基于BIM的超高層復雜鋼結構施工技術研究與分析

鄧堅 李程林 陳達

(1 深圳深港科技創新合作區發展有限公司；2 中建八局第一建設有限公司）

隨著城市化進程不斷推進，高層建筑的建設越來越多，尤其是超高層建筑的興建已成為現代城市建設的重要標志之一。然而，復雜的鋼結構施工對施工工藝和技術水平提出了更高要求，也增加了更多的施工風險和挑戰。此外，在如何提高施工效率、確保施工質量和安全方面，超高層建筑領域還存在亟待解決的問題。建筑信息模型（BIM）技術是一種數字化建筑設計和管理工具，它能夠幫助建筑數字化管理全過程，并實現數據共享、協同設計和施工管理等功能。在超高層建筑領域，BIM技術已經得到廣泛應用并取得很好的成果。

本文將重點研究BIM 技術在超高層復雜鋼結構施工中的應用，通過對施工過程的建模和仿真，分析施工難點和安全問題，并提出相應的控制措施，以期提高施工效率，確保施工質量和安全。

1 超高層復雜鋼結構施工中的重難點分析

⑴鋼結構節點復雜，不便于施工。

超高層建筑的高度較大，因此節點所受荷載也會較大，需要更加復雜的節點設計來保證結構的穩定性和安全性。節點所處位置的復雜性也會導致超高層節點設計的復雜性增加，如會受到側向荷載、地震荷載等多種不同方向的荷載，需要根據實際情況進行設計。同時，超高層建筑節點需要滿足多種要求，如抗震、防風、防火等，需要考慮多種因素的影響，因此節點設計和制作更為復雜，難度較大，容易出現工程質量問題，需要更高水平的技術、工藝和更多的人力、物力資源，增加了工程成本和時間。此外，超高層建筑的節點所處的位置往往較高，需要采用復雜的施工工藝和設備及更高的技術水平和施工經驗，不僅增加了施工難度，而且也存在安全隱患。針對這些問題，需要采取更加科學的施工方案和技術控制措施，以確保施工的質量、進度和安全性。

⑵節點精度要求高，安裝難度大。

由于超高層建筑的高度和重量都非常大，節點部位需要承受巨大的荷載。因此，節點的幾何尺寸和形狀必須準確無誤，以確保結構的穩定性和安全性。其次，節點部位還需要與其它構件精確配合，以確保整個結構的剛度和強度，避免出現偏差或失穩的情況。而由于超高層鋼結構節點的精度要求，導致超高層鋼結構節點的安裝難度也非常大，安裝過程需要進行多次測量和調整，以確保精度和配合度的準確性。這要求施工人員具備高超的技能和經驗，以確保安裝的準確性和安全性。

⑶多專業交叉施工，安全風險高。

超高層鋼結構由于其復雜性，及其超高層鋼結構的高度和形狀，施工中需要結合各種工程技術，如高空作業、吊裝、腳手架、腳手架搭設、拼裝等。這些工作需要多個專業之間的緊密協作，因此超高層鋼結構施工中涉及到的專業較多，如建筑、結構、機電、電氣、給排水等。而這些專業之間的協作需要在設計、施工等各個階段中進行溝通，協調各方面的工作。多專業交叉施工需要不同的施工團隊同時在同一區域內進行作業，這就要求團隊之間必須具備良好的協作和溝通能力，避免相互干擾和沖突。否則，就會導致施工過程中的混亂和錯誤，進而增加安全風險。其次，多專業交叉施工意味著現場的作業空間變得更加狹窄，這也增加了意外發生的可能性。不同施工團隊在現場作業時，可能會出現工人人數過多、材料和設備存放不當、操作方式不當等問題，導致安全隱患增加。

2 BIM 技術在超高層復雜鋼結構施工中的應用

2.1 基于BIM的復雜節點深化技術

超高層復雜節點深化技術是通過對超高層鋼結構節點進行全面深化設計和模擬，以實現結構的高效施工。該技術將鋼結構設計、模擬和施工各個階段的信息集成到一個共享的BIM 模型中，實現了設計與施工的無縫銜接，確保施工方案的可行性，并降低了建筑的總體風險。

基于BIM 的復雜節點深化技術中，設計人員可以在建立的BIM 模型中對節點進行分析，確定節點的力學特性以及節點間的協調性。隨后，通過BIM 軟件中的參數化設計功能，對節點的細節進行優化設計，例如調整節點的尺寸、構件連接方式和構件材料等，以滿足節點的設計要求。在進行節點深化設計時，BIM 技術還可以實現多專業協同。通過將結構、機電、管道等專業的模型進行整合，設計人員可以在一個模型中完成各專業之間的協調設計，避免各專業之間的沖突和重復設計，從而提高設計效率和準確性。此外，BIM 技術還可以實現節點模型的可視化展示，以便設計人員進行模型評審和溝通。同時，BIM 模型可以與其它模擬軟件進行集成，例如風荷載模擬、地震模擬等，從而進一步驗證節點設計的可行性。

BIM 技術的應用可以將復雜節點的設計過程直觀化、可視化，使得設計者和施工方在協作過程中能夠更好地溝通，更快地發現和解決問題。通過BIM 模型，設計者和施工方可以在虛擬環境中對節點進行分析和優化，找到合適的解決方案。在施工現場，施工人員可以通過BIM模型進行3D定位和數據交流，實現精確的節點定位和構件拼裝，避免人為因素和施工錯誤的影響。此外，BIM 技術的應用還可以降低建筑項目的成本和風險。由于節點深化設計的精準性和準確性，可以大大降低施工中出現錯誤的風險，減少材料浪費和重復施工。此外，BIM 技術還可以在施工前通過虛擬建模和仿真，預先發現和解決潛在的問題，降低工程變更和延誤的成本，實現工程的精準管理和控制。

2.2 基于BIM的復雜鋼結構碰撞分析

BIM 技術可以有效地進行超高層鋼結構與其它結構的碰撞分析，以減少施工中的安全隱患和優化工程進度。具體來說，BIM 技術可以將不同專業的設計數據集成到同一個三維模型中，通過模型的協同作用，實現不同構件之間的實時碰撞檢測。在模型中，可以根據不同的視角和時間點進行模擬，以便更好地觀察碰撞問題的發生情況。在實際應用中，BIM 技術可以對超高層鋼結構的構件進行幾何建模，并將建模數據與其它建筑元素進行整合，包括建筑物外圍輪廓、電梯、管道、機械設備等。這樣可以在設計和施工過程中，實現各個專業之間的信息交互和協同，保證構件之間的相互匹配和正確安裝，從而減少碰撞和錯誤。

基于BIM 技術的超高層鋼結構碰撞分析技術主要是為了避免在施工過程中出現各種碰撞和沖突問題。在超高層鋼結構的施工中，鋼結構構件密集，且各種管線、設備等專業的布置也很復雜，不同專業之間需要進行密切的協調配合，否則就會出現各種碰撞問題。在傳統的施工模式中，通常需要在施工現場進行人工檢查和調整，但是由于超高層鋼結構的特殊性，人工檢查和調整的難度很大，而且也很容易出現漏檢和誤檢等問題，因此需要采用一種高效、精準的碰撞分析技術來解決這一問題。

2.3 基于BIM的復雜鋼結構安裝技術

BIM 技術可以幫助設計師對超高層鋼結構進行數字化建模，使得設計、施工、監理、質量檢測等各個環節都能夠精準、高效地進行。首先，在超高層鋼結構安裝前，BIM 技術可以進行數字化預裝、模擬施工等，有效地規避安全風險和減少材料的浪費。其次，BIM 技術可以對鋼結構構件的準確位置、尺寸、數量等信息進行管理和監控，實現精準的施工進度控制和資源協調，可以幫助施工人員在工程現場進行實時監測和信息更新，進一步提高施工的準確性和安全性。

基于BIM 技術的超高層鋼結構安裝技術以對施工現場進行數字化建模和規劃，提高施工的精確度和安全性。其次，BIM 技術可以實現數據的共享和交互，促進多專業間的協作和交流，有效避免施工過程中的錯誤和矛盾。此外，BIM 技術可以實現信息的實時更新和監控，提高施工進度的準確性和可控性。最后，BIM 技術可以在安裝過程中進行碰撞檢測和預裝，提高鋼結構構件的準確安裝率，節約材料和成本。

2.4 基于BIM的復雜鋼結構智能驗收技術

超高層復雜鋼結構在建造過程中，由于節點多、形狀復雜、鋼材規格大等因素，傳統的驗收方法存在許多缺陷，如周期長、難以實現精度控制、數據不夠全面等。針對這些問題，基于BIM 技術的超高層復雜鋼結構智能驗收技術應運而生，該技術利用數字化技術提高驗收效率和精度，進一步提高超高層鋼結構建筑的質量與安全。

基于BIM 技術的超高層復雜鋼結構智能驗收技術主要包括三個方面：數據采集、數據分析、數據可視化展示。數據采集包括利用激光掃描、三維掃描儀、無人機等設備采集實際建筑物的數據，包括建筑物外部、內部結構和設備等方面的數據。數據分析則是通過數學和統計學方法對數據進行分類、篩選、比對等分析，從而判斷超高層復雜鋼結構的質量和安全性，如鋼材的幾何尺寸是否符合標準、節點的連接是否牢固等。數據可視化展示則是將數據以圖形、表格等形式呈現，方便工程師、建筑師等人員對數據進行快速分析和理解。

與傳統的驗收方法相比，基于BIM 技術的超高層復雜鋼結構智能驗收技術通過數字化技術采集數據，不僅大大提高了驗收效率，而且能夠實現對數據的精確控制，有效降低了數據的誤差。其次，利用數據分析方法，能夠更全面地評估超高層復雜鋼結構的質量和安全性，檢測潛在的缺陷，提高了驗收的準確性和全面性。最后，數據可視化展示，使數據更加直觀化和易于理解，提高了驗收人員對數據的感知和分析能力。

3 結論

本文研究了基于BIM 技術的超高層復雜鋼結構施工技術。通過對超高層復雜鋼結構施工過程中的難點和風險進行分析，提出了基于BIM 技術的多項解決方案。

首先，針對超高層鋼結構復雜節點精度要求高、安裝難度大的問題，本文提出了基于BIM 技術的復雜節點深化技術，通過數字化建模和多學科協同，實現復雜節點設計的優化和精細化。其次，針對超高層鋼結構多專業交叉施工安全風險大的問題，本文提出了基于BIM 技術的碰撞分析技術，通過對各專業模型進行數字化模擬，有效預測和消除碰撞風險。此外，本文還提出了基于BIM 技術的安裝技術和智能驗收技術，通過數字化建模、全程跟蹤和數據分析等手段，實現施工全過程的優化和智能化。實踐證明，采用基于BIM 技術的超高層復雜鋼結構施工技術，可以提高施工效率，減少誤差，降低安全風險，提高工程質量，節約資源，為超高層鋼結構施工提供了新的思路和方法。