BIM技術(shù)在超高層建筑的研究及應(yīng)用

周仁戰(zhàn)，金 園，張 堯，姜 麗

蚌埠學(xué)院土木與水利工程學(xué)院，安徽蚌埠,233030

世界上的大多數(shù)國家都采用信息化手段管理和改善建筑行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營[1]。由于科技的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)和現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的融合，因此誕生了著名的管理系統(tǒng)即建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，它是解決建筑業(yè)行業(yè)內(nèi)部的項目管理績效提升和新技術(shù)推廣的重要手段[2]。隨著時代的發(fā)展，越來越多的建筑企業(yè)開始在管理上采用建筑信息模型[3],它憑借著特有的可模擬性、可視性、便于協(xié)調(diào)等優(yōu)點已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中[4]，越來越多的工程因應(yīng)用 BIM 技術(shù)而受益[5-7]。雖然我們國家的BIM技術(shù)相對國外較遲，2003年才開始引入BIM技術(shù)的概念，但是許多學(xué)者[8-14]對BIM技術(shù)在建筑工程、市政工程、水利工程及公路工程進行了深入的研究和應(yīng)用，取得了一系列的成果。住建部采取各種措施推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，各省市紛紛出臺相關(guān)政策來推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用，為了指導(dǎo)建筑工程的設(shè)計、施工、運行和維護的全過程，安徽省編制了適合自身實際情況的建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南。

1 工程概況

安徽省淮南市惠利中環(huán)國際1號地塊總建筑面積近18萬m2，位于朝陽西路與廣場中路交匯處，包括1#-4#住宅樓、5#高層公寓樓(高度158 m)由整體3層地下室及4層商業(yè)裙樓組成。根據(jù)《民用建筑設(shè)計通則》GB50352-2005規(guī)定：無論何種建筑，只要建筑總高度超過100 m即為超高層建筑，5#公寓樓即屬于此種建筑。

2 模型的建立

依據(jù)建筑物立面測量原理,仵振東等[15]研究了全站儀結(jié)合GPS-RTK 在建筑物立平面一體化測量的方法。相對于建筑物立平面一體化測量，建筑場地使建筑模型不再是孤立的存在，而是處于一種特定的環(huán)境場景中，也使后期出圖效果更加真實、生動[16]。由于施工現(xiàn)場作業(yè)工作范圍較大，各工作區(qū)域之間存在的天然的和人為的作業(yè)高差，施工環(huán)境較復(fù)雜。因此，建筑企業(yè)在施工前可以通過建筑信息模型技術(shù)進一步做好施工現(xiàn)場的平面布置及安全防護工作。

2.1 軟硬件的要求

表1 軟硬件的要求

2.2 根據(jù)CAD圖紙直接建立模型

首先，將CAD軟件里的圖紙導(dǎo)入到Revit軟件中，之后依據(jù)相關(guān)的建筑規(guī)范軟件建立有規(guī)則的、可視化的、可監(jiān)測的和利于查詢的三維立體模型。

2.3 構(gòu)件扣減原則

鑒于Autodesk Revit軟件(簡稱Revit)是采用默認的方法，通過扣減各構(gòu)件交匯處的工程量進行工程總量計算，不符合我國建筑工程量計價清單的相關(guān)標準和要求，因此，在利用此軟件計算實際的工程量時，可以采用建筑信息模型技術(shù)準確計算出交匯處的工程量，對軟件計算出的工程量進行修正，進而計算出工程的實際工程量。

2.4 結(jié)構(gòu)與建筑

通過修正建筑與結(jié)構(gòu)之間標準高度、水平和垂直尺寸、所處位置、空間的差異，進而優(yōu)化建筑模型與結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝工法，施工難度與精度控制的難易程度，與設(shè)計溝通進行設(shè)計方案優(yōu)化，提高圖紙從設(shè)計到施工過程中的轉(zhuǎn)化效率，保證結(jié)構(gòu)各性能基礎(chǔ)上降低施工難度，采用合理手段提高施工精度，減少現(xiàn)場拆改及浪費。

通過Revit軟件得到工程的模型信息以及總進度計劃信息，分別將這兩類信息導(dǎo)進Navisworks軟件，經(jīng)過運算和進度模擬，利用施工現(xiàn)場的實際進度進行修正，最后得出建設(shè)工程的三維進度模擬(如圖1、圖2)。

圖1 結(jié)構(gòu)模型和建筑模型 圖2 三維進度模擬

2.5 水電管線模型及碰撞

由于二維平面很難模擬出建筑工程建設(shè)中的實際碰撞問題，考慮到二維平面模擬不出的碰撞問題會導(dǎo)致實際施工的延誤甚至返工。因此，工程建設(shè)前應(yīng)依據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)模型和機電模型通過三維進度模擬的方法，進一步發(fā)現(xiàn)建筑工程實際施工中的可能存在的碰撞問題，制定相應(yīng)的施工措施在施工前進行預(yù)防與解決。本工程按照此方法共檢測出34處碰撞問題，有效地避免了工程施工中未知問題的出現(xiàn)，減少了返工和返修問題的發(fā)生。

3 工程量對比及工程資料錄入

3.1 工程量對比(關(guān)聯(lián)達與Revit)

采用廣聯(lián)達軟件和Re vit軟件同時計算工程量的辦法，通過比較兩個軟件中關(guān)于預(yù)算量、導(dǎo)出量和實際量之間的關(guān)系，進一步分析，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 5#樓混凝土三量對比(預(yù)算量、revit導(dǎo)出量、實際用量)

由圖3可知，兩個軟件的計算結(jié)果混凝土總用量較為相近，廣聯(lián)達算量大于Revit算量，Revit算量更加接近實際用量，于是針對上述問題展開了研究：

(1)廣聯(lián)達和Revit的砼總量接近，但是相比廣聯(lián)達軟件的計算結(jié)果，Revit軟件中計算出的梁板所用混凝土的量明顯較低，主要是因為Revit軟件在計算的過程中充分考慮了梁、板交接處的構(gòu)造情況，對此處所用混凝土的量進行了適當(dāng)?shù)男：耍?/p>

(2)相對于廣聯(lián)達軟件，Revit軟件計算出的混凝土用量和實際施工過程中的混凝土用量比較接近，這說明這款軟件建模的精細化程度最接近于實際施工情況，可以考慮采用此軟件建模對實際施工進行指導(dǎo)；

(3)由于關(guān)聯(lián)達軟件建模計算過程中無法自動檢測構(gòu)造的實際沖突問題，因此，用這個軟件建模計算出的混凝土用量要大于實際施工過程中的混凝土用量，這是這款軟件的劣勢。

廣聯(lián)達軟件和Revit軟件均是建筑信息類模型，具有建筑信息類模型可視化、精算點的優(yōu)勢；Revit可以對材質(zhì)進行設(shè)置，能實現(xiàn)建筑材料的渲染，可以做出精美的模型外觀，還能提供動畫、漫游、模擬施工、碰撞檢查等文本文件，所以主攻建筑模型方向。廣聯(lián)達能快速識別CAD圖紙，建模速度快，可快速統(tǒng)計復(fù)雜、精細的工程量(如鋼筋、腳手架等)所以主要用于工程算量。

3.2 工程資料錄入

為了方便信息查詢，提高工程建設(shè)的準確性和及時性，工程建設(shè)過程中要隨時收集相關(guān)的施工資料，并及時將收集到的資料輸入到建筑信息模型中，確保建筑信息模型中的資料與實際的工程建設(shè)信息同步。如果遇到圖紙變更等情況，應(yīng)及時將變更后的圖紙信息錄入到Navisworks軟件中，確保建筑信息模型中信息的同步變更。這種同步收集資料的方法也使得竣工資料的收集變得更加容易。

4 BIM技術(shù)的效益分析應(yīng)用取得主要效益

依據(jù)于三維模型統(tǒng)計材料清單，設(shè)備器材表、物料清單等，建模完成后，就可以進行相應(yīng)材料用量的統(tǒng)計；建筑信息模型技術(shù)主要通過多專業(yè)互融的校核方式，全過程三算對比，在三維以及動畫模式下的方案優(yōu)化，控制返工和材料浪費，與同類別的項目測算對比，本項目采用BIM施工技術(shù)避免了因各項返工帶來的經(jīng)濟損失，占工程總造價的5.8%左右，較傳統(tǒng)施工縮短了9%的合同工期，項目利潤提高了26.8%左右；社會效益上，通過BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用，實現(xiàn)施工總承包項目精細化管理，使工程項目在工期、質(zhì)量和安全上得到了保證。通過項目實踐，BIM技術(shù)在施工總承包項目的應(yīng)用中積累了經(jīng)驗，增強了企業(yè)自身發(fā)展的實力，也有利于BIM技術(shù)在行業(yè)內(nèi)推廣。

建筑信息模型技術(shù)主要對施工進行模擬，通過沖突檢測及校核，進而實現(xiàn)材料的精準計算；通過建立三維模型仿真模擬實際的施工過程，進而精準的進行項目平面布置，實現(xiàn)土地的高效、集約化利用；優(yōu)化管線綜合平衡，實現(xiàn)節(jié)能。

5 結(jié) 論

建筑行業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟性支柱產(chǎn)業(yè)，如何利用建筑信息模型技術(shù)幫助施工企業(yè)進行高效合理的建設(shè)和管理，是所有建筑施工企業(yè)面臨的重要課題。利用BIM技術(shù)需要注意事項： 前期必須做好信息成果收集，對各文件采用統(tǒng)一的編號命名格式，避免前后混淆無法區(qū)分而造成文件損失。建筑信息模型技術(shù)可以有效地支持建設(shè)工程的設(shè)計、施工及營運全過程，但是由于目前我國設(shè)計、施工和運營分屬不同企業(yè)的管轄范圍，企業(yè)之間又不能夠及時有效地進行溝通、交流，導(dǎo)致建筑信息模型技術(shù)的使用及發(fā)展受到了一定的限制。