基于BIM的高层建筑施工管理机制研究

杜世煊 （山东泰安建筑工程集团有限公司，山东 泰安 271000）

随着社会化城市化进程的加剧，尤其是诸如北上广深等超级城市，土地资源利用冲突日渐严峻，高层建筑成为城市规划中解决这一冲突的常规解决途径，但是高层建筑建设过程中的施工难度及后续带来的都市热岛效应和光污染等也广受诟病，且10 层以上建筑结构随着时间推移，其维护和改造成本倍增，给后续城市规划埋下不小隐患，如何解决上述问题一直是现今建筑施工领域的重点难点。

20 世纪80 年代，美国卡耐基麦隆大学教授查克·伊斯特曼（Chuck Eastman）率先将信息化技术引入建筑设计，后续经过实际应用及学者研究演变，最终成为现今为大家周知的BIM 技术，他将信息化的全生命周期管理概念和传统建筑CAD设计很好地结合并进行了发展，为建筑设计与施工行业带来巨大科技进步[1]。国内从20 世纪在建筑行业中引入这项技术后，经过这些年高速建设的发展，也有了相当多的应用成果，例如和三维、4D、工程量计算等技术的融合，解决了我国建筑行业发展中许多区域性问题[2]。本文旨在利用BIM 技术研究并解决城市建设中高层建筑施工中所面临的安全管理、资源分配、进度管控等棘手问题，从设计和实践两个层面进行剖析，最后验证BIM 技术在高层建筑施工管理中的有效性。

1 BIM在高层建筑施工设计中的技术步骤

高层建筑由于建筑自身及所处区域的独特特征，使其在施工过程存在诸多难点问题，首先，高层建筑施工一般是塔楼形式，具有耗资大、时间周期长、管理复杂延误率高的问题；其次，对于城镇核心区的建筑施工，一般采用流水线作业，这种作业模式具有单位作业面小、工序衔接紧凑、施工安全性差的问题；再有，机械化自动化技术应用与管理，由于单位施工面积和工序的问题，施工若想保证工期与质量，需要考虑机械化与自动化在施工管理中的引入和应用，这样既能满足降低工人施工难度保证质量，又能控制成本保证质量，如何做好技术和成本控制的平衡也是当下重点难点问题[3]；最后，总体管理的制度与流程问题，现在的建筑施工行业多采用总包制度，参与一个项目的厂家多达几十家，沟通协调的层级多、难度大也是常态，单单依靠现场协调会等形式难以有效进行细节上的同步共享，这就会给工程管理带来冲突矛盾，如何通过BIM 技术减小各方信息差，控制沟通成本也是亟待研究解决的问题。针对上述4 点问题，通过问题的分解和分析，结合BIM技术实施步骤，将解决方案拟合进入系统，以便在后续案例中验证本系统搭建的成效。图1 为BIM 问题解决模式。

图1 BIM问题解决应用

针对上述4 个问题，根据图1 所示的解决逻辑，在分解问题根源的基础上引入合适的信息化解决方案进行问题化解从而优化施工管理。具体问题分解和对应措施见表1。

表1 基于BIM技术的问题分解与对策研究

首先，传统的建筑施工平面管理采用图纸和会议的方式进行沟通，效率低且易导致冲突。BIM技术通过创建项目的三维模拟，改善了可视化管理并分析潜在布局问题。通过模拟和比较不同方案，能够控制不利因素，确保现场平面管理的可行性。BIM技术提高了沟通效率，根据实际情况进行不断调整，提高了施工效率和减少了冲突[4]。

其次，在现场管理中，传统方式的人工巡检和纸质工单容易导致沟通延迟和问题误解，从而影响工程质量和进度。通过BIM 技术的应用，可以实现现场质量管理的信息互动和可视化。借助BIM 技术，实时图片和质量缺陷照片可以即时上传，并传递给监理工程师和业主，提高了沟通效率[5]。同时，三维模型在质量管理中的应用，准确指示质量问题，增强了信息传递和互动。通过BIM 模型的浏览和数据分析，能够快速发现问题并采取措施整改，并实现质量问题的协调工作。BIM 技术为工程项目提供可靠的质量信息和高效的质量管理方法，提升了工程质量和管理效率。

最后，传统进度、质量管理针对中间节点控制模糊，适应性较差。采用BIM技术可先期完成三维模型，设定施工周期并动态调整专业协调时间，实时更新模型数据，实现动态分析。BIM 技术通过实体元素、属性信息和关联关系提供状态信息和进度信息。同时，可动态调整专业协调时间，避免资源突和交叉。通过动态分析和冲突检测，及时解决问题。BIM技术还能有效控制资源使用，通过规划和优化资源分配，降低成本、提高效率。

综上所述，BIM 技术通过提前完成三维模型、动态调整专业施工的协调时间、实时更新模型数据和动态分析关键节点，能够有效控制资源的使用和减轻计划专员在制定计划时的风险，这为工程项目的实施提供了可行方法和技术支持。通过这种方法，可以实现更高效的资源管理、更精确的时间控制和更顺利的施工过程，对工程项目的成功实施起到至关重要的作用。

2 基于BIM技术的高层建筑施工案例研究

K项目是位于某市的一座写字楼工程，总建筑面积约25 万m2，总高度339m，其中地下4 层。项目设计包括各类办公空间和配套设施，为租户提供高品质的办公环境。楼内设有现代化的办公设备和通信设施，以满足租户的工作需求。此外，楼内还设有先进的安全和消防系统，确保员工和财产的安全。外部立面设计采用创新材料和现代化建筑手法，突出写字楼的现代感和专业形象。楼顶设有露天花园和休闲区，为员工提供放松和休息的场所。通过精心规划和设计，工程旨在为租户提供舒适、高效的办公空间，促进商务活动和企业发展。其设计效果图如图2所示。

图2 K项目建设效果图

依据项目实施的节点性目标和流程及工艺分配进行基于BIM 建模分解，可以使复杂工序通过信息化手段实现清晰化，具体建模过程见表2。

表2 K项目基于BIM的施工组织建模

基于上述建模方式和施工图深化设计方法。通过将设计图纸分为结构、建筑和机电专业模型，并进行叠加和综合，实现了多专业集成和三维可视化。针对机电施工，首先，进行综合管线的碰撞检测和修正，确保整体建造模型的科学合理性和施工可行性；随后，各专业的建模师配合设计人员或承包人，根据改造后的建筑物模型完成了深化施工的平面图，详细标注了专业管线的标高和位置，以指导具体施工；此外，对于机电专业，设计综合管线预留预埋图和综合管线末端布置图（如图3所示），用于确定管线预留和装置布置。通过这些深化设计图纸和图表，实现了各专业数据的整合和高效设计，从而提高了施工图的质量和协调性。

图3 管线排布设计

本研究基于BIM 技术，对建筑支撑结构设计体系和施工数据系统进行了分析验算，确保了施工设计方案的安全和合理性，具体如图4所示。

图4 基于BIM的分析演算

采用BIM 技术进行图纸会审管理，提升了图纸会审的质量和效率，并及时解决了设计图纸中存在的安全问题。通过仿真模拟和优化管理，将施工步骤和工序的逻辑关系直观呈现，提高了施工的安全性和可靠性。利用三维、四维技术进行可视化交底管理，展示了施工工艺过程和器具的布局情况，提升了施工技术人员的工作难度掌握和施工的执行性。通过碰撞检测和深化设计管理，确保深化设计成果具有可执行性和指导意义。辨识和管理施工现场的危险源，通过BIM 安全分析软件对危险源进行辨识、分析和评价，提高了施工的安全性和危险源管理的准确性。采用BIM技术进行安全策划管理，制定安全战略策划和实施方案，提高了安全防护的管理效率。通过BIM仿真技术进行现场安全教育，提高了施工者的职业安全意识。

综上所述，BIM技术在建筑项目中的应用不仅提高了施工质量和效率，还改善了管理理念和安全性。

3 结语

本研究利用BIM技术对高层建筑施工进行设计和管理，通过优化设计方案、提高施工安全性、实现资源高效分配和动态进度管控等措施，有效提升了施工质量和管理效率。通过BIM 技术的应用，提升了图纸会审管理、仿真模拟和优化管理、碰撞检测和深化设计管理等环节，减少了施工中的设计错误和安全隐患，并能够实时监控工程进度，合理调配资源，确保施工按计划进行。综上所述，总结出以下五个要点：

（1）BIM 技术在高层建筑施工设计中的技术步骤。通过BIM技术的应用，可以在平面管理、现场管理和进度管理等方面提高施工管理的效率和准确性。具体的技术步骤包括建立三维模型、优化策略、设计多方案图纸、数字化现场检查和督导等。

（2）基于BIM 技术的高层建筑施工案例研究。以某高层建筑项目为案例，通过BIM 技术进行建模和深化设计，实现了多专业集成和三维可视化。同时，通过图纸会审管理、仿真模拟和优化管理，以及碰撞检测和深化设计管理等措施，提高了施工的安全性和可靠性。

（3）BIM技术在高层建筑施工中的安全管理。通过辨识和管理施工现场的危险源，采用BIM 安全分析软件进行危险源管理，采用BIM 技术进行安全策划管理和通过BIM 仿真技术进行现场安全教育，可以提高施工的安全性和安全管理的准确性。

（4）BIM技术在高层建筑施工中的资源分配和进度管控。通过BIM 技术的应用，可以实现对资源的优化控制和对进度的动态调整，提高了资源的使用效率和施工进度的控制准确性。

（5）BIM技术在高层建筑施工中的管理效率和施工质量。通过BIM 技术的应用，可以提高施工管理的效率和准确性，实现施工质量的提升。同时，BIM 技术改善了管理理念和安全性，为建筑项目的成功实施提供了可行方法和技术支持。