BIM系統在城市超高層建筑中的應用研究

引言

超高層建筑指40層以上、高度100米以上的建筑物。20世紀初，紐約大都會人壽保險公司大樓 （50 層，206米，1909年建成）是世界上第一幢高度超過200 米的摩天大樓。近年來，我國更是掀起一陣超高層建筑的建設高潮，全國各地都在搶建摩天大樓，搶占第一高度。但是建筑行業傳統建筑模式管理信息化、精細化程度不夠、水平不高，在一定程度上制約了超高層建筑的發展。BIM系統技術的發展和應同給超高層建筑行業技術創新帶來了革命性變化，將參建各方在項目設計、施工、運營等各個過程中所有信息整合在一起，貫穿項目全生命周期管理環節，最終形成完整竣工信息模型，實現工程總承包管理。

BIM系統概念及應用方向

BIM系統是一種全新的信息化管理系統，目前正越來越多應用于建筑行業中，它的全稱為Building Information Management，既 建 造 信 息 模 型，要求參建各方在設計、施工、項目管理、項目運營等各個過程中將所有信息整合在統一的數據庫中，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，為建筑的全生命周期管理提供平臺。在整個系統的運行過程中，要求業主、設計方、監理方、總包方、分包方、供應方多渠道和多方位的協調，并通過網上文件管理協同平臺進行日常維護和管理。

BIM系統應用旨在工程建造過程中信息的建立與集成，實現工程總承包管理。即在整個工程深化設計、施工進度、資源管理及施工現場等各個環節，進行信息的建立與收集，最終形成完整的竣工信息模型，從而完成工程全生命周期管理環節中施工環節的信息建立，保證從設計到施工的BIM信息的延續性和完整性。

在施工全過程中對深化設計、施工工藝、工程進度、施工組織及協調配合方面高質量運用BIM技術進行模擬管理，實現工程項目管理由3D 向4D、5D發展，提高工程管理信息化水平，提高工程管理工作的效率，為本工程全生命周期管理中提供施工管理階段數字化信息，充分保障業主后期工程運營管理。

城市超高層建筑建設中存在的問題

自20世紀70年代以來，我國東部沿海經濟發達地區開始建設高度在百米以上的超高層建筑。進入20世紀90年代后，更是建立了高度在420米以上的深圳地王大廈和上海金茂大廈等一批超超高層建筑，隨后在全國范圍掀起了一陣摩天大樓的建設高潮。

超高層建筑由于其體型巨大、功能復雜、建設難度大、規格標準高和建設投資龐大等特點，對建設施工企業的企業規模資質、施工技術水平、人員管理素質、后期配套服務有著更高的要求。在現階段的超高層建筑施工中普遍存在一些具有代表性的問題：

1.設計合理性檢查要求高

近年來，超高層建筑發展迅速，體型復雜，功能多樣，相應的結構形式也復雜多樣，特別是設計和施工的經驗不足引起的各建筑物技術經濟指標數據存在較大差異，有很多不合理之處。對于超高層建筑的一些特殊要求和構造問題究其原因多事建筑結構方案考慮不夠周全細致和構造做法不統一造成的使用功能不合理、結構設計浪費，施工圖簡單粗糙和施工技術薄弱造成的錯誤和浪費。因此設計合理性檢查的要求越來越高，前期深化設計成為超高層建筑成敗的關鍵。

2.施工組織設計實施難度大

很多在建超高層項目依然沿用傳統高層建筑施工方案，采用傳統施工技術和機械設備，在一定程度上已滿足不了現代建筑業高速發展的需要；引進國外先進施工生產技術的項目又存在著管理人員素質不匹配造成的人為降效，技術人員手工操作的滯后性也影響了工程質量的進一步提高。

3.多專業交叉工序復雜

超高層建筑施工特別強調建筑、結構、給排水、電氣、暖通、智能化系統等各專業的配合，各專業之間配合好壞直接關系到建筑工程項目的完成質量。實際施工中多數專業人員只重視本專業工程的進度質量而忽略了與其他專業間的協調配合，常常出現交叉工序矛盾影響了關鍵線路施工造成工期延誤現象，究其原因多是缺少各專業綜合設計圖。

4.項目周期長、成本控制效率低

超高層建筑的建設周期長，成本管理中存在這樣一些問題：工程造價數據統計量大且存在一定的延后性，項目各專業之間難以實現造價數據的高效共享；人工、材料、機械的單價浮動大，對項目成本測算工作造成很大影響，增加了項目總成本的風險性和不確定性；社會整體政治經濟環境和自然環境變化對項目整體造價影響明顯，一些涉外項目更受到國際經濟環境的影響，存在潛在風險。

BIM系統在超高層建筑建設中的應用研究

1.BIM模型的建立與流程的完善

根據設計院二維圖紙建立各專業模型，為后期施工管理奠定堅實的基礎。在BIM項目實施過程中，為保證BIM工作有序無誤的進行，制定合理的BIM工作流程，通過統一的工作流程，可以保證BIM模型、深化設計和現場施工，三者之間能夠合理、高效的銜接和實施。根據工程特點，制定BIM系統在施工管理階段實施流程（如圖1）。

2.基于BIM模型的輔助施工管理

在BIM 三維模型的基礎上，進行建筑、結構、機電、鋼結構、裝飾等各專業深化設計，并隨工程進展繪制土建-機電-鋼結構-裝修綜合圖，提交BIM顧問配合形成深化設計BIM模型，通過各專業三維圖疊加、綜合，做到三維可視化，及時發現綜合圖中各專業之間的碰撞、錯、漏、碰、缺等問題，并根據BIM模型提供碰撞檢測報告，及時進行解決，以實現圖紙設計零沖突、零碰撞，避免施工過程中的返工、停工等現象發生，大大減少設計變更，確保施工進度，節約成本。

3.BIM系統檢查設計合理性

通過BIM模型，再結合施工經驗，在施工圖深化的過程中，對設計的合理性進行一個模擬檢查，對設計變更的合理性和可行性進行模擬和判定，盡可能的保證施工在面對各種可能出現的變化因素時，不盲目、不反復，做到有的放矢。

4.主體構件的尺寸與定位，以及預制件加工

圖1 BIM系統在施工管理階段實施流程圖

在BIM模型中準確的做好墻、梁、柱的尺寸、標高和定位，除了可以準確的表達建筑和結構完成后的空間關系外，還要為后期機電各專業的深化設計、各專業的管線綜合做好充足的準備，保證BIM模型的準確性和延續性。另外，在施工過程中出現的一些復雜形狀的預制構件，在BIM模型中通過三維技術進行設計，以保證尺寸能夠完全吻合，設計完成后再將得到的數據交給工廠進行加工。

5.提供綜合圖，達到可視化虛擬施工

通過在BIM模型中進行協調、模擬、優化以后，可以為現場施工提供輔助的綜合結構留洞圖、建筑-結構-機電-鋼結構-裝飾綜合圖等施工圖紙.。通過BIM三維模型系統，對各個專業可以進行可視化管理，實現虛擬現實。施工過程中將本工程中每個設備和構件的采購、加工、安裝等信息進行記錄，實現整個施工過程的可追溯性，并在虛擬場景中進行自由行走，任意觀看，詳細了解本工程中每個設備、構件的信息，為業主決策提供依據，并為后期運營管理提供極大便利。

6.施工方案及工藝模擬實施

工程重難點施工方案、特殊施工工藝實施前，運用BIM系統三維模型進行真實模擬，從中找出實施方案中的不足，對實施方案進行修改，同時，模擬多套施工方案進行專家比選，最終達到最佳施工方案，在施工過程中，通過施工方案、工藝的三維模擬，給施工操作人員進行可視化交底，使施工難度降到最低，做到施工前的有的放矢，確保施工質量與安全。

7.施工現場組織模擬管理

根據工程施工特點，合理組織施工，在工程施工總平面實施中，充分應用BIM系統三維模擬，對施工總平面進行規劃，做到合理，確保施工順利開展。施工平面規劃，隨施工進程的推進而調整變化，采取BIM系統動態管理，立足現場場地實際情況，根據施工進度安排，分階段進行BIM三維模型建立模擬，借以呈現各主要階段的交通組織規劃、大型設備使用、材料堆場及加工場地、臨建設施使用等是否合理，通過對周圍環境、進場道路的位置、施工現場機械設備以及建筑材料的堆放，現場施工防火的布置等的全方位模擬等情況，可以更有效的對施工現場進行綜合規劃與管理，以保證工程施工合理有序地進行。

8.BIM施工進度模擬、資源成本管理

在施工過程管理，基于BIM模型進行對整個施工過程進行管理和規劃，根據業主的工期節點要求可以得到該項目的時間進度，將這個時間進度和BIM模型進行匹配，從而得到更具可視化的基于三維模型的施工進度模擬。將各專業三維建筑模型及進度計劃導入Navisworks 軟件中，進行各階段施工進度模擬，分析工程施工進度計劃的合理性，并及時調整計劃，同時施工模擬再結合工程預算，連接時間、費用和任何數據信息，達到5D（基于3D模型的造價控制，包括3D實體、時間、工序）模擬，可以提前進行施工材料、機械及勞動力的準備，保障整個工程順利實施，確保工程總工期。

（1）使用Revit系列軟件對項目的BIM模型進行完善，在此過程中，尋找和發現各種問題并通過BIM技術解決問題，從而指導施工圖深化設計和現場施工，再通過自動統計功能，進行施工材料的自動統計。

（2）在BIM模型的建立和完善過程中，將模型轉到Navisworks軟件中對項目信息進行審閱、分析、仿真和協調。通過其4D （三維模型加項目的發展時間）仿真、動畫和照片級效果制作功能幫助對設計意圖進行演示，對施工流程進行仿真，從而加深對項目的理解，提高可預測性。實時漫游功能和校審工具能夠共同提高項目團隊之間的協作效率。

結論與展望

BIM系統應用到超高層建筑建設管理中，在整個工程深化設計、施工進度、施工工藝、施工組織和資源管理及施工現場等各個環節，進行信息的建立與收集，最終形成完整的竣工信息模型，保證從設計到施工的BIM信息的延續性和完整性，提高工程管理信息化水平，提高工程管理工作的效率。我國超高層建筑從無到有，但建設發展水平與發達國家還有一定差距，信息化、精細化的程度還有待提高，而BIM系統技術的發展和應用必將給超高層建筑工程建設帶來革命性的變化。當然，任何新技術的應用和發展都需要統一的規則，要促進和實現BIM系統的廣泛應用還需要制定相關的技術標準體系，才能真正將BIM系統發揮到最大效應。

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