BIM技術在超高層建筑中的綜合應用

BIM（建筑信息模型）技術是實現建筑業精細化和信息化管理的重要工具。介紹了BIM技術在超高層建筑項目的綜合應用，通過數字仿真模擬的三維信息化模型實現土建施工、機電安裝、鋼結構吊裝、幕墻和裝飾裝修施工和項目現場管理等多方面的BIM技術綜合應用，同時結合信息化管理科學有效地確保了工程質量和進度，為BIM技術在大型工程施工中從前期圖紙會審階段到工程竣工階段的BIM技術綜合應用提供了技術參考。

建筑模型; BIM技術; 施工模擬; 信息化管理

TP317.4 A

［定稿日期］2022-03-23

［作者簡介］張春銀（1977—），女，本科，高級工程師，從事施工技術管理工作。

眉山春熙廣場是眉山市地標性建筑，是一座以住宅、公寓、酒店和商業的大型綜合樓（圖1），具有規模大、現場管理難度大，且當地政府關注度高等特點，項目部策劃引入BIM技術綜合應用，通過建立精細化BIM建筑、結構、機電模型，利用模型進行碰撞檢測，及時發現圖紙問題；建立三維施工場地布置模型，進行綜合模擬施工，合理安排施工工序及進度計劃；根據土建及安裝施工需要進行深化設計，進一步細化、完善、指導建筑復雜節點的施工以及現場錯綜的機電管線施工安裝；利用BIM軟件搭設支模架、腳手架三維模型，指導編制施工方案及現場施工；并針對眉山春熙廣場項目地下室圓形結構建立BIM模型，開展復雜結構BIM技術應用；引入BIM數字化管理平臺進行進度、質量、安全施工管理，實現了項目級數字化管理模式。通過BIM技術在超高層建筑中的綜合應用，實現了從前期圖紙會審階段到工程竣工階段的BIM技術綜合應用。

1 土建施工BIM應用

1.1 模型建立及應用

（1）根據施工圖紙建立精確的建筑3D信息模型， 實現建筑外觀的可視化，通過土建BIM模型發現圖紙問題并反饋至設計院，經設計院調整后重新修改，并對三維模型按其修改的圖紙問題驗證其調整方案的合理性，有效避免返工，節約材料，并有利于環境保護。

（2）建立3D模型，運用BIM技術解決常規性的結構碰撞和異型（如圓弧形）結構、地下室坡道、樓梯間等重要節點施工難題；框架柱與弧形剪力墻和弧形梁交接處存在復雜的施工節點，模板及鋼筋施工困難。通過對圓弧形墻、梁三維模型的建立，可以直觀展示出弧形梁的空間位置關系和不規則的形體信息。在實際施工中，采用傳統放線方法不能滿足施工要求，通過應用BIM技術使用空間三維坐標體系控制定位放線，達到精確定位，應用BIM技術對圓弧形梁模板進行拼裝，優化模板的選用以及使用的效果，統計模板使用量，合理規劃進場材料（圖2）。

（3）建筑工程地下室車道標高隨坡道高度而定，通過三維模型的建立，可以直觀觀察梁標高，便于實際施工中精確梁標高定位；三維模型建立可以及時發現車庫入口處與梁底面凈距，不滿足規范要求時，及時調整，避免返工現象（圖3）。

1.2 支模架及外腳手架三維模型搭建

（1）利用建立的3D模型進行模板支模架搭設的應用，確保支模架施工搭設的安全可靠性，預先進行常規支模架和高支模三維架體排布、確定安全網鋪設位置、混凝土分層澆筑高度、剪刀撐位置及間距、梁柱節點加固方式、頂托自由端超長部位進行調整，及時發現并解決問題，實現可視化交底，優化專項方案（圖4）。

（2）BIM建立外腳手架三維模型圖，可智能布架并計算腳手架工程設計參數，支持整棟、整層、任意剖面三維顯示，通過內置三維顯示模型實現達到照片級的渲染效果，有助于工程技術交底和細節呈現（圖5）。

1.3 施工場地布置

（1）應用BIM施工現場布置軟件建立精確的BIM模型，進行仿真現場臨設規劃、3D動態觀察、自由漫游行走，可對施工活動、拆卸等操作進行全面的模擬。

（2）應用BIM虛擬交底，按照施工規范建立虛擬樣板，方便現場管理人員更直觀清楚地了解項目施工要求（圖6）。

2 機電施工BIM應用

2.1 建立可視化三維模型

（1）機電安裝工程BIM技術應用及分析是要建立在建筑、結構模型完成基礎上，通過在模型建立的過程中提前發現設計圖紙存在的問題，形成BIM圖紙會審記錄，便于后期圖紙會審，避免不必要的返工；其次為后期機電管線碰撞檢查及深化設計提供模型基礎，實現各專業的可視化協同，同時幫助參建方更好地溝通協作，實現信息化管理（圖7）。

（2）根據圖紙會審記錄對模型進行初步調整，調整完成后對模型進行碰撞檢查，碰撞檢查前，還需要對碰撞類別進行提前分析，考慮碰撞類別的不同提出不同的解決方案，根據以往經驗制定了不同碰撞類型的解決方案，詳見表1。

（3）初步解決方案確定后，通過鏈接地下室各專業模型，將Revit軟件中鏈接好的綜合三維模型導入Fuzor軟件，利用Fuzor軟件進行碰撞檢查分析。

（4）工程中地下室主要功能為設備房及地下車庫，一般情況對地下室凈高使用有很高的要求，為了滿足地下室設備用房及地下室對凈高使用要求，應保證地下室各機電系統布置走向合理美觀，BIM模型可以有效地針對地下室綜合管線進行深化設計并布置。

（5）結合機電三維模型的碰撞報告，結合各方的專業意見和建議逐一進行調整優化，縮短項目施工工期。

2.2 設備用房管線綜合布置應用

（1）根據圖紙進行設備清理各設備用房的設備及管線等部件，根據確定的設備型號按照設計或設備廠商提供的基礎數據對設備基礎進行參數化模型建立。

（2）建立完所有設備基礎后進行優化布置，進行碰撞檢測，通過對每個設備用房進行綜合分析，制定了深化設計方案，完成模型的驗證（圖8）。

2.3 凈高分析

（1）無論是在地下室還是設備用房的模型優化，都需要對樓層空間凈高進行分析，不同功能區域規范對凈高要求不一樣，按規范的要求對現場設備用房模型進行凈高檢查，找出不符合凈高規范的位置提前反饋至業主方和設計單位。

（2）凈高分析是通過把設備用房模型優化后導入Fuzor軟件中，利用軟件測量工具中的凈距測量功能對安裝管道、風管、橋架、結構梁等進行凈高測量，通過測量數據來判斷和驗證模型優化后合理性（圖9）。

2.4 工程量統計

優化后用于指導施工的模型，其模型精度可以達到LOD400程度，通過高精度的模型提取工程量得到的數據和對本工程機電系統模型的建立，不僅可以優化專項方案，還可以根據模型，統計出給排水管道、橋架、風管等用量，自動生成統計表，導出為Excel格式精確的材料用量便于實際應用，可大大提高工作效率。

2.5 4D模擬施工

利用Fuzor軟件的施工4D模擬技術，導入設備用房的進度計劃表，把設備用房的模型與施工進度計劃表在軟件中進行關聯，通過4D模擬直觀表現施工進度計劃與模型之間的變化，在真正施工前對三維的設備用房模型進行實時的可視化漫游和體驗，模擬真實性讓項目各方了解成本、工期與環境影響，有助于改進規劃，盡早發現風險，減少潛在浪費。

3 鋼結構施工BIM應用

對鋼結構屋架建立精細化BIM模型，并進行深化設計，模擬裝配施工，對施工重點及難點進行分析，然后優化施工工藝，對施工人員進行三維技術交底。

3.1 建立鋼屋架BIM模型

將傳統的二維圖紙變為三維實體模型，更直觀地反映鋼結構屋架造型，并且在建模過程及時發現多處鋼構件節點的碰撞點，鋼結構模型包含了整個鋼結構的節點、構件、材料等信息（圖10）。

3.2 利用BIM技術對鋼結構進行深化設計

傳統設計施工圖紙只能二維展現結構關系，缺乏直觀的三維空間關系，針對平立面不規則的結構很容易出現構件交叉碰撞的情況，需進行構件大小或者構件標高的修改調整，影響施工進度且易造成現場返工等問題。因此，根據BIM模型檢查設計施工圖紙中的不合理位置，并撰寫圖紙問題確認報告，交由設計人員核實修正。

3.3 屋頂鋼結構安裝工藝模擬

運用BIM技術，針對高空吊裝難度大，施工危險性較高，為保證鋼結構吊裝施工正常進行，需要科學安排其施工技術及其流程步驟，有效防止安全質量事故的出現。在吊裝前期做了詳細的施工模擬動畫，對施工重點及難點進行分析，更直觀對操作人員進行三維技術交底，不斷優化施工工藝，保證裝配施工安全性、高效性（圖11）。

3.4 工程量統計

利用BIM技術對鋼結構進行三維實體建模以及后期的詳圖深化設計，基本等同于實際建筑的建造，鋼結構BIM模型包含了整個工程的節點、構件、材料等信息可以直接導出用鋼量、節點用螺栓數等材料清單。

4 幕墻和裝飾裝修施工BIM應用

（1）運用BIM技術，將2D施工平面圖轉化為3D建筑裝飾裝修信息模型，視覺上更直觀呈現立體效果，能細化局部的施工工藝，明確各構件所選用的材料（圖12）。

（2）在幕墻和裝飾裝修施工過程中，各裝飾裝修構件與結構、設備沖突碰撞是經常遇到的棘手問題。在建模過程中，應用“碰撞檢查”，及時發現重疊或相互沖突的圖元，并生成碰撞報告，在施工前及時協調各專業圖紙，避免返工。

（3）運用BIM技術，將現場實際的尺寸復核到三維模型中，對墻地磚、石材及鋁板出排版施工定位圖和精準排版圖，工廠可直接按照圖紙進行加工，到達施工現場后按照圖紙編號進行施工，不需要進行二次加工和出現返工。

5 管理BIM應用

BIM數字管理平臺，通過建立工程BIM模型，將模型導入施工項目管理平臺，利用三端一云（PC端、手機端、網頁端和關聯云）與BIM模型相關聯進行項目進度、質量、安全等管理；利用BIM高效信息協同特點，打破原有公司各部門之間、企業與項目之間的信息壁壘，提高生產、質量、安全相關信息的提取和共享效率，實現公司、項目生產、質量、安全管理的信息化。

6 結束語

將BIM技術結合項目實際使用需求進行探索研究，實現土建施工BIM應用、機電施工BIM應用、鋼結構施工BIM應用為主的BIM技術綜合應用。BIM技術應用管理，解決了超高層城市綜合體施工中的技術難點，有效減少了圖紙問題造成的返工，工程質量、工期得到了有力保障，為BIM技術在大型工程施工中的應用提供了技術參考。

參考文獻

［1］ 王鑫.建筑信息模型（BIM）建模技術析［M］. 北京，中國建筑工業出版社， 2019，136-142.

［2］ 建筑信息模型施工應用標準： GB/T51235-2017［S］. 北京： 中國建筑工業出版社出版，2018.

［3］ 建筑信息模型應用統一標準： GB/T51212-2016［S］. 北京： 中國建筑工業出版社出版，2017.