BIM技術在超高層建筑工程中的高效應用

王雙元

（鳴森項目管理咨詢有限公司，甘肅 武威 730010）

0 引言

隨著社會不斷發展，推動了現代化城市建設步伐。在城市土地資源越來越緊張的背景下，新建工程基本都是高層、超高層建筑，從而緩解城市土地資源緊張問題，滿足人們的居住需求。在新建工程設計、建設中，BIM技術的應用愈加廣泛，工作人員借助BIM技術優勢，對超高層建筑工程項目進行優化設計，可以有效提高工程建設效率、質量。傳統建筑工程圖紙設計都是采用CAD的二維圖，無論是正面圖、俯視圖，都無法呈現出內部細節，在落實到施工環節中可能會出現漏洞，而三維模型不同，可以從各個角度觀察工程結構細節，更好地展開工程設計和施工工作。

1 BIM技術相關闡述

BIM技術的中文名為“建筑信息模型”，是建筑學、工程學、土木工程的新工具［1］。BIM技術可以構建建筑的三維圖，通過電腦展開輔助設計。BIM技術一經推出就得到了業界廣泛認可，有助于建筑信息集成，不僅可以輔助建筑設計，同時也可以輔助施工、管理決策，貫穿于建筑生命周期的始終，將建筑各項信息融合到三維模型信息數據中，各個單位可以借助BIM平臺協同工作，從而提高施工效率、降低施工成本。

BIM并不是指某一個建筑模型軟件，而是一種軟件種類，因此BIM相關軟件數量有很多。常見的BIM軟件包括Autodesk的Revit建筑、結構和設備軟件，該軟件在民用建筑中應用最為廣泛；Bentley建筑、結構系列軟件，在基礎設施、工業設計中應用十分廣泛；Ar?chiCAD是一種全球化的BIM產品，也是后續BIM軟件開發與發展的核心建模軟件。

2 工程概況

某超高層建筑東、西、北臨路，南側為規劃綠地。建筑為地下7層、地上108層的超大、超高型建筑工程，總面積為43.7萬m2，地上面積為35萬m2，地下面積為8.7萬m2，建筑總高度為528 m，基礎深埋為37.3 m［2］。該工程是集甲級寫字樓、高端商業、觀光等功能為一體的多功能建筑，具體如圖1所示。該工程整體結構采用了巨型框架、型鋼混凝土核心筒結構、轉換桁架、巨型斜撐、重力柱組成，計算用鋼量為12萬t，結構概況見圖2。

3 超高型工程建設的難點與重點

3.1 時間緊、任務重

圖1 超高型建筑工程建設區域概況

圖2 工程整體結構概況

結合工程概況來看，本工程的工程量相當大，并且施工難度高，需要投入大量的人、財、物。作為一種國內少有的特大型工程，必須要保證施工質量和施工安全。工程鋼結構體量大、內部構造復雜、安裝難度高，合同工期要求3年（36個月）封頂，平均1周時間建設完一層，技術難度很大。由于工程方案的復雜性，設計單位設計變更頻繁，圖紙量多。在時間層面上還會直接影響到施工質量和安全，所以要提出更加合理的施工方案，需要有一個更具統籌能力的管理機制和施工理念。所以，對于該工程來說，如何在較短時間內，減少設計變更造成的成本增加、延長施工周期以及保證工程質量是重點和難點［3］。

3.2 平面組織、協調管理局限

結合圖1可知，工程主要是建設在Z15地塊上，還要考慮施工維護、設備占地等，所以施工空間非常狹小。在地下工程建設中，基坑北部道路相連步行街無法使用，因此構件、混凝土、鋼材的進場安排非常困難，堆場規劃與布置也是該項目應重點考慮的問題。

因此，如何通過全局性劃分、管理，縷清整個施工體系的關系是需要著重關注的問題。而BIM技術的應用可以通過建筑模擬方法，結合施工平面組織情況，自定義協調管理方案，以供方案設計以及現場管理參考。

4 BIM技術在超高層建筑中的高效應用

為了保證設計質量、減少設計變更、保證施工質量、確保施工安全，本工程積極利用BIM三維建模技術，并貫穿到工程建設的始終。

4.1 構建鋼結構模型

4.1.1 設計思路

BIM技術的出現，讓建筑工程師不在局限在2D圖紙設計與編制，借助BIM技術通過輸入建筑信息數據，計算機即可自動生成帶有各項參數的3D模型，實現可視化操作，借助三維模型指導工程設計以及現場施工管理。此外，CAD設計出的二維模型無法直接反映出工程框架結構的幾何關系、交叉作業相互影響作用。而構建BIM模型，可以直接呈現出鋼結構尺寸、位置、空間布局關系，并且可以配合土建、幕墻、機電等專業更加清晰地表達出關系模型，對模型形態和施工形態進行模擬，充分發揮BIM技術價值。

4.1.2 設計方案

由于本建筑工程的施工現場空間有限，考慮到堆場安排受限，因此進行了多次方案合理性論證，借助BIM技術平臺構建3D鋼結構模型，對各類施工路線進行明確劃分，包括人行線、行車線、堆場劃分、機械設備安置地規劃。鋼結構BIM模型如圖3所示［4］。聘請專家對所設計的施工路線進行多次論證，明確了鋼結構施工區域、設計標準，可以滿足業主對工程的建設要求。

圖3 鋼結構BIM模型

4.1.3 深化設計

鋼結構深化設計中，采用二維設計方案無法呈現出細節問題，既使發現問題也要進一步深度分析，多數都是現場出現問題后再提出技術解決方案，不僅會增加工程成本，還會延長施工周期。而在BIM技術地加持下，可以實現建設問題的預見，BIM平臺連接大數據可以提出多項解決方案，將現有的工程模型合并，展開碰撞檢查，及時發現設計的漏洞與缺陷，第一時間修改建筑模型，展開深度設計，確保鋼結構設計的合理性。本工程借助BIM3D模型解決了諸多不可預見的碰撞問題，加強了交叉作業的協調性，降低了現場施工的失誤率，提高了施工效率。防碰撞模型如圖4所示［5］。

圖4 BIM提出的防碰撞模型（右側為優化模型）

4.1.4 鋼結構四維施工模擬

工程進度安排方面，傳統方法是利用橫道圖掌控現場施工進度情況，雖然該方法也可以直觀呈現，但是無法清楚的表達各道工序之間的邏輯關系，也沒有通過進度計劃時間參數數據，難以規劃關鍵路線和關鍵工作，工程計劃調整的難度大，無法在大型進度規劃中應用。

然而，利用BIM模型可以快速解決該問題。將建好的工程BIM模型導入到Navisworks當中，模擬關鍵施工工序，變更過程只需要直接移動模型相對應位置，或開啟、關閉參數調整功能，即可呈現出工程建設的效果，插入時間維度呈現出項目施工動畫，有助于工程的理解和溝通，呈現出安裝細節。

4.2 BIM輔助施工

4.2.1 鋼板墻施工流程

本項目工程鋼板墻整體上劃分為四個區域，四個鋼板墻區域會相互產生影響，也就是每個區域鋼板墻施工時都會對相鄰鋼板墻安裝位置造成影響，所以必須要在吊裝前確定施工流程。借助BIM模型以及工程建設實際狀況，根據工程需求生成四維動畫，直接表達出鋼板墻的整體施工流程，從而更好地開展施工安裝進度規劃工作［6］。

4.2.2 輔助交底

過去，管理人員在施工技術交底、安裝交底過程中，都是拿著施工圖紙給施工人員講解技術方案和施工重難點，在溝通過程中難免會曲解對方意圖，造成施工失誤。而借助BIM模型進行交底工作，可以直接呈現出建設成果的最終效果，以及重難點施工區域應建設成什么樣，這樣施工人員可以更好更快地領悟到交底意圖，降低施工失誤率，提高溝通效果。

4.2.3 統計焊縫

對于鋼結構來說，與土建、幕墻等專業有很大區別，主要涵蓋了焊接與安裝，焊縫長度計算尤為復雜，采用二維圖紙不僅需要大量材料、人力、時間，并且取得的效果非常小。而BIM平臺可以直接在計算機上累計數據信息，對不同區域的厚板、薄板進行區分，盡快獲取所需數據信息。

4.2.4 異形件驗收

任何材料進場前都要做好質量驗收工作，這也是保證工程建設質量的重要關口，構件尺寸、質量決定了構件焊接、安裝質量。在過去構件進場前都是根據圖紙進行測量，非常簡單，但都是一些簡易型構件。而本工程由于內部結構復雜，需要使用大量的異形構件，并且要多角度轉換，所以在二維圖紙上難以輔助構件質量檢查［7］。利用BIM三維可視化模型的空間測量優勢，自由選擇可量取的位置，為承包商、監理人員驗收提供了便利，確保異形構件檢測精度，保證異形構件質量。

4.3 BIM組織架構

對于超高建筑施工來說，必須要有良好的工程管理組織架構作為支撐，從而滿足BIM工作展開，進一步發揮BIM技術效用。結合本工程的施工標準和要求制定組織架構，如圖5所示，該架構十分緊密，明確了每個項目的崗位全責，降低了工程建設成本、縮短了建設周期。整體上可分為深化設計、模型調整、進度與節點管理、信息維護四個方面，專派一人作為項目總負責人，總負責人負責對項目執行進行統籌規劃，還需要一名協調負責人，對BIM相關工作進行協調，同時下達總負責人的任務［8］。

4.3.1 深化設計

利用工程BIM三維模型展開可視化分析，如果發現模型中的問題要及時與設計單位取得聯系，對模型信息進行修改，減少不必要的設計變更。

4.3.2 模型調整

將已經深化設計完成的模型與專業模型對比分析，特別是在防碰撞方面，加強各個專業交叉作業的協調性，減少施工現場的相互影響。

4.3.3 進度與節點管理

根據項目工程的實際狀況對關鍵節點、工藝展開施工模擬，加入時間維度，提前掌握施工進度情況，保證在實際施工建設中有條不紊地進行。

4.3.4 信息維護

作為后期的管理內容，在整個BIM模型中均可查詢相關信息，竣工完成、驗收時作為參考依據，也可以為工程后期運營提供信息支持，讓業主投資得到最大化的收益。

圖5 BIM組織架構

5 結束語

綜上所述，對于超高建筑工程建設來說，合理應用BIM技術不僅可以提高工程架構設計質量，同時也可以輔助工程施工，起到良好的指導作用。同時，在三維模型基礎上加入時間維度，可以模擬施工進程，讓施工人員更好地掌握施工重難點，保證施工質量、安全、效率、成本，提高工程綜合效益。本論述通過應用BIM技術通過構件工程框架結構，以供后續的輔助施工、組織架構，按照模型定義方案完成工程建設工作，保證時間、質量、成本、安全，提高工程整體效益。