BIM在土木工程领域的应用价值

BIM在土木工程领域的应用价值

张云峰

天津天房建设工程有限公司 天津 300000

摘要：BIM作为土木工程行业新兴科技与管理手段成为现在工程领域的研究和应用热潮，在BIM概念提出至今已跨越４０多年，从理论到研究，应用BIM在不断发展完善。在广度上对BIM的定义，应用和未来发展方面进行了阐述与讨论。

关键词：BIM；土木工程；信息化技术

一、BIM的定义

建筑信息模型是科学技术、管理流程、政策标准的集合，用来让项目各参与方能够在一个公共的虚拟的空间内进行工作。现在BIM也代表了土木工程领域内数字化实施方法。

1975年，受全球石油危机的影响，美国全行业需要考虑提高行业效益的问题，“BIM之父”—乔治亚理工大学的教授于1975年创建了BIM理念，在其研究的课题“建筑描述系统”中提出“基于计算机的建筑描述，即建筑信息模型包括了不同专业的所有信息、功能以及性能要求，将一个工程项目中的所有信息全部统一整合到一个建筑模型中”。

从BIM概念诞生至今，４０多年的BIM研究与应用发展中，已经从概念普及进入到应用普及阶段，形成了BIM实施的整体框架。世界各国的高校、企业、研究机构都在结合自身的规范标准和要求开展从小范围试点应用项目到全产业链、全生命周期的实践应用迈进。

BIM可应用于土木工程项目的全生命周期流程中，从初始的规划到概念设计，细节设计，预制加工，施工，物流，运营维护到最终的翻新拆除都可以使用BIM技术。只有当BIM作为高新技术应用于各个阶段，同时作为新型流程管理理念来管理各个阶段的接洽，才能最大程度发挥BIM的价值与效益，见图一。

图１ ＢＩＭ 应用框架

二、BIM的应用

1、BIM在设计中的应用

在传统设计中，设计结果通常以二维图纸的方式表达，而二维的三视图在平面上缺乏关联关系，所以导致二维图纸容易出错。如果设计师使用BIM的方式建立三维模型，通过投影的方式可以快速的生成关联的、准确的图纸。而且三维模型是一个很好的可视化工具，能让项目参与方都能直观地了解到设计思路。

而且BIM模型作为一个多维智能构件模型，除了三维几何模型，其中还包含一个内在的“分析模型”，这个“分析模型”可以导入有限元软件内进行结构分析模拟，对BIM设计模型进行一个结构受力的验证与分析。即可以对设计的结构构造、材料使用等进行优化，达到最佳可靠性、经济性。

BIM三维设计的另一大优势就是BIM构件库，丰富多样的构件库能极大地帮助设计师快速完成设计模型，比如就像搭积木一样，设计师可以直接从构件库中选取需要的构件，然后组拼成一个整体的设计模型。

在福建沙溪大桥BIM设计中，利用BIM构件库技术，桥梁设计师通过在选取储存在云构件库中的桥梁构件，迅速的搭建完成了全桥模型，节省了大量模型制作的时间，快速实现了桥梁BIM方案。所以，BIM在设计阶段能有效地、快速的、准确的帮助设计师完成工作。

BIM在施工中的应用

工程施工是一个很复杂的工作，包含各种材料的运输，构件组装，机械运作，人员时间安排等等。通过使用BIM技术，可以提前在电脑虚拟空间内模拟一遍施工过程，把可能出现的施工问题提前发现，提前解决。

同时在施工阶段可以为BIM模型添加更多维度，比如时间（4D），金钱（5D），让BIM模型更信息化、丰富化。这样可以完成工序模拟，时间模拟，花费模拟等，与施工进度同步进行，可以实现指导施工、优化价值的目的。深中通道工程隧道项目中使用BIM技术对隧道施工过程进行模拟，在施工之前就能看到并了解整个项目施工的过程、结果以及对应的工程量，为实际工程项目施工提供经验和最优的可行方案。

3、BIM在运维中的应用

建筑结构等都是有生命周期的，运营维护阶段占用了其中大部分时间。当一个BIM模型通过规划、设计、施工阶段，信息层次和丰富度逐渐增加，最终可以用于运行维护阶段。

在运维阶段，可采用技术将BIM模型与运维数据、物联网数据、文档数据等进行关联，形成以BIM模型为核心的可视化数据库。运维人员可以基于这个BIM数据库对整个建筑项目进行更直观化的运行维护，同时信息检索和查询也更快速、便捷。

南京长江第三大桥使用管养可视化系统，将动态数据（如病害、检查、维修、技术状况评级等）进行管理、定位和直观形象化的展示。让运维阶段的信息检索、动态数据查询变得更便捷。

三、BIM的标准

ＯＰＥＮ－BIM（开放的BIM）是BIM应用中的核心，因为这样才能让BIM模型在项目全周期间传递。

为了解决信息交互这个问题，制订了ＩＦＣ数据转换格式，目的就是为了使各种工程软件间可以读取彼此的模型和数据，让BIM模型传递起来。

基于ＩＦＣ的数据格式标准已经被广泛使用，成为了BIM领域的核心信息交换标准与协议，目前较成熟的标准为ＩＦＣ２ｘ３与ＩＦＣ４，而支持基础设施行业数据模型的ＩＦＣ５也即将发布。

ＩＦＣ标准的意义是对构件进行了面向对象的标准数据描述，因为基于ＩＦＣ标准的模型是标准化、一致化的，这样所有BIM软件都可以遵循这个标准来读取和导出模型，各个软件间可以共享和传递同

一个模型，实现了OPEN-BIM的良好生态圈，同时BIM软件也不需要再对其他模型类型做解析，节省了时间，避免了浪费，保证了信息的无损传输。

当然OPEN-BIM也是一种精神和工作方式，当项目所有参与方都积极贡献和共享自己的BIM知识、技能、模型，就能形成一个BIM共享平台，项目中所有参与方都能从中受益。

四、BIM的未来畅想

在未来，BIM会有更高科技的发展。比如：

（１）3D打印机器人，设计师做好的BIM模型可直接对接3D打印机器人现场施工。在未来，将会实现“无纸化”交付。

（２）人工智能设计，当未来把越来越多的BIM模型数据化、结构化后，通过人工智能和机器学习，让电脑也学会设计，最终实现人工智能的设计。

（３）绿色建筑，通过绿色BIM的概念理论和技术，对风能、光能等高效利用，对噪音、能量消耗、污染等监测改进，实现有机化绿色建筑。

（４）大数据，将大数据技术与BIM结合可为未来BIM设计提供更有效的决策支撑。

（５）云计算，将BIM模型与相关功能放在云端，用户发送指令实现快速高效的云计算功能。

最后，我们相信BIM一定可以带来整个土木工程行业的大变革，见图2。

图2 ＢＩＭ 未来

结语:BIM作为工程领域新技术应广泛推广，因其在工程各个领域从规划、设计、施工、运维等阶段均有用途，而基于IFC标准的开放BIM理念可创建良好的BIM标准生态圈。未来将会有更多的企业、高校、政府机构等对BIM进行多方面的研究。建立相关行业标准，结合现今新兴信息科学技术，BIM一定能够为土木工程领域带来更多价值与挑战。

参考文献：

［１］李建成．BIM概述［Ｊ］．时代建筑，２０１３，（２）：１０－１５．