《BIM技术在土木工程中的应用》

1、 第1章 绪论1.1 研究背景及意义经济的不断发展改变了人们的生活水平和生活习惯，人们对于建筑的要求明显提高，除了原本的功能性要求之外，也有了更为深入而全面的要求，相应的建筑行业也有了显著的发展。建筑行业的发展也进一步带动了经济的发展，根据我国国家统计年鉴2008-2018年的数据分析，建筑行业的产值从原本的高速增长状态进入到稳步增长的状态，建筑行业人员数量呈下降趋势，在这一严峻情况下，也就对建筑行业提出了更高的要求。目前国内施工企业的施工管理体系不健全、管理理念的落后，建设工程项目管理施工阶段普遍存在管理水平的低下、信息化水平落后等问题，这将影响工程项目的施工的质量、成本以及工期。施工企业不

2、能及时适应当前日新月异的建筑结构形式、复杂的结构模型、大跨度的建筑的快速发展。而对于新时代建筑的快速发展，BIM技术为施工企业带来了全新的解决方案，通过BIM技术在施工方案制定、施工现场管理、施工进度、设备材料进场安排、成本控制等方面的优化，提高工程项目管理的效率，为施工企业在激烈的市场竞争下赢得发展而做出贡献。BIM技术与传统CAD技术是完全不同的两个概念，CAD的出现与应用只是改变了传统的手工绘图方式，但BIM技术的运用将会给建筑行业的观念、模式带来变革。在现代化发展大潮中，建筑行业的项目投资规模空前加大、建设工程体量变大、建设工程项目工期漫长，这对传统的建设项目的策划、设计、施工带来巨大

3、挑战，传统建设项目营造手段在现代化建设项目策划阶段经济效果分析、工程设计、工程项目施工中的运用略显不足。BIM技术的运用弥补了建筑业传统工作协同中的不足，有利于项目投资规划的分析、深化工程设计、工程项目施工的动态管理，最终为整个建设工程项目的增值而做出贡献。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状根据笔者查阅大量的研究文献了解到，在欧洲部分经济发展良好的国家，例如，瑞士、意大利、挪威等，其国内BIM应用软件的使用率是非常高的，大约在百分之六十到七十之间。随着科学计算的不断发展，带动BIM技术逐渐向前发展，在自身功能不断完善的情况下，BIM技术的适用范围也在不断的扩大。BIM技术作为建筑行

4、业中一种崭新的技术，其自身的现实价值越来越明显，且其也获得了诸多个国家的肯定。从BIM技术出现发展至今，在短短的几十年时间内，其俨然已经成为与普通的社交软件一样普及。国外的建筑师协会曾在多年前就已经语言：假若建筑行业内的管理人员不了解BIM技术，那么其在未来的行业市场中，必然丧失核心竞争力，最终会随着时间的流逝内市场所淘汰。根据国外组织所公布的研究数据来看，在美国境内，其建筑行业企业中，近百分之八十的企业都已经成功引进了BIM技术，且其国内都已经出台了针对于BIM技术的法律管理条例以及具体的BIM技术实施流程标准。而由于各国的国情存在一定的差异，但是其所指定的标准也有一定的差异，但是为了能够更

5、深层次的发掘出BIM技术的价值，各国就BIM技术达成了共识，统一建筑行业内的业内语言，此举有效的增强了建筑业的生产效率1.2.2 国内研究现状根据笔者的进一步了解，将目前国内对于BIM的研究大致分为以下三类：（1）在同一个专业里、不同的专业或是不同的阶段上，信息的断层跟项目建设的实施的生命周期有很强的联系，在对数据整理和交换的内容上，我们的研究这样几类，如下：基于IFC标准的数据转换研究。基于二次开发的数据转换研究。其他形式的数据转换研究，如基于Excel的数据转换研究。伏玉、李伟民等对IFC的系统结构的转换方法给出指导，在IFC结构模型的指导下，建筑工程的模型得到建立，在不断的实验过程中，笔

6、者发现该软件在建立系统的结构模型时，对数据参数加以分析1。陈岩、赵梁科等从系统结构方法研究，根据IFC的建设标准，建立Excel的模型，在对数据交换的同时加以测试。研究结果指出IFC的标准能对数据模型加以转换，根据二次开发的设计转换原理，软件在转换时可能出现一些问题2。（2）解决方案类研究：曲栖臣通过对建筑材料钢材的结构下的BIM技术应用进行调研，借助钢材结构的具体项目，从多方面对三维模型的建模、设计、二维出图、结构框架等方面对BIM技术的应用进行全面的研究分析，借助二次开发技术对钢材结构近千个钢结构节点进行设计。根据调研分析的结果得出，在上会用BIM技术后的钢结构的应用能够有效的达到设计之初

7、的效果，在这种模式下，操作者的建模速度有明显的提高3。王莉在对BIM技术的研究分析过程中，着重的对二维出图中所出现的诸多问题进行了研究分析，并针对具体的问题提出了个人的相关建议，其建议通过批量化的操作来对BIM技术进行价值评估4。余群舟通过对BIM技术进行分析，并结合真实案例对BIM技术在建筑结构中的设计难点进行调研，根据调研结果显示，BIM模型与其实际结构的衔接是阻碍设计师接纳BIM技术最主要的影响因素5。（3）BIM价值类研究：BIM技术是一种非常先进的数据管理模式，在国外，很多发达国家都在使用BIM技术，并且使用比较广泛。在对国内的BIM系统使用中，很多人对BIM技术的认识还不够，在实际

8、使用中还不是很多。第2章 BIM技术在土木工程中的优势以及阻碍2.1 BIM技术在土木工程应用中的难点当前，大多数项目的体系结构设计过程都有一些缺点。虽然采用了新的管理模式，建筑设计的有效性已大大提高。但是，在实际的建筑设计过程中，大量的项目影响着专业之间的数据流和建筑设计的正常进行。详细如下：2.1.1 数据管理难度大在项目的架构设计过程中，每天都会生成数据，而这些数据对项目的成本和质量有直接影响。但是，建筑设计工程流程通常具有较差的数据收集功能，从而导致交付的材料过多或过少，从而浪费了资源。2.1.2 协同性差当前，大多数项目在不同的部门，专业之间进行开展。当建筑设计过程中出现问题时，大型

9、多用途的事物通常取决于工作经验来解决这些问题，从而使所有各方都难有共享和协作的意识，这极大的增加了建筑设计周期8。2.1.3 工程资料保存难度大目前，建筑工程项目的大多数技术数据仍基于纸质文件。由于工程设计中的材料种类繁多，因此建筑设计的设计周期通常较长，并且经常会导致资料损失。这些损失，特别是对于某些关键资料的损失，对建筑工程各方的所有正常权利的维护和执行产生重大影响。2.1.4 建筑设计难点多随着科学技术的飞速发展，对建筑的要求越来越高，但是由于传统的二维设计，它们不能满足通常的要求，尤其是施工过程的要求或建筑设计难度大。在某些情况下，建筑师会反复面临设计变更，从而影响建筑物的实际设计性能

10、并影响项目整体质量9。2.2 BIM技术在土木工程中的优势BIM是继CAD技术之后的另一项重要创新。传统上，在建筑设计过程中通常很难详细显示二维CAD，而BIM技术则具有非常完整的视觉信息，从而使实际的建筑设计过程成为一个特殊的过程，有一个功能大优势。基于BIM技术的项目架构设计的动态管理和控制。将架构设计与实际架构进度相结合，并结合BIM技术实施项目架构以控制项目进度。项目管理和监视机器，人员，设备和成本，以实现资源的合理分配。BIM技术与计算的结合使您可以突出显示建筑设计中的关键点和难点并运行三维技术模拟，减少建筑设计中的实际错误，可以缩短建筑物的设计周期10。表2.1 CAD的技术优势资

11、料来源：CAD技术论坛基于BIM技术的项目架构设计的动态管理和控制。将架构设计与实际架构进度相结合，并结合BIM技术实施项目架构以控制项目进度。项目管理和监视机器，人员，设备和成本，以实现资源的合理分配。BIM技术与计算的结合可以突出显示建筑设计中的关键点和难点并运行三维技术模拟，减少建筑设计中的实际错误。可以缩短建筑物的设计周期11。表2.2 BIM在土木工程中的应用资料来源：BIM技术论坛第3章 BIM技术在土木工程中的应用3.1 BIM技术在建设施工项目进度控制中的应用参考传统的工作进度表编制方法，创建基于BIM技术的施工进度调度过程，发现模拟设计中的问题，及时开发解决方案，或修改步骤以

12、改进传统的进度计划，如图3.1所示，BIM技术的应用为更好地为项目经理提供服务的计划13。图3.1 传统计划编制3.2 BIM技术在成本控制中的应用基于BIM技术的施工阶段的成本管理主要基于传统流程，一般成本控制分为两个目标。首先，我们通过各种管理方法和技术手段管理建筑工程目标范围内的成本。BIM技术被用作辅助工具，以明确管理者的工作量和负责任的成本系统。各个管理部门和团队通过组织成本控制系统共同努力改进成本控制过程。具体来说，成本管理可分为三个阶段：现有成本计划，流程内成本控制和事后成本分析14。成本操作被分解，BIM概念被整合到现有工作流程中。3.3 BIM技术在质量控制中的应用BIM质量

13、管理的实现基于结合BIM技术和相关理论的常规质量管理系统，配置质量管理体系，进行建筑信息施工质量管理和绩效管理。将质量管理计划与质量管理目标结合起来，使用BIM技术优化场地设计并选择最佳的施工技术。如果在建设项目中发现质量问题，则可以使用BIM技术实时显示和报告建设项目的质量信息，并针对质量缺陷进行调整。第4章 BIM技术在土木工程中的应用实例4.1 基于BIM技术的精益建造4.1.1 管综优化雄安新区建筑工程中的机电安装存在机电管道综合碰撞无法施工的现象。其原因包括设计单位机电设计专业不协调、设计中对施工条件考虑不足、施工单位施工过程中出现错误等，从而导致设计变更以及返工等诸多问题，如浪费工

14、作和材料。为避免此类问题，组织BIM小组成员在机电管线安装前，利用BIM技术对综合管理线路进行优化，解决安装前设计与施工脱节的问题。雄安新区工程建设项目机电安装工程专业多，设备种类多，管线复杂，施工难度大（图5.1）。安装前必须考虑结构和现场安装条件，深化图纸设计。在以往的安装工程中，技术人员根据施工图纸和雄安新区建设工程现场情况进行了管线布置。但由于现场管线众多、复杂，无法有效控制安装质量。BIM技术集成了各种专业的BIM模型，可以实现管道、管道和构筑物之间的碰撞检测，排除各种碰撞点，优化管道布置，满足雄安新区工程建设前的施工要求15。图4.1 雄安新区建筑工程项目机电安装雄安新区建筑工程中

15、的施工单位综合管理优化的内容包括：（1）补输管线。设计单位提交的模型中缺少消防喷头和强电专业管道，部分专业管道不完整，需要补充。（2）重排。设计单位提交的管道布置采用平面布置，可为室内净高留有较大空间，但也带来了管道浪费、维护不便等问题。它也会出现在地下室、平房和其他有天花板的区域。你会乱成一团，降低室内品质。考虑到需要对业主负责并获得鲁班奖，施工单位在原设计的基础上采用BIM技术进行重新设计。（3）调整和更新。管道铺设时，设计人员没有充分考虑现场施工条件。存在安装距离过小、建筑与机电矛盾、管道碰撞等问题，提交BIM模型后，设计方在后续施工阶段将不再跟进。然而，在施工期间，设计发生了许多变化。

16、这些变化必须符合事实。时间反映在现有的BIM模型中。下图显示了地下室区域调整（图5.2）。图4.2 地下室部分区域BIM图4.3 管线调整模型对比雄安新区项目建设阶段的管道优化与规划阶段的管道优化的区别如下。（1）设计阶段为初步筛选阶段，建设阶段为完善阶段。在雄安新区建设项目的实际实施中，由于建筑设计在设计阶段的延误，各建筑专业领域的完工时间不符，因此，雄安新区工程项目的建设模型将是有缺陷的。针对设计阶段，可以在组件之间执行碰撞检查。随后，施工单位根据以下设计单位的图纸改进和优化了管道模型。（2）设计单位仅考虑设计计划，而施工单位则侧重于集成实施。在项目开发过程中，必须根据业主，主管和分包商的

17、意见对施工进行调整和优化。（3）雄安新区项目的理想模型是设计管线中发生碰撞的基础，而现实模型则是集成管线中发生碰撞的基础。在雄安新区工程设计单位的设计中，所有尺寸和位置都是理想的，但在雄安新工程单位施工后，不可避免地出现了结构异常和结构挠度等现象。因此，在碰撞检测前，雄安新区工程建设项目的施工单位应根据实际施工情况调整偏差，确保碰撞检测数据的准确性。4.1.2 施工交底在对雄安新区工程建设项目的BIM模型进行优化和调整后，雄安新区工程建设项目的施工经理可以使用该模型直观指导施工。现场工作人员查看手机或其他终端上的模型安装截图和尺寸定位（图5.4），并按照BIM模型尺寸定位（图5.5）进行安装。

18、在此过程中，如果雄安新区工程建设项目的施工现场与模型不符，雄安新区工程建设项目的施工现场经理会直接拍照并反馈给BIM技术人员进行验证，以确保现场安装在模型的控制下进行。图4.4 施工现场安装图4.5 BIM模型通过BIM在雄安新区建设现场的指导，雄安新区项目的现场管理人员和施工人员大致了解了安装结果，管道安装人员和雄安新区建设工地负责安装专用管道，而忽略其他管道安装，这导致了后面专业的安装问题。同样，雄安新区项目的建筑单元代表了施工过程中重要而复杂的部分，现场经理可以使用三维模型进行计算。BIM模型可洞悉施工过程中的困难和关键点，从而使建筑工人可以充分了解施工结果，并避免在雄安新建设项目的施工

19、过程中产生混淆。4.1.3 幕墙深化雄安新区工程建设项目中的1号楼幕墙采用单窗玻璃幕墙、中空夹层双银低玻璃、垂直主应力龙骨镀锌钢管等16。雄安新区工程建设项目中的铝型材可见外表面采用氟碳喷涂处理。雄安新区工程建设项目施工主要采用BIM技术对单窗玻璃幕墙的接缝结构进行预施工，通过三维观察提前发现缺陷，优化幕墙整体方案，减少与其他专业的碰撞（图5.6）。通过幕墙BIM模型，可以直接导出龙骨、面板尺寸、数量等信息清单，提供给铝供应商进行生产加工，然后通过BIM模型指导幕墙安装。图4.6 幕墙BIM5.1.4 砌体排布优化相关的雄安新区建设区使用BIM技术根据设计单位发送的墙图自动创建混凝土砌块图。所

20、有块均填充有标准系数，并且墙边缘上的非标准测量块被组合成砖石图案。雄安新区项目每堵墙的设计均已印刷并在现场提供。根据砌体计划，施工人员建造了隔离墙，并最终完成了隔离墙的施工。雄安新区工程建设项目使用BIM软件平台在生产过程中自动生成块布局。这有效地减少了非标准零件的切割，提高了砌块废品利用率，并显著减少了切割在项目的建设过程中带来的材料浪费。图4.7 砌墙流程4.2 基于BIM技术的施工组织4.2.1 场地布置相关的雄安新区建设单位采用了BIM技术，并在为该项目招标时用招标文件配置了场地。布局模型包括结构，重型设备，临时办公楼，工地围栏，运输道路和大门。预先准备好诸如物料存储，搅拌器和车辆运输

21、之类的组件，以避免时间问题。通过应用BIM技术，早期阶段的建设，雄安新区工程项目相关建设单位在不同的时间节点根据模拟施工状态的关键时间节点建设17，以使具体化的复杂和抽象的建设情况，使雄安新区工程的施工情况更直观和容易理解，并建立业主的施工过程的概念和相关的参与者（如图5.8、图5.9）。图4.8 施工阶段图4.9 竣工阶段4.2.2 展示汇报雄安新区施工单位进场后，每周定期召开工程项目例会，设计、总承包、监理、施工代理、承包商参加。当讨论涉及分包商时，分包商也应出席定期会议。其中，雄安新区项目施工的本周的进度报告和下周的施工计划是会议的重要内容之一。雄安新区工程建设项目总承包商通过BIM模型

22、，明确本周的施工进度和下周的施工计划，使业主和项目经理直接控制施工进度。参与者还可以分析和讨论三维模型图中的问题，以提高沟通效率。4.2.3 支架搭建雄安新区施工单位采用BIM技术解决施工过程中的实际问题。BIM三维可视化模型有助于应用单元完成复杂构件的支撑和过滤设置，提高现场施工的安全性。雄安新区9号楼展厅一楼部分架空10米以上，最大高度18米。上讲堂阶梯式座椅和座椅送风系统增加了支撑部件的难度。本工程采用盘形钢管支架。通过BIM技术和有限元分析方法，虚拟布置盘形支架，合理布置连杆，充分利用新型盘形支架的高强度材料性能，减少安装工作量。降低了工程造价。4.3基于BIM技术的智慧工地建设4.3

23、.1 整体技术架构雄安智慧施工的技术框架包括四个部分：终端现场传感器系统，操作员站信号传输系统，云采集平台管理系统和终端系统。其中，雄安新区用于位置管理的云定位平台是其完整技术架构的核心，并且是数据收集和集成计算的关键。一些感知检测终端通过传输网络收集实时现场数据，并从雄安新区云平台进行处理。通过终端，监督和建设部门可以访问有关云平台的各种信息。4.3.2 重点应用项（1）基于VR的安全教育对于雄安新区项目，在场地入口处设有专门的虚拟现实体验室。体验者通过穿着虚拟现实设备在施工现场四处走动，面对虚拟危险场景，体验落坑、落墙、落物等，以此鼓励工人对安全教育的兴趣，给施工安全性进行提高18，加深对

24、安全感知理解。在雄安新区项目中，建筑业仅使用虚拟现实技术进行安全教育，但使用虚拟现实技术和BIM技术，物联网和高数据集成的潜在价值。例如，雄安新区工程设计利用虚拟现实技术和远程监视在BIM现场监视界面和虚拟现实场景界面之间进行切换，从而在BIM模型和现场构建之间产生差异，实现施工现场的动态化管理。这将提高雄安新区项目建设单位的管理水平，并使施工现场更加智能。（2）智慧考勤管理系统雄安新区建设项目使用人脸识别技术来智能监控现场施工人员的身影。通过将来自智能状态系统的信息链接到智能安全帽芯片上的信息，根据员工入口处蜂标的反馈信息自动创建员工的个人考勤状态，以实现员工的管理更加标准化和有序。（3）人

25、员精准定位管理系统雄安新区项目管理系统利用了物联网、互联网、大数据、GPS/北斗等新一代技术，其核心是一个智能的现场管理平台。智能安全通道，工蜂信标和其他设备的使用使雄安新区实现建设项目的全过程管理。现场人员的本地化和日常管理。当工人在室外时，雄安新区建筑工程项目系统通过GPS/北斗定位人员。当工人在室内时，雄安新区建筑工程项目系统会用木棍来定位人。当发生事故时，雄安新区建筑工程项目指挥官可以迅速联系最近的经理处理。4.4 BIM技术在土木工程中的应用经验总结4.4.1 培育BIM技术人才，加强软件开发整合从雄安新区建筑工程项目BIM应用的角度来看，雄安新区建筑工程项目的BIM应用范围和深度在

26、很大程度上取决于该项目投入的BIM技术人员的实力。近年来，我国对建筑信息化管理人才的培养越来越受到重视。然而，与我国基础设施建设的巨大规模相比，人才缺口依然巨大。此外，由于国内软件产业的不发达，BIM的应用高度依赖国外软件，软件的发展需要长期的技术积累，因此短期内不能改变现状。尽管市场上有许多类型的软件，但缺乏集成和数据互操作性。因此，相关企业可以与国外软件厂商合作，加强现有软件的再开发，整合现有软件的工作流模型，促进我国BIM的发展。4.4.2 BIM应用要提前规划，量力而行在雄安新区建筑工程项目应用BIM缺乏设计和施工单位的前期规划，直接导致BIM应用不足，模型深度不足。在应用BIM时，必

27、须事先商定雄安新区建筑工程项目的应用目标和项目，以进一步明确模型的深度精度，否则只会浪费人力、物力和时间。此外，施工单位也应尽其所能提前规划，以保证雄安新区建筑工程项目最终的完成质量和成本。4.4.3 BIM模型深度及精度与BIM的应用密切相关无论是在设计单位还是施工单位，BIM的应用都是在模型深度满足要求的前提下进行的。虽然雄安新区的BIM模型体系较为完善，涉及各类专业建筑，但模型的完成量很大，耗费了大量的人力、物力和财力。然而，由于建筑模型信息的深度和准确性达不到要求，实际的BIM应用无法达到理想的BIM应用，所获得的努力和效益是努力的一半以上。因此，设计单位和施工单位对新颁布的建筑信息模

28、型设计交付标准的理解，不仅是一项标准规定，而且是一种吸收大量实施经验的工具，使BIM技术真正得到在工程项目施工中最大效用。5 结论对于新时代建筑的快速发展，BIM技术为施工企业带来了全新的解决方案，通过BIM技术在施工方案制定、施工现场管理、施工进度、设备材料进场安排、成本控制等方面的优化，提高工程项目管理的效率，为施工企业在激烈的市场竞争下赢得发展而做出贡献。本文研究了雄安新区建筑工程项目中相关施工单位应用BIM技术进行施工的相关管理过程，通过研究发现在雄安新区建筑工程项目中BIM技术在解决传统设计模式中的错误、遗漏和不足等常见的图纸问题上是有效的，但由于设计模型的深度不够，雄安新区建筑工程

29、项目中在应用BIM技术上也尚不充分，这反映了雄安新区建筑工程项目中应用BIM软件设计的不足。另外，本文在探讨雄安新区建筑工程项目中BIM技术应用设计中的预规划和应用过程，提出了数字模型与物理模型相结合的必要性。通过BIM在室内装饰设计中的应用，说明了BIM技术在材料统计和设计过程等优化中的重要性。此外，分析了雄安新区建筑工程项目中各施工单位在管道优化中应用BIM的调整及原因，并论证了如何将BIM应用于现场布置和施工模拟。最后，本文还结合BIM技术在雄安新区建筑工程项目中的应用，揭示了BIM技术与智能现场的密切关系。雄安新区建筑工程项目的相关模型与图纸之间的对应关系是一个关键问题。对于施工单位，

30、需要在设计单位根据自身需要提交的成果基础上对BIM成果进行深化和维护，并根据施工经验对设计BIM成果进行必要的调整，以达到实际的施工效果。通过对比雄安新区建筑工程项目的BIM技术在设计和施工中的应用结果，发现雄安新区建筑工程项目中BIM技术在应用方向和应用过程上存在许多差异，这也为未来相关工程施工设计单位应用BIM技术提供了经验和教训。参考文献1伏玉，李伟民，周学蕾.BIM技术在土木工程施工领域的应用研究J.门窗，20172陈岩，赵梁科.BIM技术在土木工程专业实践创新应用中的探讨J.建材与装饰.20183曲栖臣，德春艳.BIM技术应用土木工程造价控制问题与对策分析J.建材发展导向.2017.15(5):256-2574王莉，万婷婷，李晨.浅析BIM技术在土木工程