BIM技术在超高层建筑的研究及应用

周仁战，金 园，张 尧，姜 丽

蚌埠学院土木与水利工程学院，安徽蚌埠,233030

世界上的大多数国家都采用信息化手段管理和改善建筑行业的生产经营[1]。由于科技的飞速发展，建筑行业和现代信息技术已经获得了广泛的融合，因此诞生了著名的管理系统即建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，它是解决建筑业行业内部的项目管理绩效提升和新技术推广的重要手段[2]。随着时代的发展，越来越多的建筑企业开始在管理上采用建筑信息模型[3],它凭借着特有的可模拟性、可视性、便于协调等优点已经被广泛地应用到基础设施的建设中[4]，越来越多的工程因应用 BIM 技术而受益[5-7]。虽然我们国家的BIM技术相对国外较迟，2003年才开始引入BIM技术的概念，但是许多学者[8-14]对BIM技术在建筑工程、市政工程、水利工程及公路工程进行了深入的研究和应用，取得了一系列的成果。住建部采取各种措施推广应用BIM技术，各省市纷纷出台相关政策来推广BIM技术的应用，为了指导建筑工程的设计、施工、运行和维护的全过程，安徽省编制了适合自身实际情况的建筑信息模型技术应用指南。

1 工程概况

安徽省淮南市惠利中环国际1号地块总建筑面积近18万m2，位于朝阳西路与广场中路交汇处，包括1#-4#住宅楼、5#高层公寓楼(高度158 m)由整体3层地下室及4层商业裙楼组成。根据《民用建筑设计通则》GB50352-2005规定：无论何种建筑，只要建筑总高度超过100 m即为超高层建筑，5#公寓楼即属于此种建筑。

2 模型的建立

依据建筑物立面测量原理,仵振东等[15]研究了全站仪结合GPS-RTK 在建筑物立平面一体化测量的方法。相对于建筑物立平面一体化测量，建筑场地使建筑模型不再是孤立的存在，而是处于一种特定的环境场景中，也使后期出图效果更加真实、生动[16]。由于施工现场作业工作范围较大，各工作区域之间存在的天然的和人为的作业高差，施工环境较复杂。因此，建筑企业在施工前可以通过建筑信息模型技术进一步做好施工现场的平面布置及安全防护工作。

2.1 软硬件的要求

表1 软硬件的要求

2.2 根据CAD图纸直接建立模型

首先，将CAD软件里的图纸导入到Revit软件中，之后依据相关的建筑规范软件建立有规则的、可视化的、可监测的和利于查询的三维立体模型。

2.3 构件扣减原则

鉴于Autodesk Revit软件(简称Revit)是采用默认的方法，通过扣减各构件交汇处的工程量进行工程总量计算，不符合我国建筑工程量计价清单的相关标准和要求，因此，在利用此软件计算实际的工程量时，可以采用建筑信息模型技术准确计算出交汇处的工程量，对软件计算出的工程量进行修正，进而计算出工程的实际工程量。

2.4 结构与建筑

通过修正建筑与结构之间标准高度、水平和垂直尺寸、所处位置、空间的差异，进而优化建筑模型与结构模型，结合现场施工工艺工法，施工难度与精度控制的难易程度，与设计沟通进行设计方案优化，提高图纸从设计到施工过程中的转化效率，保证结构各性能基础上降低施工难度，采用合理手段提高施工精度，减少现场拆改及浪费。

通过Revit软件得到工程的模型信息以及总进度计划信息，分别将这两类信息导进Navisworks软件，经过运算和进度模拟，利用施工现场的实际进度进行修正，最后得出建设工程的三维进度模拟(如图1、图2)。

图1 结构模型和建筑模型 图2 三维进度模拟

2.5 水电管线模型及碰撞

由于二维平面很难模拟出建筑工程建设中的实际碰撞问题，考虑到二维平面模拟不出的碰撞问题会导致实际施工的延误甚至返工。因此，工程建设前应依据建筑的结构模型和机电模型通过三维进度模拟的方法，进一步发现建筑工程实际施工中的可能存在的碰撞问题，制定相应的施工措施在施工前进行预防与解决。本工程按照此方法共检测出34处碰撞问题，有效地避免了工程施工中未知问题的出现，减少了返工和返修问题的发生。

3 工程量对比及工程资料录入

3.1 工程量对比(关联达与Revit)

采用广联达软件和Re vit软件同时计算工程量的办法，通过比较两个软件中关于预算量、导出量和实际量之间的关系，进一步分析，具体数据如表2。

表2 5#楼混凝土三量对比(预算量、revit导出量、实际用量)

由图3可知，两个软件的计算结果混凝土总用量较为相近，广联达算量大于Revit算量，Revit算量更加接近实际用量，于是针对上述问题展开了研究：

(1)广联达和Revit的砼总量接近，但是相比广联达软件的计算结果，Revit软件中计算出的梁板所用混凝土的量明显较低，主要是因为Revit软件在计算的过程中充分考虑了梁、板交接处的构造情况，对此处所用混凝土的量进行了适当的校核；

(2)相对于广联达软件，Revit软件计算出的混凝土用量和实际施工过程中的混凝土用量比较接近，这说明这款软件建模的精细化程度最接近于实际施工情况，可以考虑采用此软件建模对实际施工进行指导；

(3)由于关联达软件建模计算过程中无法自动检测构造的实际冲突问题，因此，用这个软件建模计算出的混凝土用量要大于实际施工过程中的混凝土用量，这是这款软件的劣势。

广联达软件和Revit软件均是建筑信息类模型，具有建筑信息类模型可视化、精算点的优势；Revit可以对材质进行设置，能实现建筑材料的渲染，可以做出精美的模型外观，还能提供动画、漫游、模拟施工、碰撞检查等文本文件，所以主攻建筑模型方向。广联达能快速识别CAD图纸，建模速度快，可快速统计复杂、精细的工程量(如钢筋、脚手架等)所以主要用于工程算量。

3.2 工程资料录入

为了方便信息查询，提高工程建设的准确性和及时性，工程建设过程中要随时收集相关的施工资料，并及时将收集到的资料输入到建筑信息模型中，确保建筑信息模型中的资料与实际的工程建设信息同步。如果遇到图纸变更等情况，应及时将变更后的图纸信息录入到Navisworks软件中，确保建筑信息模型中信息的同步变更。这种同步收集资料的方法也使得竣工资料的收集变得更加容易。

4 BIM技术的效益分析应用取得主要效益

依据于三维模型统计材料清单，设备器材表、物料清单等，建模完成后，就可以进行相应材料用量的统计；建筑信息模型技术主要通过多专业互融的校核方式，全过程三算对比，在三维以及动画模式下的方案优化，控制返工和材料浪费，与同类别的项目测算对比，本项目采用BIM施工技术避免了因各项返工带来的经济损失，占工程总造价的5.8%左右，较传统施工缩短了9%的合同工期，项目利润提高了26.8%左右；社会效益上，通过BIM技术的研究与应用，实现施工总承包项目精细化管理，使工程项目在工期、质量和安全上得到了保证。通过项目实践，BIM技术在施工总承包项目的应用中积累了经验，增强了企业自身发展的实力，也有利于BIM技术在行业内推广。

建筑信息模型技术主要对施工进行模拟，通过冲突检测及校核，进而实现材料的精准计算；通过建立三维模型仿真模拟实际的施工过程，进而精准的进行项目平面布置，实现土地的高效、集约化利用；优化管线综合平衡，实现节能。

5 结 论

建筑行业作为我国重要的经济性支柱产业，如何利用建筑信息模型技术帮助施工企业进行高效合理的建设和管理，是所有建筑施工企业面临的重要课题。利用BIM技术需要注意事项： 前期必须做好信息成果收集，对各文件采用统一的编号命名格式，避免前后混淆无法区分而造成文件损失。建筑信息模型技术可以有效地支持建设工程的设计、施工及营运全过程，但是由于目前我国设计、施工和运营分属不同企业的管辖范围，企业之间又不能够及时有效地进行沟通、交流，导致建筑信息模型技术的使用及发展受到了一定的限制。