基于BIM的可視化技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

袁旭晨

（常州現(xiàn)代傳媒中心管理有限公司 江蘇 常州 213000）

0 引言

超高層建筑提高了土地使用效率，滿足城市發(fā)展建設(shè)需求，因此近些年超高層建筑越來越多，屬于較為普遍的建筑工程項(xiàng)目。此類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的精細(xì)化程度要求有所提高，因此需要借助BIM的可視化技術(shù)應(yīng)用，提高建筑水平和質(zhì)量。以往大多采用平面二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，其相比較于BIM三維可視化技術(shù)，存在諸多不足。BIM可視化技術(shù)，讓超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著三維的方向發(fā)展，對(duì)調(diào)整、優(yōu)化建筑方案有著關(guān)鍵性作用。

1 概念闡述和技術(shù)分析

1.1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)即建筑信息模型，它是一種在信息技術(shù)高度發(fā)展與完善時(shí)期所研發(fā)出的3D數(shù)字化技術(shù)，在建筑施工的整個(gè)流程和周期中都能夠發(fā)揮較為明顯的作用。它能夠?qū)⒐こ淘O(shè)計(jì)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以直觀的方式來進(jìn)行呈現(xiàn)，有助于建筑工程的設(shè)計(jì)管理。在傳統(tǒng)的建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)某一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與實(shí)際工程建設(shè)存在不相符的狀況，唯有推翻最初設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行重新修改，才能使得設(shè)計(jì)工作得以持續(xù)進(jìn)行。但在BIM技術(shù)使用過程中，這種大動(dòng)干戈的修改方式得到了進(jìn)一步的革新。技術(shù)人員只需進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，便能夠通過BIM技術(shù)進(jìn)行細(xì)小環(huán)節(jié)的修繕和調(diào)節(jié)。相比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙返修方式而言，這種修改模擬參數(shù)值的方式顯然更為方便快捷。

1.2 基于BIM的可視化技術(shù)分析

BIM技術(shù)的運(yùn)用打破了三維限制，作為數(shù)字化技術(shù)，能夠有效收集建筑工程信息，模擬整個(gè)施工流程，為后續(xù)工程提供充分保障[1]。BIM的可視化技術(shù)，結(jié)合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可以把數(shù)據(jù)文字轉(zhuǎn)換成圖像，同時(shí)基于可視化屏幕上展開交互，建筑工程主要應(yīng)用數(shù)字虛擬圖像技術(shù)，以此來模擬真實(shí)的工程效果，模擬施工現(xiàn)場等，擺脫傳統(tǒng)二維圖紙，讓建筑物未來的真實(shí)場景直觀、具體地呈現(xiàn)。

2 BIM技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上相對(duì)特殊，由于面積大、樓層高，并且在功能上十分復(fù)雜，所以存在著安全、空間規(guī)劃以及能耗等多種問題，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求極高，如果在設(shè)計(jì)上存在問題，很容易造成不必要的浪費(fèi)。運(yùn)用BIM可視化技術(shù)，有利于全方位思考、分析，充分提高建筑設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。BIM屬于現(xiàn)代信息化技術(shù)，可以應(yīng)用在整個(gè)建筑施工流程，借助三維模型的構(gòu)建，大大減少施工過程中的各類設(shè)計(jì)問題，為建筑質(zhì)量提供有效保障[2]。其次，三維模型有利于建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過真實(shí)反映出建筑物，讓設(shè)計(jì)人員能夠更加精細(xì)化觀察，針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷完善。從多個(gè)方面看，BIM技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，都能發(fā)揮出重要作用，尤其在傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)無法滿足建筑發(fā)展需求的情況下，更要充分利用BIM技術(shù)。通過立足于三維模型，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開深入探索，同時(shí)加強(qiáng)施工過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)完善建筑設(shè)計(jì)方案，從而增強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度[3]。

3 BIM技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的功能

3.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化功能

相比較傳統(tǒng)超高層建筑設(shè)計(jì)圖紙，BIM技術(shù)的應(yīng)用在數(shù)據(jù)信息方面更有優(yōu)勢，首先BIM運(yùn)用到現(xiàn)代大數(shù)據(jù)與計(jì)算等信息技術(shù)，無論在數(shù)據(jù)信息收集、處理還是分析，都展現(xiàn)出較為強(qiáng)大的功能性，有利于設(shè)計(jì)時(shí)盡快設(shè)計(jì)出不同方案，及時(shí)完善超高層建筑設(shè)計(jì)圖紙中的不足[4]。BIM作為現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)，在收集、整理數(shù)據(jù)信息上面，展現(xiàn)出非常高效的速率，而這也間接提高了建筑設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，同樣有利于后續(xù)施工，因此BIM技術(shù)的信息化功能將成為關(guān)鍵因素。

3.2 對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行更改的功能

當(dāng)下建筑行業(yè)BIM技術(shù)的運(yùn)用逐漸成熟，不僅能夠獲取詳細(xì)的建筑數(shù)據(jù)信息，同時(shí)借助數(shù)據(jù)針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行更改，對(duì)超高層建筑設(shè)計(jì)方案展開完善。尤其在發(fā)現(xiàn)施工過程中存在問題后，通過及時(shí)修改并在設(shè)計(jì)圖紙上做好標(biāo)記，讓施工人員能夠順利完成任務(wù)，并符合建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求。建筑施工每個(gè)階段都要做好檢測、分析，這是減少施工錯(cuò)誤的必要途徑，而BIM技術(shù)圖紙更改功能，優(yōu)化了施工流程，解決各類可能存在的錯(cuò)漏問題，因此建筑質(zhì)量將會(huì)得到顯著提高，由此可見在BIM技術(shù)的支持下，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為專業(yè)、規(guī)范。

4 BIM技術(shù)使用下的超高層建筑設(shè)計(jì)特征分析

4.1 能夠進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享

在進(jìn)行超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了達(dá)到最理想的設(shè)計(jì)狀態(tài)和設(shè)計(jì)效果，不同設(shè)計(jì)部分通常會(huì)邀請(qǐng)專業(yè)人士給予指導(dǎo)性意見，甚至是通過進(jìn)行不同分工派遣的方式，組建設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但由于施工前設(shè)計(jì)時(shí)間較為緊迫，因此在傳統(tǒng)的分工派遣是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，各部分工作人員很難進(jìn)行完全的溝通和實(shí)時(shí)交流。但所進(jìn)行的設(shè)計(jì)工作難免具有重疊性，在缺乏交流和溝通的情境下，最終所設(shè)計(jì)出的超高層建筑結(jié)構(gòu)，很容易在施工可行性方面出現(xiàn)問題，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙不得不進(jìn)行一次返修甚至二次返修。而使用BIM技術(shù)來進(jìn)行超高層的建筑設(shè)計(jì)，那么就意味著不同專業(yè)不同設(shè)計(jì)部分的工作人員，可以在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行各自的設(shè)計(jì)工作。不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員可以通過在線的數(shù)據(jù)分析和參數(shù)共享的方式進(jìn)行在線實(shí)時(shí)交流，這能夠有效地規(guī)避不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行重疊部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的矛盾，讓超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為順利，有效節(jié)約建筑設(shè)計(jì)一次返修和二次返修的時(shí)間，使得超高層建筑設(shè)計(jì)效果得到進(jìn)一步的保障。這便是BIM技術(shù)使用過程中存在的，較為明顯的優(yōu)勢。

4.2 進(jìn)行工作流程的進(jìn)一步優(yōu)化

由于超高層建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此即便使用BIM建筑設(shè)計(jì)方式，工作人員也需要在每一個(gè)設(shè)計(jì)階段告一段落之后，進(jìn)行設(shè)計(jì)可行性的檢測與分析。并根據(jù)BIM技術(shù)所搭建的逼真模型，來進(jìn)行設(shè)計(jì)成果和質(zhì)量的深入檢測與討論，只有如此才能使得工作流程得到進(jìn)一步的調(diào)整與優(yōu)化。在模型搭建的過程中，無論哪一階段的預(yù)想設(shè)計(jì)存在不合理之處，都可以通過參數(shù)的調(diào)節(jié)來進(jìn)行施工流程和方法的調(diào)整。這種流程和方式優(yōu)化的理念，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于施工項(xiàng)目啟動(dòng)后推翻原有設(shè)計(jì)思維方式，重新制作。能夠在很大程度上節(jié)約施工成本，節(jié)約施工所耗費(fèi)時(shí)間，使得超高層建筑設(shè)計(jì)施工在合理工期內(nèi)完成。

4.3 進(jìn)行施工質(zhì)量的進(jìn)一步優(yōu)化

在傳統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)過程中，雖然工作人員能夠通過圖紙的繪制來進(jìn)行超高層建筑設(shè)計(jì)整體方案架構(gòu)的調(diào)整，使施工質(zhì)量得到更為全面的保障。但需要注意的是，并非所有的施工環(huán)節(jié)尺寸參數(shù)都能夠通過先前的圖紙繪制來進(jìn)行精細(xì)標(biāo)注，因此以圖紙繪制的方式來進(jìn)行超高層的建筑設(shè)計(jì)施工，難免會(huì)存在誤差。一旦出現(xiàn)誤差，就很容易影響到最終的施工效果和施工質(zhì)量。BIM技術(shù)的使用，則完全杜絕了這一現(xiàn)象的發(fā)生，使用BIM技術(shù)來進(jìn)行逼真模型的建設(shè)和構(gòu)造，能夠預(yù)測模擬出最精細(xì)的尺寸和參數(shù)，在BIM技術(shù)使用背景下進(jìn)行超高層建筑的施工，夠達(dá)到施工建筑的實(shí)施步驟和細(xì)微處的施工參數(shù)尺寸，與逼真模型預(yù)測毫無二致的理想化狀態(tài)。這樣一來，超高層建筑的施工質(zhì)量就得到了更進(jìn)一步的保障，這也是BIM技術(shù)使用過程中較為顯著的特點(diǎn)。

5 基于BIM的可視化技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

5.1 對(duì)建筑功能進(jìn)行分析

BIM可視化技術(shù)的功能全面，借助三維模型就能展開工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造管理，屬于現(xiàn)代化數(shù)字工具，能夠貫穿在整個(gè)施工流程。以往平面設(shè)計(jì)無法對(duì)建筑功能展開分析，包括明確建筑如何維護(hù)、保養(yǎng)結(jié)構(gòu)體，在BIM技術(shù)應(yīng)用后，可以全面性分析建筑功能，并在建造階段合理調(diào)整。如果設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，只是簡單完成每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，再調(diào)換各個(gè)部分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求上很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。另外，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法資金、人力消耗大，需要借助人力詳細(xì)分析建筑結(jié)構(gòu)性能，所以會(huì)存在較為顯著的誤差，難以保證數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)性，不僅無法為建筑工程提供依據(jù)指導(dǎo)，甚至容易引發(fā)負(fù)面影響。BIM技術(shù)的運(yùn)用嚴(yán)格遵循系統(tǒng)規(guī)范，可以充分完善建筑功能，在設(shè)計(jì)過程中只需要將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入BIM模型中，即可自動(dòng)分析出建筑結(jié)構(gòu)的不同功能數(shù)據(jù)，不但提高了建筑設(shè)計(jì)效率，質(zhì)量上也會(huì)得到保障，還能夠更進(jìn)一步地減少人力資源的使用和設(shè)計(jì)資金的浪費(fèi)。從這一方面來看，BIM可視化技術(shù)的運(yùn)用，還能夠有效地降低建筑施工成本。

5.2 利用BIM設(shè)計(jì)圖紙

當(dāng)下超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的運(yùn)用成為關(guān)鍵，能夠起到建筑信息集成、設(shè)計(jì)與管理的作用，有利于提高建筑施工效率、節(jié)約投資成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)。目前BIM技術(shù)主要運(yùn)用在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方面，通過提前建立模型獲取更多完整、專業(yè)的信息數(shù)據(jù)，從而設(shè)計(jì)出詳細(xì)的圖紙[5]。基于BIM可視化技術(shù)設(shè)計(jì)出的圖紙，在立體感與層次性上面較為顯著，相比于傳統(tǒng)二維圖紙，這也是BIM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)。BIM可視化技術(shù)在使用過程中，由設(shè)計(jì)人員完成建模，并在后續(xù)調(diào)整、優(yōu)化其中的細(xì)節(jié)，從而制作出具有色彩的設(shè)計(jì)圖紙，施工人員能夠直觀看到建筑結(jié)構(gòu)情況，包括具體的施工理念等。即使在建筑規(guī)模較大的情況下，仍然可以借助BIM技術(shù)放大細(xì)節(jié)，利用小范圍結(jié)構(gòu)圖紙明確施工要求，并且圖紙考慮到建筑比例關(guān)系與外觀等因素。由此可見，BIM可視化技術(shù)的優(yōu)勢，只要能夠充分融入超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，發(fā)揮出其本身的作用與價(jià)值，就會(huì)為建筑質(zhì)量提供保障，同時(shí)有效減少施工過程中的各類風(fēng)險(xiǎn)。因此使用BIM技術(shù)進(jìn)行施工圖紙的繪制和設(shè)計(jì)這一方式，應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁鼜V泛的使用，不同施工單位和企業(yè)都需要對(duì)BIM技術(shù)在圖紙繪制中的運(yùn)用，引起足夠的重視。

5.3 創(chuàng)建3D模型

BIM技術(shù)的運(yùn)用主要以數(shù)據(jù)信息為前提，借助建筑工程的數(shù)據(jù)信息構(gòu)建3D模型，以此來模擬最真實(shí)的三維建筑，憑借模型的優(yōu)勢對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位完善。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)將信息簡單結(jié)合，并沒有發(fā)揮出真正的作用，而BIM可視化技術(shù)將信息技術(shù)作為仿真模擬基礎(chǔ)，并應(yīng)用在設(shè)計(jì)、施工以及管理當(dāng)中。目前來看，BIM技術(shù)創(chuàng)建的3D模型有著巨大價(jià)值，有利于完善超高層建筑的局限性，所以很多建筑單位都在積極運(yùn)用BIM技術(shù)，提高建筑管理水平與自身的核心競爭力。相比傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)，3D模型無疑更能表現(xiàn)出超高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，包括梁墻與梁柱的連接點(diǎn)、各項(xiàng)施工節(jié)點(diǎn)以及安裝方法等?？梢哉f整個(gè)施工過程充滿了挑戰(zhàn)，如果沒有合理運(yùn)用施工技術(shù)，不僅會(huì)影響施工進(jìn)度，建筑質(zhì)量同樣會(huì)隨之降低，甚至為建筑工程留下安全隱患。BIM可視化技術(shù)的運(yùn)用，充分降低了建筑設(shè)計(jì)與施工難度，憑借3D模型的創(chuàng)建，能夠直接模擬超高層建筑整體、部分項(xiàng)目，包括建筑中的管線位置，為施工提供了更多依據(jù)。但需要注意的是，3D模型的創(chuàng)建，需要具備專業(yè)技術(shù)水平工作人員的參與，因此進(jìn)行具有綜合實(shí)力的高素質(zhì)人才聘用，成為了未來施工單位應(yīng)當(dāng)重視的問題。

5.4 開展虛擬施工

在超高層建筑施工中，存在一系列的影響因素，設(shè)計(jì)方案往往與實(shí)際施工存在差異性，往往會(huì)對(duì)建筑工程造成顯著影響。BIM技術(shù)具有可視化特點(diǎn)，基于三維模型明確項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造以及管理運(yùn)行，整個(gè)過程都被包含在內(nèi)，從而便于后續(xù)的溝通、討論以及決策等。其次，還可以借助BIM技術(shù)模擬施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問題，確保與施工形成匹配，充分保障超高層建筑質(zhì)量。虛擬施工需要利用BIM可視化技術(shù)來完成，借助計(jì)算機(jī)對(duì)施工環(huán)節(jié)展開超前預(yù)測，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、參數(shù)化設(shè)計(jì)等重要功能，使施工環(huán)境能夠更加真實(shí)展現(xiàn)，讓施工人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題。例如借助模擬施工做好碰撞檢測，避免后續(xù)出現(xiàn)大量返工，同時(shí)解決空間內(nèi)關(guān)系沖突，針對(duì)性完善施工方案，確?？茖W(xué)合理降低誤差現(xiàn)象，避免后期返工造成較大損失。其次，建筑模擬施工有利于完善管道、線路設(shè)計(jì)，并且基于三維可視化功能，與施工進(jìn)展形成清晰對(duì)比，這樣每個(gè)建筑項(xiàng)目都能得到掌握，有效降低了建筑質(zhì)量問題。虛擬施工功能的開發(fā)，還能夠有效地降低施工設(shè)計(jì)完善和改進(jìn)的成本，讓目標(biāo)建筑呈現(xiàn)出最為完美的施工效果。

5.5 環(huán)保方面的應(yīng)用

BIM可視化技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用，其價(jià)值不僅僅是優(yōu)化施工過程，還可以提高建筑的綠色環(huán)保性能，目前來看設(shè)計(jì)師基于BIM技術(shù)，除了關(guān)注施工流程是否滿足需求外，在其他領(lǐng)域同樣能夠創(chuàng)造價(jià)值。我國現(xiàn)代建筑行業(yè)全面倡導(dǎo)綠色發(fā)展，因此環(huán)境保護(hù)將成為趨勢，尤其在超高層建筑中已經(jīng)融入綠色理念，為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，應(yīng)借助BIM技術(shù)的全面使用，合理規(guī)劃超高層建筑綠色環(huán)境、性能。例如通過BNP技術(shù)合理設(shè)計(jì)超高層建筑位置、朝向，分析出最佳的通風(fēng)與采光，從而提高建筑內(nèi)部舒適度，在滿足日常生活條件的同時(shí)，借助布局實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以把BIM技術(shù)與Ecotect軟件結(jié)合使用，并分析出光照、太陽輻射等重要因素，充分滿足現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計(jì)需求。通過實(shí)踐運(yùn)用發(fā)現(xiàn)BIM可視化技術(shù)，確實(shí)能夠在綠色環(huán)保方面起到作用，只要發(fā)揮出BIM技術(shù)的最大化作用，我國建筑行業(yè)必然實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)。這與我國可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)理念不謀而合，因此從這個(gè)方面來看，BIM技術(shù)具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景和發(fā)展空間。

6 結(jié)語

科技發(fā)展為我國建筑行業(yè)注入了更多驅(qū)動(dòng)力，憑借著先進(jìn)的技術(shù)手段，大幅提高建筑水平與質(zhì)量，尤其是BIM技術(shù)的引入，改變了傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)中的缺陷和不足，通過打造3D模型模擬施工，制定詳細(xì)的施工流程。近年來高層、超高層建筑越來越多，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在一定難度，為了保證安全性和穩(wěn)定性，必須借助BIM技術(shù)完善施工流程，并且超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用BIM技術(shù)已經(jīng)成為必然的趨勢。由此可見，BIM技術(shù)的作用不可替代，有利于增強(qiáng)現(xiàn)代高層建筑水平，充分保障建筑質(zhì)量，因此要根據(jù)建筑實(shí)際合理運(yùn)用，推動(dòng)我國建筑行業(yè)快速發(fā)展。