BIM技術在超高層建筑工程設計施工一體化中的應用

王玉敬 山東省建筑設計研究院有限公司

王 玉 山東省建筑設計研究院有限公司

近年來，隨著土地資源緊張問題日益嚴重，高層建筑、超高層建筑數量越來越多，已經成為建筑工程的主要發展方向。超高層建筑比普通建筑的高度高、樓層數多，設計與施工的難度也更大。因此，超高層建筑建設過程中應積極應用BIM 技術，實現設計施工一體化，以提升超高層建筑工程的施工效率與質量。

1 BIM 技術簡述

BIM 技術是以建筑工程的各項真實信息數據為基礎制作工程3D 模型，對建筑工程進行仿真模擬的技術。它是建筑領域與現代先進技術有機結合的產物，在建筑領域有著較高的應用價值，為推動建筑工程建設質量的提高做出了重要貢獻。BIM 技術誕生后，迅速在建筑領域得到應用，并不斷推廣，原因在于其有著諸多優勢。

首先，BIM 技術是一種集成化技術，對各種高新科學技術進行了有機結合，且融合了各種技術的優勢、避免了不同技術的缺點。例如，BIM 系統中運用了虛擬仿真技術，可仿真構建出虛擬的建筑模型；運用了計算機模擬技術，可在計算機上將建筑模擬展示出來；運用了三維可視化技術，可將二維的建筑設計圖紙進行三維化[1]。

其次，BIM 技術具有可視化的優勢特征，在建筑工程設計中應用BIM 技術的時候，需要對建筑工程的相關信息進行全面收集，并以此為根據建立工程3D 模型，將建筑空間結構關系顯示出來，從而實現“可視化”。

再次，BIM 技術具有協調性的優勢特征，在建筑工程設計中應用BIM 技術的時候，可以實現對設計方案的合理優化，及時發現各種問題，并通過協調多方來制定有效解決方案，保障設計的科學性、合理性以及可行性。

最后，BIM 技術具有模擬性的優勢特征，在建筑工程設計中應用BIM 技術的時候，一般需要使用計算機模擬設計方案，檢測設計方案中可能存在的問題。這種方式擺脫了時間與空間的限制，使設計人員可以隨時隨地觀看模擬結果，同時也可以對模擬結果進行調整，有利于規避各種問題。

總之，BIM 技術的優勢非常多，因此在超高層建筑的建設過程中有必要應用BIM 技術來輔助工程設計、施工與管理，進而推動超高層建筑建設質量的提高。

2 BIM 技術在超高層建筑工程中的應用策略

2.1 開展可視化設計

以往的超高層建筑建設中，設計與施工之間存在壁壘。同時在設計階段，立面、平面、門窗表以及剖面圖等也通常作為獨立的個體進行設計。由于信息溝通不暢，因此圖紙設計過程中經常出現錯誤，影響設計質量與后續施工效率。而設計施工一體化中對BIM技術進行有效應用，可以為業主、工程師、設計師等相關人員提供一個共享平臺，在這個高度模擬、可視化的平臺上，各方人員可以更加直觀、方便地了解設計方案，發現問題時可以及時解決，從而為后續提高施工效率與質量奠定基礎[2]。

2.2 開展參數化設計

超高層建筑項目建設過程中，可以將參數化設計方法有機應用在設計環節的各個階段，在此基礎上制作邏輯模型，實現對復雜幾何模型的有效定義與操作，以便實現多專業的協同發展。超高層建筑項目設計中，在定義結構復雜體系、高性能造型時，必須應用參數化設計。這樣就能以幾何的角度對建筑平面、三維空間進行定義與呈現。

2.3 開展協同設計

超高層建筑項目建設過程中，設計階段通常會涉及許多具體專業的設計，且不同專業設計之間存在相互影響、相互制約的關系。在此背景下，有必要尋找一種可供多專業進行協同設計的方法，以促進不同專業設計之間的有效協作，避免產生沖突和矛盾。實踐表明，超高層建筑工程建設過程中對BIM 技術進行有效應用，正是現階段最有效的多專業協同設計手段。

實踐中只需在BIM 系統中構建出超高層建筑項目的仿真3D 模型，便可以輕松實現多專業協同設計，期間無論何種專業的任一項設計發生了改變，與之相關聯的部分都會隨之進行自動調整，并及時通知相關設計人員。而設計人員也可及時根據3D 模型來展開設計分析，從而提升整體設計的協調性[3]。同時，如果設計、施工中出現變更，只需借助BIM系統調整對應的參數，與其相關的參數便可以自動改變，從而縮短參數調整時間、節約變更費用。

2.4 開展建筑性能分析

超高層建筑工程建設過程中，可以應用BIM 技術開展建筑性能分析。通過高度模擬的BIM 系統，結合材料數據、價格信息、3D 模型數據以及其他各種數據，設計人員可在不同視角對超高層建筑項目進行評估。例如可以開展室內自然通風、室內自然采光以及室外風環境等模擬，綜合性評估超高層建筑的性能。

2.5 開展深化設計

超高層建筑工程建設過程中，可以應用BIM 技術開展深化設計，獲得更加準確的數據之后，多方之間再借助可視化平臺進行溝通，針對細節部分進行研究。例如某超高層建筑項目為裝配式混凝土建筑，其預制構件包括樓板、墻板、空調板、樓梯板、陽臺板、框架梁及柱等，通過構建出相應的3D 模型，輔助開展深化設計。

在深化設計中，需要充分考慮裝配率問題、構件制作問題、安裝工藝問題、空間結構及布局問題等，同時根據建筑的實際使用功能、主體結構形式等選擇便于重復生產、適合裝配化施工、模數協調的構件，還要做好構件拆分工作。而在構件拆分方面，BIM 系統中的Structural Precast for Revit 插件具有重要的應用價值，基于該插件可對構件進行合理分類與高效整理。

此外，深化設計中借助BIM 系統還可以建立一個完善的構件庫，以便于從構件庫中選擇合適的預制構件[4]。

2.6 預制構件施工管控

超高層建筑工程建設過程中應用BIM技術時，可以在預制構件的設計、生產、運輸、采購、現場裝配等全過程中，靈活應用身份識別技術和無線移動終端技術等，以實現預制構件設計、生產、裝配的效率與質量，減少差錯事件的發生。同時，在工廠內生產預制構件的時候，可以有效應用BIM 模型，對全部預制構件進行高效管理，避免一些環節發生錯誤，確保預制構件的精準度，減少不必要的資源浪費。

2.7 可視化施工演示

超高層建筑工程建設過程中，可以應用BIM 技術模擬施工過程。在實踐中，先構建出超高層建筑項目的3D 模型，然后基于3D 模型來模擬施工全過程，從而在施工前，提早發現設計方案中存在的問題，并進行有效的設計優化[5]。借助BIM 技術對施工過程進行模擬演示可以使施工人員提前了解整個施工過程，有利于實現施工效率與質量的提高。

2.8 關鍵施工工序管控

各關鍵工序施工開始前，可以基于BIM 系統，在嚴格遵照國家相關施工規范的前提下，結合每道工序的具體設計要求開展相關施工技術交底，并確保各方都充分參與技術交底討論。各分項工程施工作業期間，可以實時依照工程3D 模型來加強工藝技術管控，以使施工指揮更加精準。此外，施工過程中將一些實時產生的施工信息數據及時錄入到BIM系統中，以便各方隨時了解實際施工情況，實現對施工作業過程的動態監管。

2.9 施工條件控制

超高層建筑項目施工中，需要對各項施工條件要素進行充分考慮和有效控制。例如，需考慮施工場地條件，包括施工場地中的臨時道路規劃、施工設施和材料的擺放等；需考慮施工材料條件，對本地材料及外地調用材料的應用做好綜合性考量，根據材料優劣與性價比來合理定奪采購方向；需考慮施工水電條件等。在此期間，可應用BIM 系統來輔助進行施工條件控制，以確保施工的順利開展、有序完成。除此之外，借助BIM 技術的可視化功能，能夠實現對各類施工條件問題的綜合分析。

2.10 施工進度跟蹤

任何建筑工程項目在施工過程中都應既追求施工質量，又追求施工效率，爭取盡早完工，因此做好施工進度控制的意義重大。超高層建筑工程建設過程中，在采購進度控制方面，可以應用BIM 系統來實現綜合性管理，從而充分考慮運輸、催交等相關影響因素；在設計進度控制中，可以在BIM 系統上建立一個具有針對性的圖紙文件目錄，利用BIM 技術來合理確定權重，并結合人工估算來開展相應工作；在施工進度控制中，可以借助BIM 技術的可視化功能實現對施工進度情況的實時監控。除此之外，借助BIM 技術可以動態化跟蹤施工進度，對實際施工進度、施工計劃進行比較，匯總每日、每周、每月的實際施工情況，并根據施工現場的實際情況進行合理調整，優化施工方案，從而有效確保施工質量與施工安全，為后期運作提供可靠的數據信息。

2.11 碰撞檢查

BIM 系統具備碰撞檢查功能，因此超高層建筑工程建設過程中可以應用BIM技術開展碰撞檢查。在實踐中，只需先構建出超高層建筑項目的3D 模型，再啟動BIM 系統中自帶的碰撞檢查功能，即可有效完成碰撞檢查工作。碰撞檢查完畢后，BIM 系統還會給出異常問題報告，從而為設計優化提供科學的依據與指導。

2.12 竣工檢查驗收

超高層建筑項目竣工后的檢查驗收階段，可以依靠BIM 系統來實現各方對項目檢查驗收的充分參與，從而大大提升項目檢查驗收工作的效率，保障項目檢查驗收的準確性。在具體實踐過程中，首先需要輸入超高層建筑項目3D 模型與相關信息數據，確定好現場檢查驗收部分，并在BIM 系統上選取模型構建，之后再結合現場實際信息數據來分析超高層建筑項目的施工質量是否符合國家相關質量標準，同時自動生成相應的質量檢查驗收報告。

2.13 開展管理工作

基于先進的BIM 技術可以使各方面管理工作變得更加方便、快捷與高效。首先，為保證施工技術選擇的合理性及應用的正確性與規范性，可借助BIM 系統打破施工企業間的信息孤島，實現政府、監管單位與施工企業間的管理數據對接和資源整合，自動獲取并實時監督施工過程中的各項技術指標數據及變化。其次，施工環境對于超高層建筑項目的施工質量、施工安全、綠色施工等均具有不容忽視的影響。BIM系統擁有數據挖掘、數據統計、數據分析以及云計算等功能，結合傳感器設備可實現對施工現場粉塵、噪聲等進行綜合評估和風險預警，以方便進行施工環境管理，規避環境損害。最后，將BIM 系統與施工設備上的智能控制裝置連接起來，可實時監控設備運行狀態，及時發現設備故障并發出報警訊號。還可借助BIM 系統處理施工設備的運行異常問題，自動根據反饋對設備關鍵部位的運行信息進行識別分析，并結合物聯網技術自動消除隱患，保障施工安全。

3 設計施工一體化的優勢

3.1 有利于提高管理效率

超高層建筑工程設計、施工相互獨立的情況下，管理上也互不相關，無法保障管理的統一性，容易出現管理不到位的現象，影響超高層建筑項目的建設質量。依托BIM 技術實現設計施工一體化，能夠打破設計與施工之間的壁壘，各個階段可以實現緊密銜接，因此可以將管理貫穿在超高層建筑項目的建設全過程中，有利于提高管理效率與質量。

3.2 有利于實現建設目標

超高層建筑項目設計、施工相互獨立的情況下，設計人員與施工人員之間缺乏溝通，信息溝通不暢，便可能出現理解、認知誤差，降低設計的可行性，提高變更風險，影響施工進度，甚至導致施工無法順利開展，不僅會延誤施工進度、增加施工成本，還會導致超高層建筑項目的建設目標無法實現。依托BIM 技術實現設計施工一體化，使得設計與施工之間實現了緊密聯系。設計階段，施工人員可以參與設計工作，了解設計方案；施工階段，設計人員可以到施工現場進行指導，保障施工能夠順利開展。此外，設計與施工之間的緊密聯系便于及時發現問題、解決問題，從而有利于更好、更快地實現超高層建筑項目的建設目標。

3.3 有利于提高經濟效益

超高層建筑工程建設過程中，依托BIM 技術實現設計施工一體化，有利于促進經濟效益的提高。

首先，設計施工一體化使得設計與施工之間的聯系更加緊密，有利于提高設計、施工環節人力、財力、物力的利用率，避免不必要的資源浪費，降低超高層建筑項目的建設成本，提高經濟效益；其次，設計施工一體化模式下，可實現全過程、全方位、高效的管理，有利于提高施工管理水平，保障施工的順利進行，提高施工效率、加快施工進度，實現盡快完工，達到降本增效的目的；最后，設計施工一體化模式下，設計、施工各部分密切銜接，可減少質量問題的出現，保障超高層建筑項目的建設質量，提高超高層建筑項目的經濟效益。

4 結語

在采取設計施工一體化模式的超高層建筑工程中，可應用BIM 技術開展可視化設計、參數化設計、協同設計、建筑性能分析、深化設計等工作，有利于提高管理效率、實現建設目標、提高經濟效益。接下來，應進一步加深對BIM技術的研究，探索BIM 技術在建筑工程中的創新應用思路，解決BIM 技術在實際應用過程中遇到的問題，以充分發揮先進技術的優勢，推動建筑行業的健康發展。