BIM技术在超高层建筑工程中的高效应用

王双元

（鸣森项目管理咨询有限公司，甘肃 武威 730010）

0 引言

随着社会不断发展，推动了现代化城市建设步伐。在城市土地资源越来越紧张的背景下，新建工程基本都是高层、超高层建筑，从而缓解城市土地资源紧张问题，满足人们的居住需求。在新建工程设计、建设中，BIM技术的应用愈加广泛，工作人员借助BIM技术优势，对超高层建筑工程项目进行优化设计，可以有效提高工程建设效率、质量。传统建筑工程图纸设计都是采用CAD的二维图，无论是正面图、俯视图，都无法呈现出内部细节，在落实到施工环节中可能会出现漏洞，而三维模型不同，可以从各个角度观察工程结构细节，更好地展开工程设计和施工工作。

1 BIM技术相关阐述

BIM技术的中文名为“建筑信息模型”，是建筑学、工程学、土木工程的新工具［1］。BIM技术可以构建建筑的三维图，通过电脑展开辅助设计。BIM技术一经推出就得到了业界广泛认可，有助于建筑信息集成，不仅可以辅助建筑设计，同时也可以辅助施工、管理决策，贯穿于建筑生命周期的始终，将建筑各项信息融合到三维模型信息数据中，各个单位可以借助BIM平台协同工作，从而提高施工效率、降低施工成本。

BIM并不是指某一个建筑模型软件，而是一种软件种类，因此BIM相关软件数量有很多。常见的BIM软件包括Autodesk的Revit建筑、结构和设备软件，该软件在民用建筑中应用最为广泛；Bentley建筑、结构系列软件，在基础设施、工业设计中应用十分广泛；Ar⁃chiCAD是一种全球化的BIM产品，也是后续BIM软件开发与发展的核心建模软件。

2 工程概况

某超高层建筑东、西、北临路，南侧为规划绿地。建筑为地下7层、地上108层的超大、超高型建筑工程，总面积为43.7万m2，地上面积为35万m2，地下面积为8.7万m2，建筑总高度为528 m，基础深埋为37.3 m［2］。该工程是集甲级写字楼、高端商业、观光等功能为一体的多功能建筑，具体如图1所示。该工程整体结构采用了巨型框架、型钢混凝土核心筒结构、转换桁架、巨型斜撑、重力柱组成，计算用钢量为12万t，结构概况见图2。

3 超高型工程建设的难点与重点

3.1 时间紧、任务重

图1 超高型建筑工程建设区域概况

图2 工程整体结构概况

结合工程概况来看，本工程的工程量相当大，并且施工难度高，需要投入大量的人、财、物。作为一种国内少有的特大型工程，必须要保证施工质量和施工安全。工程钢结构体量大、内部构造复杂、安装难度高，合同工期要求3年（36个月）封顶，平均1周时间建设完一层，技术难度很大。由于工程方案的复杂性，设计单位设计变更频繁，图纸量多。在时间层面上还会直接影响到施工质量和安全，所以要提出更加合理的施工方案，需要有一个更具统筹能力的管理机制和施工理念。所以，对于该工程来说，如何在较短时间内，减少设计变更造成的成本增加、延长施工周期以及保证工程质量是重点和难点［3］。

3.2 平面组织、协调管理局限

结合图1可知，工程主要是建设在Z15地块上，还要考虑施工维护、设备占地等，所以施工空间非常狭小。在地下工程建设中，基坑北部道路相连步行街无法使用，因此构件、混凝土、钢材的进场安排非常困难，堆场规划与布置也是该项目应重点考虑的问题。

因此，如何通过全局性划分、管理，缕清整个施工体系的关系是需要着重关注的问题。而BIM技术的应用可以通过建筑模拟方法，结合施工平面组织情况，自定义协调管理方案，以供方案设计以及现场管理参考。

4 BIM技术在超高层建筑中的高效应用

为了保证设计质量、减少设计变更、保证施工质量、确保施工安全，本工程积极利用BIM三维建模技术，并贯穿到工程建设的始终。

4.1 构建钢结构模型

4.1.1 设计思路

BIM技术的出现，让建筑工程师不在局限在2D图纸设计与编制，借助BIM技术通过输入建筑信息数据，计算机即可自动生成带有各项参数的3D模型，实现可视化操作，借助三维模型指导工程设计以及现场施工管理。此外，CAD设计出的二维模型无法直接反映出工程框架结构的几何关系、交叉作业相互影响作用。而构建BIM模型，可以直接呈现出钢结构尺寸、位置、空间布局关系，并且可以配合土建、幕墙、机电等专业更加清晰地表达出关系模型，对模型形态和施工形态进行模拟，充分发挥BIM技术价值。

4.1.2 设计方案

由于本建筑工程的施工现场空间有限，考虑到堆场安排受限，因此进行了多次方案合理性论证，借助BIM技术平台构建3D钢结构模型，对各类施工路线进行明确划分，包括人行线、行车线、堆场划分、机械设备安置地规划。钢结构BIM模型如图3所示［4］。聘请专家对所设计的施工路线进行多次论证，明确了钢结构施工区域、设计标准，可以满足业主对工程的建设要求。

图3 钢结构BIM模型

4.1.3 深化设计

钢结构深化设计中，采用二维设计方案无法呈现出细节问题，既使发现问题也要进一步深度分析，多数都是现场出现问题后再提出技术解决方案，不仅会增加工程成本，还会延长施工周期。而在BIM技术地加持下，可以实现建设问题的预见，BIM平台连接大数据可以提出多项解决方案，将现有的工程模型合并，展开碰撞检查，及时发现设计的漏洞与缺陷，第一时间修改建筑模型，展开深度设计，确保钢结构设计的合理性。本工程借助BIM3D模型解决了诸多不可预见的碰撞问题，加强了交叉作业的协调性，降低了现场施工的失误率，提高了施工效率。防碰撞模型如图4所示［5］。

图4 BIM提出的防碰撞模型（右侧为优化模型）

4.1.4 钢结构四维施工模拟

工程进度安排方面，传统方法是利用横道图掌控现场施工进度情况，虽然该方法也可以直观呈现，但是无法清楚的表达各道工序之间的逻辑关系，也没有通过进度计划时间参数数据，难以规划关键路线和关键工作，工程计划调整的难度大，无法在大型进度规划中应用。

然而，利用BIM模型可以快速解决该问题。将建好的工程BIM模型导入到Navisworks当中，模拟关键施工工序，变更过程只需要直接移动模型相对应位置，或开启、关闭参数调整功能，即可呈现出工程建设的效果，插入时间维度呈现出项目施工动画，有助于工程的理解和沟通，呈现出安装细节。

4.2 BIM辅助施工

4.2.1 钢板墙施工流程

本项目工程钢板墙整体上划分为四个区域，四个钢板墙区域会相互产生影响，也就是每个区域钢板墙施工时都会对相邻钢板墙安装位置造成影响，所以必须要在吊装前确定施工流程。借助BIM模型以及工程建设实际状况，根据工程需求生成四维动画，直接表达出钢板墙的整体施工流程，从而更好地开展施工安装进度规划工作［6］。

4.2.2 辅助交底

过去，管理人员在施工技术交底、安装交底过程中，都是拿着施工图纸给施工人员讲解技术方案和施工重难点，在沟通过程中难免会曲解对方意图，造成施工失误。而借助BIM模型进行交底工作，可以直接呈现出建设成果的最终效果，以及重难点施工区域应建设成什么样，这样施工人员可以更好更快地领悟到交底意图，降低施工失误率，提高沟通效果。

4.2.3 统计焊缝

对于钢结构来说，与土建、幕墙等专业有很大区别，主要涵盖了焊接与安装，焊缝长度计算尤为复杂，采用二维图纸不仅需要大量材料、人力、时间，并且取得的效果非常小。而BIM平台可以直接在计算机上累计数据信息，对不同区域的厚板、薄板进行区分，尽快获取所需数据信息。

4.2.4 异形件验收

任何材料进场前都要做好质量验收工作，这也是保证工程建设质量的重要关口，构件尺寸、质量决定了构件焊接、安装质量。在过去构件进场前都是根据图纸进行测量，非常简单，但都是一些简易型构件。而本工程由于内部结构复杂，需要使用大量的异形构件，并且要多角度转换，所以在二维图纸上难以辅助构件质量检查［7］。利用BIM三维可视化模型的空间测量优势，自由选择可量取的位置，为承包商、监理人员验收提供了便利，确保异形构件检测精度，保证异形构件质量。

4.3 BIM组织架构

对于超高建筑施工来说，必须要有良好的工程管理组织架构作为支撑，从而满足BIM工作展开，进一步发挥BIM技术效用。结合本工程的施工标准和要求制定组织架构，如图5所示，该架构十分紧密，明确了每个项目的岗位全责，降低了工程建设成本、缩短了建设周期。整体上可分为深化设计、模型调整、进度与节点管理、信息维护四个方面，专派一人作为项目总负责人，总负责人负责对项目执行进行统筹规划，还需要一名协调负责人，对BIM相关工作进行协调，同时下达总负责人的任务［8］。

4.3.1 深化设计

利用工程BIM三维模型展开可视化分析，如果发现模型中的问题要及时与设计单位取得联系，对模型信息进行修改，减少不必要的设计变更。

4.3.2 模型调整

将已经深化设计完成的模型与专业模型对比分析，特别是在防碰撞方面，加强各个专业交叉作业的协调性，减少施工现场的相互影响。

4.3.3 进度与节点管理

根据项目工程的实际状况对关键节点、工艺展开施工模拟，加入时间维度，提前掌握施工进度情况，保证在实际施工建设中有条不紊地进行。

4.3.4 信息维护

作为后期的管理内容，在整个BIM模型中均可查询相关信息，竣工完成、验收时作为参考依据，也可以为工程后期运营提供信息支持，让业主投资得到最大化的收益。

图5 BIM组织架构

5 结束语

综上所述，对于超高建筑工程建设来说，合理应用BIM技术不仅可以提高工程架构设计质量，同时也可以辅助工程施工，起到良好的指导作用。同时，在三维模型基础上加入时间维度，可以模拟施工进程，让施工人员更好地掌握施工重难点，保证施工质量、安全、效率、成本，提高工程综合效益。本论述通过应用BIM技术通过构件工程框架结构，以供后续的辅助施工、组织架构，按照模型定义方案完成工程建设工作，保证时间、质量、成本、安全，提高工程整体效益。