0 引言
在大数据背景下，科技创新日新月异，社会经济持续高速发展。土木工程作为经济发展中的重要支柱，近年来也取得了较快的发展。但是，随着各类建筑工程的规模越来越大，建筑的形式越来越复杂，建筑工程逐渐成为一个涉及多方面的复杂系统，包括设计单位、施工单位、建立单位等。同时，在大数据时代背景下，对协调好工程中各个环节、保证信息的正确高效传递、确保建筑工程的施工质量有了更高的要求。在这种情况下，传统的建筑工程模式已经跟不上当下社会的需求。因此，分析探讨一种有效的建筑工程模式具有积极的现实意义。
1 BIM技术概述
1.1 BIM技术的具体涵义
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一种近年来兴起的技术。BIM技术最早由美国著名的管理学者Chuck Eastman在1975年提出，他提出通过一种虚拟的计算机体系对建筑实物进行模拟和仿真。但是，随后CAD（Computer Aided Design）的出现和普及，在一定程度上制约了BIM的发展。到2007年，美国对BIM数据的存储格式和标准以及各种类型信息语义和信息传递的相关标准进行了详细的描述，分别在2008年和2011年出版与BIM技术相关的书籍，推动了BIM技术的广泛使用。
BIM技术是一个集成了多类型软件的数据模型，通过对建筑设施的功能特性和物理特性进行数字化表达，建立一个信息和知识共享的资源库，为建筑全生命周期中的全部决策提供可靠依据。BIM不仅将传统的二维图纸和资料进行信息化，更将这些信息智能整合协同，以便在工程建设的各个环节都能提取和运用。BIM在数字化表达上也有异于传统的三维效果图，是从建筑的多方面属性进行多元化的设计和交互。BIM技术通过运用综合化的数据、资源、建模的管理，以实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率。
1.2 BIM的特点
BIM作为大数据时代下解决土木工程建设中各种问题较为先进的工具，具有以下特点。
1.2.1 BIM技术的模拟性
BIM通过多维度的建模，具有优秀的模拟效果。BIM技术可以借助计算机来模拟施工环境及灾害防护等情境。这些模拟效果多运用在工程造价的估算、工程进度的控制与监测方面，可以辅助建设单位更好地掌握建筑物在建造过程中的进度与细节，降低施工过程中的不确定性，保障施工的顺利进行，减少施工周期。BIM技术同时可以为整体项目在建设阶段完成后的维护和紧急情况的处理提供直观的模拟。该技术的优势在于通过事先对紧急情况的模拟疏散，在灾情发生时可以更好地保障人员健康和物资的安全。因此，BIM的技术实现了对项目整个生命周期的信息模拟，解决了传统方法上信息孤立的问题。
1.2.2 BIM技术的协调性
良好的沟通协调是推动项目顺利进展的重要保障。沟通是为了解决建设单位、设计单位、施工单位的之间的冲突和问题。基于BIM的建筑模型的3D展示以及信息共享的特点，与项目相关的各方通过BIM平台对问题进行分析和探讨，可以在一定程度上避免相对独立工作带来的不必要的误解。同时，不同专业的设计人员可以先通过BIM模型实施事前建筑的模拟，然后基于同一个平台进行建筑设计或者管线布置等具体的设计任务，降低不同专业之间沟通的障碍，实现实时同步沟通，提高工作效率。
1.2.3 BIM技术的可视化性
可视化是指一个二维的设计图纸通过软件将该图纸由二维转化成三维立体实体图形，直观地展示在人们的面前。在二维辅助技术的时代，施工图纸的作用仅仅是各个组件的信息和数据在图纸上的绘制与表达，无法让建筑业参与人员一目了然地了解工程的真正构造形式，而对于当今越来越多的复杂造型及异形建筑工程，单纯通过人的想象来建造是很困难的，并且有非常大的风险出现差错，导致返工增长建筑的施工周期。BIM技术给这种问题提供了可视化的思路，通过BIM技术强大的3D绘图功能，工程在设计和建造过程中的协调都得以在可视化的环境下进行。
1.2.4 BIM技术的可优化性
建筑设计很难实现一劳永逸，由于受到环境、天气、技术条件等的限制，往往在施工阶段建筑需要根据实际的情况进行具体的改动，以此不断地进行优化。由于BIM信息具有可共享和实时模拟的特点，建设单位可以协调各个专业设计人员同时对建筑项目进行优化完善，而不再是传统的流水线的工作模式，从而实现快速高效的特点。同时，由于BIM模型建筑物和结构信息化特点，结合及时的施工反馈也保证了优化的及时性和优化的质量。
1.2.5 BIM技术的可出图性
BIM的可出图性与设计院等设计单位提供的图纸不同。设计单位提供的图纸为建筑设计的图纸和相关构件的图纸，而BIM可出图性是对建筑设计的优化和模拟。BIM通过模拟向设计提供的整体设计碰撞报告，也可以对一些针对性问题的解决方案提供图纸信息。
1.3 三维BIM与协同设计
在以往的建筑工程中，主要是依据二维模式。原因是在于设计人员通过CAD技术进行平面的设计，导致建筑工程的管理都是基于CAD二维技术展开的，尽管施工单位对三维模型有较大的需求，但是二维设计制约了BIM等三维技术在我国土木工程行业的发展和应用。
在BIM协同设计的功能下，需要涉及建设环节的参与单位积极配合和共同参与。BIM技术的协同设计对参与各方都有严格的流程要求和使用规则限制。首先，工程造价师充分考虑实际情况构建基础模型，为其他专业环节设立相对应的标准；其次，BIM协同设计包括的各个专业应首先由建筑结构师构建结构模型，再交由相对应的建筑师、工程师对建筑模型进行细化等；最后，由建筑信息系统对各个专业的模型信息进行严格的检查，直到没有矛盾现象，确认无误后直接交由工程施工方实施。
2 BIM技术在土木工程中应用
2.1 设计阶段
BIM技术在土木工程的设计阶段发挥着重要的作用，其独有的数据交换性、协调性和可出图性可以高效地关联各部门的相关数据。在设计竞图阶段，常用的BIM工具之间的数据通常有着高度的关联性。在此以连结Jatkasaari与Ruoholahti市的Crusell大桥的案例为例。在该案例中，Graitec公司的Integer Super STRESS软件被用来进行桥梁结构的初步3D框架分析，T.Palosaari公司的TASSU则被用来进行混凝土梁的应力与断裂的分析，以及Lusas Bridge Professional（FEM）的桥梁主结构分析等。这些软件之间的数据是紧密关联、密不可分的，它们所得出的数据通过BIM技术整合到AutoCAD中生成设计发展阶段的图纸，最后通过MathCAD和Tekla Structure进行最后的数理分析和一般的概念、结构图。在得到健全、完善的图纸和工程造价估算后，工程便可以进入施工阶段。
2.2 施工和运营阶段
BIM技术的模拟性和可视化性可以对施工进行仿真模拟和施工控制。在Crusell大桥的工程实例中，使用了可视化的3D模型来帮助不同的参与者更了解概念和设计细节。这样的好处是它可以在多个方向和截面上操纵工程的施工进度，而且开放性的可视化BIM模型能够协助工地的工作人员比传统图面更快更有效率地深入了解项目。
可视化性和模拟性的综合运用可以更快捷地进行土木工程的设计和规划临时结构。在土木工程的施工阶段，往往需要搭建很多的临时结构，使用BIM技术便可以更好地规划这些临时结构的搭建、拆除步骤，从而达到加快工程进程、减少工程造价预算的目的。不仅如此，工程中的各结构之间的冲突及碰撞检查也运用了BIM技术。这样，使得结构更容易被解读和整合这些工作到施工进度里以及在4D规划期间可视化它们的顺序。
2.3 运维阶段
建筑工程项目具有诸多类型，在工程的运营管理阶段对应的维护措施和方法有很大的差异，同时不同的建筑类型在其运营阶段及相对应的维护成本也存在较大的不同。BIM平台的应用，可以保证建筑工程在运营阶段的顺利开展，实现工程管理工作的高效运行。
以上海浦东国际机场T1航站楼为例，机场通过BIM技术将建筑各个构件的尺寸、位置、材料、颜色、价格等所有信息作为构件的属性，存储在BIM的信息模型中，实现了机场海量基础设施数据的集成。结合相关管理部门的最新运维信息，通过BIM系统自动统计分析，进行所有信息的实时调用、有序管理和充分共享，降低运营维护资源和成本，提高了上海浦东国际机场T1航站楼运营维护的安全性、高效性、可靠性，给机场管理带来巨大的价值。
3 结语
随着社会经济的高速发展，BIM技术作为一种以数字模型为核心的高新技术，在建筑工程管理中普及应用是社会发展的必然趋势。目前，BIM技术在我国建筑业中运用还仅处于起步阶段，具有很大的发展潜力。及时抓住BIM技术带给土木工程行业的发展机遇，在土木工程领域普及BIM技术，相信不久的将来，我国的建筑工程领域会迈向更高的层次。
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（合肥市第一中学）
