基于超高层建筑设计的BIM技术应用

张永娟

（中铁十七局勘察设计院， 山西 太原 030000）

随着当前社会的快速发展， 我国在建筑领域取得了很大的成就， 城市化的快速建设， 城市人口数量正在不断地增加， 超高层建筑物的开发和建设，能够提高土地的利用率， 扩大市区空地， 利于城市绿化， 改善卫生环境。 超高层工程体量大， 专业多，各专业工作协调复杂， BIM可以提升建筑设计的质量和效率。 为此， 本文展开了深入的研究与分析。

1 BIM技术特点

BIM技术从建筑设计的规划阶段开始一直到建筑的建造阶段都表现出了强大的优势， 它能使建造文档更加完善， 设计缺陷减少， 让建筑工程项目工期缩短， 使建筑的成本降低。 BIM技术能够让图纸与实际情况的信息一致， 有利于将建筑的所有信息及分析结果科学的呈现给相关人员， 迅速准确的获取项目信息。

1.1 可视化特点

传统二维设计模式， 设计成果的输出方式主要为2D平面图， 其中点、 线、 面作为图纸的重要组成元素将建筑信息进行表达。 这种信息表现相对比较片面、 繁琐， 空间描述能力有限， 需要有很强的专业素养才能看懂。 相比于前者， BIM可以提供实际项目在设计、 制造、 管理等整个实施过程中直观的三维立体信息模型， 方便项目各方进行更便捷的沟通与决策。 即使一些不懂设计的人员也能够通过BIM技术， 清晰的了解项目工程。 该技术的应用对于超高层建筑的模型有重要意义， 科学地进行展现，有利于快速的完成讨论、 优化设计以及决策等各方面的工作。

1.2 协调性特点

超高层建筑在设计的过程中， 对于设计人员的综合素质要求相对较高， 涉及到各专业的技术、 结构部件以及所选用的材料等多个不同方面的影响因素。 在具体实施的过程中， 应当统筹各部分因素，做好资源的合理配置， 以此来充分的发挥出资源的重要作用。 在整个过程中， 结合BIM技术有利于形成统一规范的文件， 保证建筑内部的各项资源以及具体的空间都能够得到科学合理的布置， 提升项目建设的科学性和有效性。 可对建筑物内机电管线和设备进行直观布置模拟安装， 检查是否碰撞， 找出问题所在及冲突矛盾之处， 还可调整楼层净高、 墙柱尺寸等。 从而有效解决传统方法容易造成的设计缺陷， 从而提高设计质量。

1.3 模拟性特点

由于超高层建筑在设计的过程中， 细节十分复杂， 建筑成本相对较高， 在施工设计的前期， 需要科学合理的确定使用的具体施工技术， 及时解决可能会存在的部分问题。 在整个过程中， 利用BIM技术展开设计活动， 有利于充分的发挥出BIM技术模拟性的特点， 利用其搭建具体的模型， 分析建筑物的形态以及所选用的材料、 配比等多个不同方面的参数， 进而为优化设计方案提出重要帮助。 BIM技术能够对设计工作人员设计出来的方案， 进行科学合理的优化， 利用BIM仿真系统输入有关于超高层建筑方面的信息， 模型可以模拟整个建筑施工的过程， 确定最佳的施工方案， 消除一些不确定因素，保证后期工作活动的建设科学合理的进行。

2 BIM技术应用于超高层建筑设计中的意义

2.1 提升设计方案信息化功能

当前时代属于信息化飞速发展的时代， 在整个建筑行业发展的过程中， 应该巧妙地结合信息技术展开创新发展。 BIM技术是整个信息技术的重要典型代表， 对于推动建筑行业的创新发展有重要的帮助作用， 超高层建筑信息数据， 通过利用BIM技术进行设计活动， 有利于实现数字信息化的管理。 在整个过程中， 设计工作人员和施工人员， 能够对超高层建筑的信息来进行动态化的掌握， 能够提升设计方案信息化的功能， 若其中出现调整， 系统可以及时的更新数据库， 方便工作人员科学合理的控制各项支出， 保证整个设计活动施工活动能够准确地进行[3]。

2.2 提升图纸的准确性

图纸是超高层建筑设计的首要内容， 但是由于受到各种不同因素的影响， 图纸会进行调整。 在设计中， BIM技术能够根据相应的模型， 对现有的图纸进行调整， 设计工作人员根据图纸明确设计中的关键环节， 及时排查可能出现的问题， 若设计的图纸不符合要求， 在设计时可以改变其中的参数， 系统就能够自动完成其他项目的调整， 方便设计工作人员根据调整的结果来进行后续的改进。 这样一来，既能够节约时间成本， 同时还能够提升方案设计的可行性和有效性[4]。

2.3 提升管理效率

超高层建筑项目活动在设计的过程中， 需要加强监督与管理， 结合具体的工程实际项目到实地进行考察研究， 进而展开设计活动。 但是， 分析以往情况来看， 由于超高层建筑工程项目在设计与施工的过程中， 属于相互独立的情况。 在管理方面存在一定的滞后性， 无法进行统一的管理， 出现管理不到位情况的发生， 影响到了建筑项目的质量。 在当前通过利用BIM技术， 能够将设计活动与施工活动，实现一体化的管理， 打破设计与后期施工之间的壁垒， 加强各个不同阶段之间的联系， 有利于将管理活动贯穿于建筑项目， 对于提升管理效率和管理质量来说有关键的意义。 另外， 在整个设计的过程中，通过利用BIM技术对工程的各项参数来进行设定，避免出现人为修改图纸情况的不良情况， 有利于更好地对设计人员和整个设计过程进行科学合理的监督， 同时还可以对建设规划原材料的应用以及施工进度等多个方面实施动态化的监督与管理， 有利于共享高层建筑信息， 从整体上实现施工质量的提升[5]。

2.4 提升建筑经济效益

超高层建筑工程设计的过程中， 通过巧妙地利用BIM技术， 可以将整个建筑活动展开一体化的设计， 对促进经济效益的提升来说有重要作用。 在具体应用的过程中， BIM技术可以让设计活动与施工活动变得更加密切， 能够提升设计环节施工环节人力、 物力的整体利用效率， 科学地避免不必要资源的浪费情况， 以此节约建筑项目的成本， 提升经济效益[6]。 另外， 通过BIM技术， 可以对整个过程实现一体化的管理模式， 从全方位、 多层次的管理和控制， 提升施工管理的水平， 保证各项工作活动顺利实施。 有利于加快施工的进度， 确保建筑工程的项目如期完成， 以此来降低成本， 提升效率。 最后，BIM技术可以在设计的过程中， 加强各部分之间的联系， 减少质量问题的出现， 对于保证高层建筑项目的质量来说有十分重要的意义， 避免后期由于建筑项目不合格而引发其他的问题。

3 超高层建筑设计的BIM技术应用策略

通过上文分析可以看出， 在超高层建筑设计的过程中， 利用BIM技术， 对于建筑设计活动具有关键的作用。 所以， 在今后应当巧妙地进行应用， 提升设计的质量。

3.1 设计研究阶段应用创新

在超高层建筑设计之前， 必须要对工程的总体可行性进行科学合理的分析， 审定确认后才能够开展方案的设计.在设计研究阶段结合BIM技术进行可行性报告的分析和编制， 了解设计中的优缺点。利用BIM软件， 建立BIM技术建筑模型， 确保建筑设计能够清晰地进行开展。 在模型中， 对于具体的构建属性、 参数来进行编辑， 包括建筑物场地的具体位置、 选择的材料尺寸、 功能参数等多个不同方面， 实现模型的初步构建。 结合具体的施工方案以及采用的施工技术， 对构建进行选型和布置， 包括基础地基、 梁、 板等多个方面， 由专业设计工作人员依靠模型实现协同化设计。 对于各个建筑结构的构件尺寸、 形状分析进行全面地优化。 使用的参数能够实现自动说明， 由数据库模型的参数规则进行自动转换， 满足建筑设计的精确要求[7]。

3.2 钢结构深化设计

在高层建筑设计活动开展的过程中， 由于高层建筑需要利用钢筋混凝土来展开设计， 所以必须要保证其稳定性和安全性。 在钢结构初步设计的阶段，利用力学计算软件完成结构的计算与分析， 得出来的图纸很难对构建的尺寸以及具体的连接方式来进行清晰的展示， 可能会出现钢结构加工失误的情况。所以， 为了能够提升设计的质量， 科学合理的避免材料浪费情况， 对工程的成本进行控制， 在设计的过程中可以利用BIM 软件进行深化设计[8]。 通过BIM模型对钢结构采用的构件、 螺栓等各类部件进行实体的建模， 确定各个构建的属性， 利用软件完成构件资料的统计， 能够自动的对用钢量进行计算，并对具体的类别和尺寸进行排序， 实现信息的统一输出。 这样一来， 在深化设计的过程中， 能够统计钢筋属性的具体间距， 通过可视化的方式来直观的表现出来。 对于钢筋的位置进行合理的排布， 减少后期可能会存在的问题， 利用该软件直接完成钢筋工程量的计算， 为用工用料提供合理的依据。

3.3 开展建筑性能分析

随着时代的快速发展， 人们对于建筑物的综合质量水平要求正在不断地提升， 所以高层建筑的设计， 既要科学合理的解决土地资源用地紧张问题，同时还要提升居住体验。 利用BIM技术开展建筑性能的分析， 有利于综合性的提升建筑设计的质量。通过BIM系统将建筑所使用的材料数据、 价格信息以及3D模型数据录入到系统中， 设计工作人员能够利用不同的视角对超高层建筑项目进行综合性的评估。 例如， 室内的自然通风条件、 采光条件以及室外风环境等因素进行模拟， 对不足的地方进行科学合理的改善。 这样一来有利于综合性的评估超高层建筑的性能， 不断优化设计方案， 提升建筑物的适宜性， 以此保证建筑物的质量， 提升业主的居住体验。

3.4 展开深化设计活动

超高层建筑在设计的过程中， 通过利用BIM技术进行深化设计， 在获得更多准确的数据之后， 加强各方之间的联系与交流。 利用可视化平台， 针对项目的具体细节部分展开深入的研究。 比如部分高层建筑项目属于装配式混凝土建筑， 需要用到预制构件， 例如墙板、 楼板、 阳台板。 通过构建出相应的3D模型， 在设计的过程中展开实验检验可行性，以此来加深优化设计。 在深化设计阶段， 需要综合考虑各种不同方面的问题， 比如装配效率问题， 预制构件问题、 安装施工工艺、 空间结构以及总体的布局。 既要发挥出建筑物的实际使用功能， 同时还要便于施工， 利用BIM技术进行科学合理的设计，有利于对相关的工作内容实现分类， 建立完整的构件库， 从构件库中科学合理的选择预制构件， 以此提升设计工作的创新性。

3.5 工程设计过程应用

在工程设计实施的过程中， 有关于BIM技术相关的环节有很多， 在传统设计的过程中， 主要利用二维扫描通过图内描述的信息数据来进行了解。 但是整个过程中， 对于一些难以表达的内容不够全面，思路可能会出现打断， 增加了后续工作实施的难度，不能完全的了解图纸， 对于后续的施工工作也会存在负面影响。 而在当前通过结合BIM技术， 利用先进的三维技术， 可以更加清晰灵活地了解具体的构件， 可以从工程师的角度来展开分析。 细致的了解建筑物的具体功能、 布局情况。 如果在设计的过程中， 出现了与周围建筑物相冲突的情况产生节点问题， 将会增大项目设计的难度。 为了能够科学合理的解决地理问题， 利用BIM软件， 将时间维度因素融入到工作中来， 完成4D建模， 科学合理的模拟出施工进度。 甚至还能够模拟出人员的活动轨迹， 能够在最短的时间内及时发现可能存在的问题， 减少后期人为因素的影响， 提升设计的有效性。

3.6 辅助施工设计

1） 在超高层设计活动开展的过程中， 应当对施工内容提前进行设计， 通过利用BIM技术实施施工平面设计， 由工作人员借助现场的具体情况， 利用BIM技术对整个施工的现场来进行合理的布局， 提升场地的应用效率， 保证各项环节能够顺利开展；2） 可以结合虚拟样板展开设计， 以虚拟样板代替实际样板， 利用VR眼镜， 施工人员可以提前观测虚拟样板的情况， 身临其境的状态下提升建筑物施工的精准程度。 疏散设计在整个超高层建筑施工设计的过程中格外关键， 必须要从安全因素全面地进行考虑， 利用BIM技术， 构建出建筑物的具体实际情况， 进而开展灾害模拟。 比如地震、 火灾、 紧急疏散等多个不同方面， 分析建筑物的设计是否符合安全疏通的标准， 能够按照具体的模拟情况， 设置科学合理的应急方案， 增加建筑设计的合理性。

4 结语

随着建筑行业的快速发展， 我国超高层建筑项目越来越多， 在建筑设计的过程中， 必须要紧跟时代发展的步伐展开创新， 应用现代化的信息技术展开设计活动， 提升设计的科学性和安全性。 BIM技术在超高层建筑设计中的应用， 有利于突破技术方面的限制， 利用数字化信息技术进行沟通与交流，使得建筑设计工作活动全面开展。 借助BIM技术可视化、 协调性、 模拟性的特点展开创新， 从设计研究阶段， 利用BIM技术建模， 深化钢结构设计、 开展建筑性能分析等多个不同的方面， 联合创新， 加大BIM技术的应用， 提升超高层建筑设计的质量。