。意见中提出：“加快推动新一代信息技术与建筑工业化技术协同发展，在建造全过程加大建筑信息模型（BIM）、互联网、物联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能、区块链等新技术的集成与创新应用。”2020 年 8 月 28 日，住建部、教育部、科技部、工信部等九部门联合印发了关于加快新型建筑工业化发展的若干意见。其中指出：“大力推广建筑信息模型（BIM）技术。加快推进 BIM 技术在新型建筑工业化全寿命期的一体化集成应用。充分利用社会资源，共同建立、维护基于 BIM 技术的标准化部品部件库，实现设计、采购、生产、建造、交付、运行维护等阶段的信息互联互通和交互共享。试点推进 BIM 报建审批和施工图 BIM 审图模式，推进与城市信息模型（CIM）平台的融通联动，提高信息化监管能力，提高建筑行业全产业链资源配置效率。”为深入贯彻落实国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见（国办发201719 号）的文件精神，响应住建部等多个部委联合印发的关于加快新型建筑工业化发展的若干意见的号召，为了提升建筑工业应用领域专业技术人员的专业知识水平与专业技术能力，培养能够契合现代新型工业建筑领域发展趋势的、符合国家要求的高质量人才，使其能满足用人单位需求。中国建筑科学研究院认证中心决定联合中国培育人才测评技术中心共同开展 BIM 专业技术人员培训及等级考试工作，为国家输送大批优秀专业技术人才。2 BIM 技术的特点 BIM 技术是一种数字化的应用工具，其主要用于基础设施项目和建筑的前期设计、中期建造和后期运营运营。BIM 技术具有以下诸多特点：（1）三维建模：BIM 技术使用三维模型来代表建筑和基础设施项目。这种建模方式让设计师和工程师可以更精确地预测和分析建筑的各个方面，包括结构、电气、给排水等。（2）多学科协作：BIM 技术鼓励建筑团队的多学科、跨领域协作。通过 BIM 平台，设计师、工程师、建造商和业主等各方人员可以基于同一个模型进行信息的互通和资源的共享。这种协作方式使得沟通错误和信息丢失的风险大大减少，同时也提高了项目的施中国科技期刊数据库 工业 A-180-工效率和工程质量。（3）信息管理：BIM 技术可以基于统一的平台实现对建筑项目的各种信息的统一管理。在 BIM 平台构建的三维立体模型中，建筑材料及尺寸、投资成本、施工进度等信息可以被嵌套进去，为项目团队进行信息管理和决策提供了无限便利。不仅如此，这种信息管理方式同时也提高项目的可操控性和透明度。（4）模拟分析：BIM 技术可以对工程在施工中可能面临的各种风险进行预测、模拟、分析和等级评估，进而帮助设计团队和建筑师更好地优化设计方案。BIM可以进行能源和结构分析，对工程的可持续性进行评估，帮助项目团队制定更科学的决策计划。（5）生命周期管理：BIM 技术可以对建筑项目的整个生命周期进行全方位管理。从设计到建造，再到维护和运营，BIM 都可以对其提供支持。通过 BIM 技术，可以在设计阶段就预测运营阶段的维修和维护需求，节约时间和成本。3 BIM 技术在土木工程中的应用 3.1 设计阶段的应用 在设计阶段，工程师可以使用 BIM 技术实现虚拟建筑模型的创建和编辑。这使得设计团队能够更好地理解和预测建筑结构的各项性能参数，并针对其中存在的问题进行设计优化。此外，BIM 技术还能帮助工程师在设计阶段中可视化地展示和沟通设计意图，减少设计错误和返工。3.2 施工阶段的应用 在施工阶段，BIM 技术可以用于协调和整合各个专业的设计和施工的计划。平台通过将各项不同专业的设计和施工数据统一整合在一个三维立体的模型中，工程师可以检查和解决不同专业之间的问题，进而避免了冲突和碰撞，施工效率大大提高。此外，BIM 技术还能用于生成施工过程中各种详细的施工计划和进度时间表，帮助管理人员优化资源调度和项目管理。3.3 运营阶段的应用 除了工程的设计和施工阶段，BIM 还可应用于相关工程建筑的运营和维护修复阶段。通过将建筑设备和系统运行的各项数据与BIM模型平台进行集成和融合，运营和监督人员可以对建筑进行实时监控和测定，并及时对各个设备的运行状态和性能参数进行分析和评估，这样，设备的运行效率和维护质量得以提高。不仅如此，BIM 模型还可以用于施工计划的制订和具体执行，对建筑物进行保养和维修，并在最大程度上提高维修效率和降低维修成本，极大地实现了经济化运行。3.4 应用价值 BIM 技术能应用于土木工程中，这给相关单位带来了许多益处、提供了诸多便利。首先，它不仅能提高工程的设计和施工的质量，同时也能减少设计错误和解决施工等各类问题，不仅如此，BIM 技术还能极大地提高工程的安全性，让工程变得更加可靠，保障了施工人员的安全。其次，BIM 技术还能提高施工的效率，减少施工时间和成本，并优化资源调度和项目管理。最后，BIM技术还可以提高建筑设备运营和维护的效率，进而最大程度地减少设备故障检修和停机的时间，同时也延长了建筑的使用寿命。4 SWOT 分析 4.1 优势（S）4.1.1 增强各施工人员的风险管控意识 在土木工程施工中，安全尤为重要，这离不开项目管理人员与一线施工人员的协调与配合。BIM 技术应用在土木工程施工环节，可以辅助完善质量管控与考核体系，形成责任制度，及时发现项目在施工阶段潜在的风险，并迅速制订出相应的切实可行的预案，以备不时之需。这使得工人有效规避施工中的不当操作，发挥对工程施工的指导作用，约束施工人员，并促使他们发挥自身主观能动的作用，努力加强自身管控质量的意识，将施工风险降到最低。4.1.2 合理应用施工质量检测技术 BIM 技术中包含了红外检测技术、雷达检测技术和声发射检测技术，它们都具有无接触、无损性的特点。施工人员可通过声波与光波收集建筑材料的各项参数与信息，并基于此制订符合自身实际的施工方案。将这些技术与物联网结合，可取得更好的检测成效。唯一的缺点是其应用成本较高，施工单位可根据实际情况决定是否应用此类技术。4.1.3 搭建施工材料质量监管模型 施工团队可借助 BIM 技术搭建质量监管模型，从中国科技期刊数据库 工业 A-181-多个角度、多个层面参与安全管理工作，对工程进行风险评估和质量把控。在搭建模型时，各方可从多方面进行信息传递，实现资源共享与交互，确保资料的全面性。此外，BIM 可存储大量施工参数信息，便于质量管控人员查询，并具有备份与还原功能，不惧相关数据丢失，这为后续的数据处理奠定了基础，提供了便利。4.2 劣势（W）BIM 相关技术软件并非按照纯几何体建模，而是按照构件建模，因此系统不可避免地变得庞大、复杂，给使用者带来不便，尤其是给初学者带来了极大的困扰。在效率方面，由于此类原因，导致其反映时间有所延长，迟滞感明显。同时，BIM 对硬件配置要求较高，这对公司将形成极大压力。此外，BIM 软件的三维建模系统亟待提高，尤其是异型曲面造型，单靠 BIM 软件会有力不从心的现象出现。4.3 机会（O）4.3.1 移动端的应用 随着时代的发展和技术的进步，互联网的普及率越来越高，越来越多的人开始了解和接受移动智能终端，原因是人们可以随时随地接受各种数据，筛选出自己想要的信息。在土木工程建筑施工领域，这些移动设备未来将配备于监理及施工人员，这样他们可以在施工现场进行作业指导。BIM 作为媒介，可以用于承载大数据的相关信息，同时可以基于信息管理系统，为工程项目管理和企业运营决策方面提供了有价值的判断依据。像这样，我们便有理由信服，随着时代的变换，科学将不断发展、技术将不断进步，在将来的工作、学习和生活中，BIM 技术将会成为带动土木工程及其相关领域稳步、快速、高效增长的绝佳引擎和持续动力，为土木工程施工提供极大便利，进而让建筑业再次焕发无限活力。4.3.2 无线传感器的普及 在工程项目的建筑施工中，相关无线传感器和控制设备可以通过 BIM 软件和附带技术放置在建筑物的每一个地方，这样不仅可以对建筑物内的空气的温度、湿度、压力、质量等各项数据进行实时测控，还能形成量化的指标，同时也结合了通风、供水、供暖等辅助性信息，这样能让工程师充分地了解和知悉建筑物内的各种情况，进而对其进行综合研判时提供了极为有利的数据支撑，在对设计和施工方案决策时，从而让其状态变得更可靠、更高效、更合理。4.3.3 数字化、云计算的应用 数字化、云计算是指：用诸如 X 光、波等的某种激光，对公路、铁路、桥梁、隧道等具有区域性的小规模工程项目信息进行扫描，这样可以让工程师知悉早期的部分建筑数据，获得第一手资料。再以这些建筑数据为基础，在这种植入了交互式的三维立体空间内设计团队可以开展相应的工作，为后期的建筑施工奠定基础，而云计算等强大的计算能力才能处理结构和能耗的分析与应用的问题。将 BIM 和云计算进行有机结合，则在分析过程中可以针对不同的数据进行实时计算，同时也对运算数据实时传输到终端，这样可以帮助施工项目的决策方在不同的设计和解决方案之间进行权衡、比较、把关，选择更好的方案去执行。4.3.4 日益趋于扁平化的协同模式 在当今的工程管理工作中，如果企业如果要想建立一个完整、详备的 BIM 系统，那么就需要通过扁平化的协同模式将诸多项目相互分隔开，实行模块化管理，并且针对不同的项目制定相应的专业化的工作流程和制度来保障协调各方工作。BIM 技术可以用扁平化的管理模式，协同原来设计师、工程师、承包商、业主等各方之间的矛盾，这样便能形成属于自身的独特的管理模式，可以保证各方参与、互通资源、共享成果，进而让 BIM 在整个项目的生命周期内实现总价值和利益的最大化。4.4 威胁（T）4.4.1 对 BIM 系统期望过高 每一次技术的创立与革新，都会在短时间内让人们非常兴奋，因为人们会基于其惯性思维，不由自主地认为开发出来的软件和系统是万能的，信息化技术是万能的。但是由于诸多施工企业的管理基础不牢固，甚至没有管理的基础，其项目的管理制度往往混乱不堪，工程成本的跑冒漏滴极其严重。项目的负责人们认为，只要引进了 BIM 技术就能够让工程脱胎换骨，能让企业的管理水平瞬间全方位中国科技期刊数据库 工业 A-182-得到提升，这显然是犯了“BIM 万能的”逻辑性错误。其实不管是 BIM 平台也好，还是其他的信息化技术手段也罢，归根结底，它们都是一种技术的载体和管理的工具，最终都是要为人所用，所以我们应该树立一种观念：BIM 能够完善企业的管理，为企业的管理锦上添花，万万不可有“BIM 成为企业的管理低下的救世主”的麻痹大意的思想。4.4.2 未将 BIM 技术列为企业战略型的策略 现在的很多企业为了完成土木工程施工，只是被动接受了业主或投标的要求，没有意识到这是建筑施工行业革命的发迹和开端，他们只是被动地应用 BIM技术，则不可能有好的回报。加之部分管理层有私心，他们甚至惧怕透明化会给自己的职业生涯带来威胁。当这两种心理占据了绝大多数管理层时，一旦 BIM 在应用的过程中遭遇阻力，就无法克服，不能使项目走得更长远。4.4.3 将引入 BIM 技术作为成本，投入不足 因为领导层和管理层自身对 BIM 技术从未真正地深入了解过，他们只是表面上满足了业主和招标单位的要求。所以在每次工程项目一开始，BIM 就被当作技术成本，而不是为了提升竞争力和效益进行投资。由于企业投入不足，导致 BIM 技术没有足够的资金支持，加之管理层在技术方案的决策和选型较为落后，不能聘请好的 BIM 技术应用顾问，无法真正获得正确的实施办法，应用经验积累不够，这样形成恶性循环，最终导致工程失败。5 对 BIM 技术的改进措施 5.1 对于工作流程和制度的协调管理：（1）确保所有相关方在项目开始前就建立明确的沟通渠道和协作流程。（2）设立专门的团队负责协调各方的工作，制定并执行合适的管理制度。（3）利用 BIM 技术中的协同功能，实现各方之间的信息共享和合作。5.2 对于过高期望的问题：（1）教育和宣传相关方，使他们了解 BIM 技术的真正作用和局限性，并不要期望 BIM 技术能解决所有问题。（2）强调 BIM 技术是一种辅助工具，而不是替代人工管理的手段。5.3 将 BIM 技术列为战略性策略（1）领导和管理层应意识到 BIM 技术的重要性，并将其视为一项长期投资和发展战略。（2）制定相关政策和法律法规，推动 BIM 技术在建筑行业内广泛应用。5.4 加大对 BIM 技术的投入（1）给予足够的资金支持，用于 BIM 软件的购买和培训等。（2）招聘专业的 BIM 技术顾问，为企业提供正确的实施方法和应用经验。5.5 加强市场认识（1）推广 BIM 技术，提高相关部门和企业对其的认识和理解。（2）制定相关技术标准，以推动行业的发展和规范。5.6 加速研发 BIM 软件 继续投资和推动 BIM 软件的研发，实现在建筑全生命周期中各个阶段的信息流畅传递和协同工作。5.7 延长技术过渡期（1）不急于求成，适应 BIM 技术的发展过程，逐步摆脱对特定软件的依赖，开发国产基础软件平台。（2）加入拥有全球性支持的开放 BIM 标准，实现不同软件平台间的互联互通。6 结语 BIM 技术在建筑行业的应用具有重要意义，但要成功实施和推广 BIM 技术，需要各方的合作和努力。通过制定合理的工作流程和制度、加强市场认识、加大对 BIM 技术的投入等措施，可以促进 BIM 技术在建筑行业的广泛应用，并实现其最大化的价值和利益。在今后的建筑行业中，BIM 技术将趋向于平台发展，将会与移动互联网、虚拟现实、物联网和人工智能等新兴产业技术进行融合，也会深入改变传统建筑业、家装业和城市运营的现有管理模式。这里既有机遇，也有挑战，新技术的普及不会一蹴而就，“政府牵引，市场导向”将会加速 BIM 技术的发展。综上所述，BIM 技术在土木工程中的应用中存在着巨大的优势和潜能。它不仅能提高设计质量，优化施工过程，还能提高建筑的运营和维护效率。尽管 BIM中国科技期刊数据库 工业 A-183-技术仍面临一些挑战，但随着技术的不断发展和应用经验的积累，相信 BIM 技术将在土木工程领域继续发挥重要作用。无疑，基于 BIM 技术的产业技术浪潮才刚刚开始，期待相关技术的成熟，让 BIM 真正成为人民的福祉，其前景必将绚丽多彩。参考文献 1葛骐瑞(导师:黄春华;郑广).南华大学附三医院适老化康复景观改造设计D.衡阳:南华大学,2021.2蔡京建.BIM 助力提升建筑业信息化水平J.中国工业和信息化,2022(03):15.3亓坤.绿色建筑助力“碳中和”J.新理财,2021(07):01.4张铭.数字化转型引领企业高质量发展J.建筑设计管理,2022(08):25.5任国辛,王福成,范健雄,等.BIM 技术在土木工程中的应用J.山东工业技术,2016(23):2.