基于BIM 技术的智慧建筑在超高层施工中的应用

李冉，赵元鹏

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

近几年，随着科学进步与技术发展，智能化技术在超高层建筑中应用的越来越多，智慧建筑要考虑如何与环境相得益彰，以集成、动态与功能性的方式，提高人民生活质量[1]。论文以俊豪ICFC橡木为例，阐述了在施工过程中，发展以雨水收集、塔吊喷淋、雾炮车控制扬尘、远程视频监控技术等创新技术做法，同时运用BIM 技术，达到节能、节地、节水、节材与环境保护的目的。

2 科技创新技术做法

2.1 雨水收集技术

项目利用收集装置、过滤池、加压装置组成的雨水、降水收集系统，可以收集雨水、降水用于工地降尘、道路冲洗、植被补水等。收集不同汇水面的雨水、地下水，通过三级沉淀，将这些非传统水源加以利用，减少传统水源的利用，可以满足现场基础、主体、装饰阶段的部分临水需求，从而减少现场水费支出，达到降本增效、绿色施工的目的。图1 为雨水收集系统图[2]。

2.2 塔吊喷淋系统、雾炮车控制扬尘技术

喷淋系统工作原理是高压水泵对管道进行加压，使喷淋头喷出水雾。塔吊喷淋系统则是将喷淋头2.5m 一道均匀布置在塔吊大臂上，可将喷淋系统的范围最大化。大型雾炮车，例如CLW-100 型，采用风炮配合液压泵，可大范围喷射细小水雾，最远达125m，最高75m，分解淡化雾霾空气中污染颗粒物。清洁净化空气，控制扬尘。在俊豪项目，则是将喷淋装置布置在3#塔吊上，整个喷淋范围覆盖3 区、1 区～2 区施工区域，如图2 所示。在项目进行土石方施工时，在西侧运用炮雾车控制扬尘，如图3 所示。

图1 雨水收集系统图

图2 塔吊喷淋装置

图3 雾炮车控制扬尘

2.3 远程视频监控技术

通过互联网技术配合摄像机、路由器、交换机等对现场进行单点对单点、单点对多点、多点对多点的远程视频监控、摄影、紧急情况时的报警处理。管理人员可对现场施工情况、尤其是对重大危险源项目（如动臂塔吊安拆、深基坑支护、高支模），人员出入情况随时进行监测，有效应对现场突发的安全、质量问题[3]。企业管理层在办公区也可通过远程视频监控系统掌握现场施工情况，责令项目整改施工管理不到位的地方。实现管理人员、项目、企业的多级管理（见图4）。

2.4 智能门禁系统技术

制作门禁卡，将持卡人的所有信息录入卡片， 并将读卡机与电脑相连接，当持卡人刷卡进入工地时在电脑显示屏上显示该持卡人的所有信息并进行记录。通过门禁系统，记录进出工地的人员，可以通过电脑进行统计，各劳务作业人员的人数，实时掌握施工现场劳动力配置情况，并且可以防止外来人员随意进出。

2.5 环境监测系统应用技术

俊豪ICFC 项目在施工区域设置环境监测系统，如图5 所示。该系统硬件组成：数据采集主机、噪音传感器、扬尘监测仪、数据传送模块、高清摄像头、LED 户外显示屏，太阳能电池板、蓄电池等；软件组成：采用无线通讯模式，含手机版和电脑版两种版本的监控终端。利用风速、风向传感器、大气温度、湿度传感器、β 射线技术监测施工现场扬尘、风力、温度、湿度、噪声、雨量的情况。当PM2.5 检测超标时，管理人员即可开启喷淋设备洒水降尘。

图4 远程视频监控

图5 环境监测仪

2.6 塔吊防碰撞系统应用技术

塔吊防碰撞系统，即塔臂安装探测装置，配合控制室报警装置，连接到云平台。可有效减少群塔作业中高空吊运事故发生概率，同时利用云平台采集数据可对塔吊使用情况及效率分析。当两台塔吊吊臂运行到预警范围时，报警装置会发出声光报警提醒司机。云平台可实时记录各塔吊每次吊重，对违规操作进行统计，项目管理部门可根据统计数据对现场塔吊运行情况进行分析。俊豪项目对3#、4#塔吊进行防碰撞监测（见图6）。

2.7 多方协同信息化技术

图6 塔吊防碰撞系统

俊豪ICFC 项目通过互联网数据网络建立起与公司协同管理平台(OA 平台)的联系，通过OA 平台及时了解公司的新动态、新政策、新要求，提高信息交互率。例如，通过混凝土浇筑系统实时监测项目混凝土浇筑情况等。

2.8 现场测量数据二维码识别系统

将主体结构实测实量记录数据制成二维码，张贴于现场具体部位。手机扫描后，该部位“截面尺寸、实测尺寸、垂直度、平整度”等信息便一目了然。再对数据进行对比分析，便知现场施工是否严格按照图纸、方案施工。实测数据偏差过大时，可有针对性的改进现场施工过程，加强管理的有效性、规范性。

3 BIM 应用技术

3.1 BIM 建模应用

通过BIM 技术对建筑、结构、机电等专业进行三维建模，并进行模型整合，通过BIM 技术的可视化、参数化、智能化特性，对施工过程进行预模拟，检测建筑和结构与机电之间的碰撞及设计不合理的地方，结合施工图纸，对结构、管线进行优化[4]。从而提前进行结构调整。Revit 对基础进行建模实例如图7所示。

图7 BIM 建模实例

3.2 利用BIM 技术地墙瓷砖排布

利用BIM 技术对瓷砖的排布进行优化，满足现场施工，提前工厂预制排产，缩短施工周期， 减少材料浪费，节约成本。创建BIM 装饰模型，对地砖和墙砖以1:1 的比例建模，对瓷砖排布、材料用量进行优化分析，制定瓷砖生产明细表，排版，绘制CAD 施工图。

3.3 基于BIM 技术的非实体计算

通过Revit 软件对建筑进行建模， 然后导出各构件明细表，结合模板方案，利用数学建模形成的Excel 计算表格对应BIM 信息量， 能极快的算出非实体用量。

利用Round 函数、If 函数、Sum 函数创建计算板、墙、柱、梁等用量的公式。在Excel 整合，导入revit 中。分层分段地计算出已知构件信息量，且能够极快算出模板面积、扣件个数、不同型号对拉螺栓根数、钢管米数、背楞米数等。提高计算非实体用量结果的速度、精度。

3.4 基于BIM 技术的机电安装、钢结构节点深化与优化

与传统二维管线综合排布相比，机电安装BIM 技术以3D 建模为基础，综合各专业设计图并整合各机电设备系统进行设计查错优化，自动检查各专业管道的碰撞问题，并出具碰撞报告，以便修正设计图纸（见图8）。最大限度合理协调了各安装专业、机电安装与土建、结构、装修之间的问题，满足建设单位等相关方的各项要求，缩短工期，增加了安装工程的经济效益和社会效益等方面的利益。

图8 钢结构节点深化图

3.5 基于BIM 的砌筑精细化管理

充分利用BIM 模型的各种项目的相关信息，提高建筑信息的传递，BIM 综合管线优化完成后，在此基础上进行砌筑工程深化设计，利用BIM 软件对二次结构精细化排布，精细到现场的每一面墙和每一匹砖，绘制砌体排版图，计算每层所用砌筑材料用量，下达标准层砌体成本指标[5]。对于开洞定位，砌筑排布、材料用量统计，工程量统计，都严格地数据化。最终出图，指导现场施工。

3.6 BIM 技术辅助场地动态布置

BIM 技术可精确体现场地与施工空间冲突之处，进一步完善平面布置工作。利用BIM 技术辅助场地的动态布置，建立标准化和定型化的临建、临边防护及施工机械设备族库，可有效减少后期场地变更，节约成本。利用BIM 中设施设备的族资源，充分考虑施工场地、设备占地面积及高度，加快布置场地的时间。

4 结语

运用BIM 应用技术，配合科技创新技术应用在施工过程中实现绿色施工。通过科学管理和完善技术措施，从而减少对环境的负面影响，达到节水、节能、节材、节地和保护环境的目的，最终能够实现绿色、宜居、智能的智慧建筑。这是个充满挑战的时代，亦是一个充满机遇的时代，只有绿色、智能的建造过程才能够支撑整个智慧建筑群体。智慧建造，是建筑行业和建筑企业的新挑战，只有通过新一代科学管理技术和信息应用技术，才能有效的提高对建筑的感知力，才能更好地促进城市的和谐绿色智慧发展。