基于BIM的可视化技术在超高层建筑结构设计中的应用

袁旭晨

（常州现代传媒中心管理有限公司 江苏 常州 213000）

0 引言

超高层建筑提高了土地使用效率，满足城市发展建设需求，因此近些年超高层建筑越来越多，属于较为普遍的建筑工程项目。此类建筑结构设计十分复杂，对各个环节的精细化程度要求有所提高，因此需要借助BIM的可视化技术应用，提高建筑水平和质量。以往大多采用平面二维图纸设计，其相比较于BIM三维可视化技术，存在诸多不足。BIM可视化技术，让超高层建筑结构设计朝着三维的方向发展，对调整、优化建筑方案有着关键性作用。

1 概念阐述和技术分析

1.1 BIM技术概述

BIM技术即建筑信息模型，它是一种在信息技术高度发展与完善时期所研发出的3D数字化技术，在建筑施工的整个流程和周期中都能够发挥较为明显的作用。它能够将工程设计中的各项数据以直观的方式来进行呈现，有助于建筑工程的设计管理。在传统的建筑图纸设计过程中，一旦发现某一设计环节与实际工程建设存在不相符的状况，唯有推翻最初设计的图纸进行重新修改，才能使得设计工作得以持续进行。但在BIM技术使用过程中，这种大动干戈的修改方式得到了进一步的革新。技术人员只需进行参数的调整，便能够通过BIM技术进行细小环节的修缮和调节。相比较传统的设计图纸返修方式而言，这种修改模拟参数值的方式显然更为方便快捷。

1.2 基于BIM的可视化技术分析

BIM技术的运用打破了三维限制，作为数字化技术，能够有效收集建筑工程信息，模拟整个施工流程，为后续工程提供充分保障[1]。BIM的可视化技术，结合了现代计算机图像处理技术，可以把数据文字转换成图像，同时基于可视化屏幕上展开交互，建筑工程主要应用数字虚拟图像技术，以此来模拟真实的工程效果，模拟施工现场等，摆脱传统二维图纸，让建筑物未来的真实场景直观、具体地呈现。

2 BIM技术在超高层建筑结构设计中应用的意义

超高层建筑在结构设计上相对特殊，由于面积大、楼层高，并且在功能上十分复杂，所以存在着安全、空间规划以及能耗等多种问题，对结构设计要求极高，如果在设计上存在问题，很容易造成不必要的浪费。运用BIM可视化技术，有利于全方位思考、分析，充分提高建筑设计效率和质量。BIM属于现代信息化技术，可以应用在整个建筑施工流程，借助三维模型的构建，大大减少施工过程中的各类设计问题，为建筑质量提供有效保障[2]。其次，三维模型有利于建筑设计优化，通过真实反映出建筑物，让设计人员能够更加精细化观察，针对结构设计不断完善。从多个方面看，BIM技术在超高层建筑结构设计中，都能发挥出重要作用，尤其在传统平面设计无法满足建筑发展需求的情况下，更要充分利用BIM技术。通过立足于三维模型，对高层建筑结构设计展开深入探索，同时加强施工过程动态监控，及时完善建筑设计方案，从而增强建筑设计精准度[3]。

3 BIM技术在超高层建筑结构设计中应用的功能

3.1 设计数据信息化功能

相比较传统超高层建筑设计图纸，BIM技术的应用在数据信息方面更有优势，首先BIM运用到现代大数据与计算等信息技术，无论在数据信息收集、处理还是分析，都展现出较为强大的功能性，有利于设计时尽快设计出不同方案，及时完善超高层建筑设计图纸中的不足[4]。BIM作为现代数字化技术，在收集、整理数据信息上面，展现出非常高效的速率，而这也间接提高了建筑设计效率和质量，同样有利于后续施工，因此BIM技术的信息化功能将成为关键因素。

3.2 对设计图纸进行更改的功能

当下建筑行业BIM技术的运用逐渐成熟，不仅能够获取详细的建筑数据信息，同时借助数据针对设计图纸进行更改，对超高层建筑设计方案展开完善。尤其在发现施工过程中存在问题后，通过及时修改并在设计图纸上做好标记，让施工人员能够顺利完成任务，并符合建筑结构质量要求。建筑施工每个阶段都要做好检测、分析，这是减少施工错误的必要途径，而BIM技术图纸更改功能，优化了施工流程，解决各类可能存在的错漏问题，因此建筑质量将会得到显著提高，由此可见在BIM技术的支持下，超高层建筑结构设计更为专业、规范。

4 BIM技术使用下的超高层建筑设计特征分析

4.1 能够进行基础数据的实时共享

在进行超高层的建筑结构设计过程中，为了达到最理想的设计状态和设计效果，不同设计部分通常会邀请专业人士给予指导性意见，甚至是通过进行不同分工派遣的方式，组建设计团队共同进行超高层建筑的结构设计。但由于施工前设计时间较为紧迫，因此在传统的分工派遣是图纸设计过程中，各部分工作人员很难进行完全的沟通和实时交流。但所进行的设计工作难免具有重叠性，在缺乏交流和沟通的情境下，最终所设计出的超高层建筑结构，很容易在施工可行性方面出现问题，最终导致设计图纸不得不进行一次返修甚至二次返修。而使用BIM技术来进行超高层的建筑设计，那么就意味着不同专业不同设计部分的工作人员，可以在同一个数据库中进行各自的设计工作。不同专业的设计人员可以通过在线的数据分析和参数共享的方式进行在线实时交流，这能够有效地规避不同专业设计人员在进行重叠部分结构设计过程中可能出现的矛盾，让超高层建筑结构设计变得更为顺利，有效节约建筑设计一次返修和二次返修的时间，使得超高层建筑设计效果得到进一步的保障。这便是BIM技术使用过程中存在的，较为明显的优势。

4.2 进行工作流程的进一步优化

由于超高层建筑结构较为复杂，因此即便使用BIM建筑设计方式，工作人员也需要在每一个设计阶段告一段落之后，进行设计可行性的检测与分析。并根据BIM技术所搭建的逼真模型，来进行设计成果和质量的深入检测与讨论，只有如此才能使得工作流程得到进一步的调整与优化。在模型搭建的过程中，无论哪一阶段的预想设计存在不合理之处，都可以通过参数的调节来进行施工流程和方法的调整。这种流程和方式优化的理念，远远优于施工项目启动后推翻原有设计思维方式，重新制作。能够在很大程度上节约施工成本，节约施工所耗费时间，使得超高层建筑设计施工在合理工期内完成。

4.3 进行施工质量的进一步优化

在传统的施工设计过程中，虽然工作人员能够通过图纸的绘制来进行超高层建筑设计整体方案架构的调整，使施工质量得到更为全面的保障。但需要注意的是，并非所有的施工环节尺寸参数都能够通过先前的图纸绘制来进行精细标注，因此以图纸绘制的方式来进行超高层的建筑设计施工，难免会存在误差。一旦出现误差，就很容易影响到最终的施工效果和施工质量。BIM技术的使用，则完全杜绝了这一现象的发生，使用BIM技术来进行逼真模型的建设和构造，能够预测模拟出最精细的尺寸和参数，在BIM技术使用背景下进行超高层建筑的施工，够达到施工建筑的实施步骤和细微处的施工参数尺寸，与逼真模型预测毫无二致的理想化状态。这样一来，超高层建筑的施工质量就得到了更进一步的保障，这也是BIM技术使用过程中较为显著的特点。

5 基于BIM的可视化技术在超高层建筑结构设计中的应用

5.1 对建筑功能进行分析

BIM可视化技术的功能全面，借助三维模型就能展开工程结构设计、建造管理，属于现代化数字工具，能够贯穿在整个施工流程。以往平面设计无法对建筑功能展开分析，包括明确建筑如何维护、保养结构体，在BIM技术应用后，可以全面性分析建筑功能，并在建造阶段合理调整。如果设计建筑结构时，只是简单完成每个环节的设计，再调换各个部分，在结构设计要求上很难达到标准。另外，传统结构设计方法资金、人力消耗大，需要借助人力详细分析建筑结构性能，所以会存在较为显著的误差，难以保证数据信息精准性，不仅无法为建筑工程提供依据指导，甚至容易引发负面影响。BIM技术的运用严格遵循系统规范，可以充分完善建筑功能，在设计过程中只需要将数据信息导入BIM模型中，即可自动分析出建筑结构的不同功能数据，不但提高了建筑设计效率，质量上也会得到保障，还能够更进一步地减少人力资源的使用和设计资金的浪费。从这一方面来看，BIM可视化技术的运用，还能够有效地降低建筑施工成本。

5.2 利用BIM设计图纸

当下超高层建筑结构设计中，BIM技术的运用成为关键，能够起到建筑信息集成、设计与管理的作用，有利于提高建筑施工效率、节约投资成本，实现可持续性发展目标。目前BIM技术主要运用在图纸设计方面，通过提前建立模型获取更多完整、专业的信息数据，从而设计出详细的图纸[5]。基于BIM可视化技术设计出的图纸，在立体感与层次性上面较为显著，相比于传统二维图纸，这也是BIM技术的最大优点。BIM可视化技术在使用过程中，由设计人员完成建模，并在后续调整、优化其中的细节，从而制作出具有色彩的设计图纸，施工人员能够直观看到建筑结构情况，包括具体的施工理念等。即使在建筑规模较大的情况下，仍然可以借助BIM技术放大细节，利用小范围结构图纸明确施工要求，并且图纸考虑到建筑比例关系与外观等因素。由此可见，BIM可视化技术的优势，只要能够充分融入超高层建筑结构设计中，发挥出其本身的作用与价值，就会为建筑质量提供保障，同时有效减少施工过程中的各类风险。因此使用BIM技术进行施工图纸的绘制和设计这一方式，应当得到更广泛的使用，不同施工单位和企业都需要对BIM技术在图纸绘制中的运用，引起足够的重视。

5.3 创建3D模型

BIM技术的运用主要以数据信息为前提，借助建筑工程的数据信息构建3D模型，以此来模拟最真实的三维建筑，凭借模型的优势对超高层建筑结构设计进行全方位完善。传统建筑结构设计知识将信息简单结合，并没有发挥出真正的作用，而BIM可视化技术将信息技术作为仿真模拟基础，并应用在设计、施工以及管理当中。目前来看，BIM技术创建的3D模型有着巨大价值，有利于完善超高层建筑的局限性，所以很多建筑单位都在积极运用BIM技术，提高建筑管理水平与自身的核心竞争力。相比传统二维平面设计，3D模型无疑更能表现出超高层建筑结构的复杂性，包括梁墙与梁柱的连接点、各项施工节点以及安装方法等。可以说整个施工过程充满了挑战，如果没有合理运用施工技术，不仅会影响施工进度，建筑质量同样会随之降低，甚至为建筑工程留下安全隐患。BIM可视化技术的运用，充分降低了建筑设计与施工难度，凭借3D模型的创建，能够直接模拟超高层建筑整体、部分项目，包括建筑中的管线位置，为施工提供了更多依据。但需要注意的是，3D模型的创建，需要具备专业技术水平工作人员的参与，因此进行具有综合实力的高素质人才聘用，成为了未来施工单位应当重视的问题。

5.4 开展虚拟施工

在超高层建筑施工中，存在一系列的影响因素，设计方案往往与实际施工存在差异性，往往会对建筑工程造成显著影响。BIM技术具有可视化特点，基于三维模型明确项目设计、建造以及管理运行，整个过程都被包含在内，从而便于后续的沟通、讨论以及决策等。其次，还可以借助BIM技术模拟施工，及时发现设计方案中存在的问题，确保与施工形成匹配，充分保障超高层建筑质量。虚拟施工需要利用BIM可视化技术来完成，借助计算机对施工环节展开超前预测，结合虚拟现实、参数化设计等重要功能，使施工环境能够更加真实展现，让施工人员能够及时发现潜在的问题。例如借助模拟施工做好碰撞检测，避免后续出现大量返工，同时解决空间内关系冲突，针对性完善施工方案，确保科学合理降低误差现象，避免后期返工造成较大损失。其次，建筑模拟施工有利于完善管道、线路设计，并且基于三维可视化功能，与施工进展形成清晰对比，这样每个建筑项目都能得到掌握，有效降低了建筑质量问题。虚拟施工功能的开发，还能够有效地降低施工设计完善和改进的成本，让目标建筑呈现出最为完美的施工效果。

5.5 环保方面的应用

BIM可视化技术在建筑行业中的应用，其价值不仅仅是优化施工过程，还可以提高建筑的绿色环保性能，目前来看设计师基于BIM技术，除了关注施工流程是否满足需求外，在其他领域同样能够创造价值。我国现代建筑行业全面倡导绿色发展，因此环境保护将成为趋势，尤其在超高层建筑中已经融入绿色理念，为了顺应时代发展潮流，应借助BIM技术的全面使用，合理规划超高层建筑绿色环境、性能。例如通过BNP技术合理设计超高层建筑位置、朝向，分析出最佳的通风与采光，从而提高建筑内部舒适度，在满足日常生活条件的同时，借助布局实现绿色发展目标。在超高层建筑结构设计中，可以把BIM技术与Ecotect软件结合使用，并分析出光照、太阳辐射等重要因素，充分满足现代绿色建筑设计需求。通过实践运用发现BIM可视化技术，确实能够在绿色环保方面起到作用，只要发挥出BIM技术的最大化作用，我国建筑行业必然实现绿色发展目标。这与我国可持续发展的工业生产和经济建设理念不谋而合，因此从这个方面来看，BIM技术具有远大的发展前景和发展空间。

6 结语

科技发展为我国建筑行业注入了更多驱动力，凭借着先进的技术手段，大幅提高建筑水平与质量，尤其是BIM技术的引入，改变了传统平面设计中的缺陷和不足，通过打造3D模型模拟施工，制定详细的施工流程。近年来高层、超高层建筑越来越多，其在结构设计上存在一定难度，为了保证安全性和稳定性，必须借助BIM技术完善施工流程，并且超高层建筑结构设计运用BIM技术已经成为必然的趋势。由此可见，BIM技术的作用不可替代，有利于增强现代高层建筑水平，充分保障建筑质量，因此要根据建筑实际合理运用，推动我国建筑行业快速发展。