BIM技術(shù)在超高層建筑中的綜合應(yīng)用

BIM（建筑信息模型）技術(shù)是實現(xiàn)建筑業(yè)精細(xì)化和信息化管理的重要工具。介紹了BIM技術(shù)在超高層建筑項目的綜合應(yīng)用，通過數(shù)字仿真模擬的三維信息化模型實現(xiàn)土建施工、機(jī)電安裝、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、幕墻和裝飾裝修施工和項目現(xiàn)場管理等多方面的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用，同時結(jié)合信息化管理科學(xué)有效地確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度，為BIM技術(shù)在大型工程施工中從前期圖紙會審階段到工程竣工階段的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用提供了技術(shù)參考。

建筑模型; BIM技術(shù); 施工模擬; 信息化管理

TP317.4 A

［定稿日期］2022-03-23

［作者簡介］張春銀（1977—），女，本科，高級工程師，從事施工技術(shù)管理工作。

眉山春熙廣場是眉山市地標(biāo)性建筑，是一座以住宅、公寓、酒店和商業(yè)的大型綜合樓（圖1），具有規(guī)模大、現(xiàn)場管理難度大，且當(dāng)?shù)卣P(guān)注度高等特點，項目部策劃引入BIM技術(shù)綜合應(yīng)用，通過建立精細(xì)化BIM建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型，利用模型進(jìn)行碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)圖紙問題；建立三維施工場地布置模型，進(jìn)行綜合模擬施工，合理安排施工工序及進(jìn)度計劃；根據(jù)土建及安裝施工需要進(jìn)行深化設(shè)計，進(jìn)一步細(xì)化、完善、指導(dǎo)建筑復(fù)雜節(jié)點的施工以及現(xiàn)場錯綜的機(jī)電管線施工安裝；利用BIM軟件搭設(shè)支模架、腳手架三維模型，指導(dǎo)編制施工方案及現(xiàn)場施工；并針對眉山春熙廣場項目地下室圓形結(jié)構(gòu)建立BIM模型，開展復(fù)雜結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)應(yīng)用；引入BIM數(shù)字化管理平臺進(jìn)行進(jìn)度、質(zhì)量、安全施工管理，實現(xiàn)了項目級數(shù)字化管理模式。通過BIM技術(shù)在超高層建筑中的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)了從前期圖紙會審階段到工程竣工階段的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用。

1 土建施工BIM應(yīng)用

1.1 模型建立及應(yīng)用

（1）根據(jù)施工圖紙建立精確的建筑3D信息模型， 實現(xiàn)建筑外觀的可視化，通過土建BIM模型發(fā)現(xiàn)圖紙問題并反饋至設(shè)計院，經(jīng)設(shè)計院調(diào)整后重新修改，并對三維模型按其修改的圖紙問題驗證其調(diào)整方案的合理性，有效避免返工，節(jié)約材料，并有利于環(huán)境保護(hù)。

（2）建立3D模型，運用BIM技術(shù)解決常規(guī)性的結(jié)構(gòu)碰撞和異型（如圓弧形）結(jié)構(gòu)、地下室坡道、樓梯間等重要節(jié)點施工難題；框架柱與弧形剪力墻和弧形梁交接處存在復(fù)雜的施工節(jié)點，模板及鋼筋施工困難。通過對圓弧形墻、梁三維模型的建立，可以直觀展示出弧形梁的空間位置關(guān)系和不規(guī)則的形體信息。在實際施工中，采用傳統(tǒng)放線方法不能滿足施工要求，通過應(yīng)用BIM技術(shù)使用空間三維坐標(biāo)體系控制定位放線，達(dá)到精確定位，應(yīng)用BIM技術(shù)對圓弧形梁模板進(jìn)行拼裝，優(yōu)化模板的選用以及使用的效果，統(tǒng)計模板使用量，合理規(guī)劃進(jìn)場材料（圖2）。

（3）建筑工程地下室車道標(biāo)高隨坡道高度而定，通過三維模型的建立，可以直觀觀察梁標(biāo)高，便于實際施工中精確梁標(biāo)高定位；三維模型建立可以及時發(fā)現(xiàn)車庫入口處與梁底面凈距，不滿足規(guī)范要求時，及時調(diào)整，避免返工現(xiàn)象（圖3）。

1.2 支模架及外腳手架三維模型搭建

（1）利用建立的3D模型進(jìn)行模板支模架搭設(shè)的應(yīng)用，確保支模架施工搭設(shè)的安全可靠性，預(yù)先進(jìn)行常規(guī)支模架和高支模三維架體排布、確定安全網(wǎng)鋪設(shè)位置、混凝土分層澆筑高度、剪刀撐位置及間距、梁柱節(jié)點加固方式、頂托自由端超長部位進(jìn)行調(diào)整，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，實現(xiàn)可視化交底，優(yōu)化專項方案（圖4）。

（2）BIM建立外腳手架三維模型圖，可智能布架并計算腳手架工程設(shè)計參數(shù)，支持整棟、整層、任意剖面三維顯示，通過內(nèi)置三維顯示模型實現(xiàn)達(dá)到照片級的渲染效果，有助于工程技術(shù)交底和細(xì)節(jié)呈現(xiàn)（圖5）。

1.3 施工場地布置

（1）應(yīng)用BIM施工現(xiàn)場布置軟件建立精確的BIM模型，進(jìn)行仿真現(xiàn)場臨設(shè)規(guī)劃、3D動態(tài)觀察、自由漫游行走，可對施工活動、拆卸等操作進(jìn)行全面的模擬。

（2）應(yīng)用BIM虛擬交底，按照施工規(guī)范建立虛擬樣板，方便現(xiàn)場管理人員更直觀清楚地了解項目施工要求（圖6）。

2 機(jī)電施工BIM應(yīng)用

2.1 建立可視化三維模型

（1）機(jī)電安裝工程BIM技術(shù)應(yīng)用及分析是要建立在建筑、結(jié)構(gòu)模型完成基礎(chǔ)上，通過在模型建立的過程中提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙存在的問題，形成BIM圖紙會審記錄，便于后期圖紙會審，避免不必要的返工；其次為后期機(jī)電管線碰撞檢查及深化設(shè)計提供模型基礎(chǔ)，實現(xiàn)各專業(yè)的可視化協(xié)同，同時幫助參建方更好地溝通協(xié)作，實現(xiàn)信息化管理（圖7）。

（2）根據(jù)圖紙會審記錄對模型進(jìn)行初步調(diào)整，調(diào)整完成后對模型進(jìn)行碰撞檢查，碰撞檢查前，還需要對碰撞類別進(jìn)行提前分析，考慮碰撞類別的不同提出不同的解決方案，根據(jù)以往經(jīng)驗制定了不同碰撞類型的解決方案，詳見表1。

（3）初步解決方案確定后，通過鏈接地下室各專業(yè)模型，將Revit軟件中鏈接好的綜合三維模型導(dǎo)入Fuzor軟件，利用Fuzor軟件進(jìn)行碰撞檢查分析。

（4）工程中地下室主要功能為設(shè)備房及地下車庫，一般情況對地下室凈高使用有很高的要求，為了滿足地下室設(shè)備用房及地下室對凈高使用要求，應(yīng)保證地下室各機(jī)電系統(tǒng)布置走向合理美觀，BIM模型可以有效地針對地下室綜合管線進(jìn)行深化設(shè)計并布置。

（5）結(jié)合機(jī)電三維模型的碰撞報告，結(jié)合各方的專業(yè)意見和建議逐一進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，縮短項目施工工期。

2.2 設(shè)備用房管線綜合布置應(yīng)用

（1）根據(jù)圖紙進(jìn)行設(shè)備清理各設(shè)備用房的設(shè)備及管線等部件，根據(jù)確定的設(shè)備型號按照設(shè)計或設(shè)備廠商提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行參數(shù)化模型建立。

（2）建立完所有設(shè)備基礎(chǔ)后進(jìn)行優(yōu)化布置，進(jìn)行碰撞檢測，通過對每個設(shè)備用房進(jìn)行綜合分析，制定了深化設(shè)計方案，完成模型的驗證（圖8）。

2.3 凈高分析

（1）無論是在地下室還是設(shè)備用房的模型優(yōu)化，都需要對樓層空間凈高進(jìn)行分析，不同功能區(qū)域規(guī)范對凈高要求不一樣，按規(guī)范的要求對現(xiàn)場設(shè)備用房模型進(jìn)行凈高檢查，找出不符合凈高規(guī)范的位置提前反饋至業(yè)主方和設(shè)計單位。

（2）凈高分析是通過把設(shè)備用房模型優(yōu)化后導(dǎo)入Fuzor軟件中，利用軟件測量工具中的凈距測量功能對安裝管道、風(fēng)管、橋架、結(jié)構(gòu)梁等進(jìn)行凈高測量，通過測量數(shù)據(jù)來判斷和驗證模型優(yōu)化后合理性（圖9）。

2.4 工程量統(tǒng)計

優(yōu)化后用于指導(dǎo)施工的模型，其模型精度可以達(dá)到LOD400程度，通過高精度的模型提取工程量得到的數(shù)據(jù)和對本工程機(jī)電系統(tǒng)模型的建立，不僅可以優(yōu)化專項方案，還可以根據(jù)模型，統(tǒng)計出給排水管道、橋架、風(fēng)管等用量，自動生成統(tǒng)計表，導(dǎo)出為Excel格式精確的材料用量便于實際應(yīng)用，可大大提高工作效率。

2.5 4D模擬施工

利用Fuzor軟件的施工4D模擬技術(shù)，導(dǎo)入設(shè)備用房的進(jìn)度計劃表，把設(shè)備用房的模型與施工進(jìn)度計劃表在軟件中進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過4D模擬直觀表現(xiàn)施工進(jìn)度計劃與模型之間的變化，在真正施工前對三維的設(shè)備用房模型進(jìn)行實時的可視化漫游和體驗，模擬真實性讓項目各方了解成本、工期與環(huán)境影響，有助于改進(jìn)規(guī)劃，盡早發(fā)現(xiàn)風(fēng)險，減少潛在浪費。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工BIM應(yīng)用

對鋼結(jié)構(gòu)屋架建立精細(xì)化BIM模型，并進(jìn)行深化設(shè)計，模擬裝配施工，對施工重點及難點進(jìn)行分析，然后優(yōu)化施工工藝，對施工人員進(jìn)行三維技術(shù)交底。

3.1 建立鋼屋架BIM模型

將傳統(tǒng)的二維圖紙變?yōu)槿S實體模型，更直觀地反映鋼結(jié)構(gòu)屋架造型，并且在建模過程及時發(fā)現(xiàn)多處鋼構(gòu)件節(jié)點的碰撞點，鋼結(jié)構(gòu)模型包含了整個鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點、構(gòu)件、材料等信息（圖10）。

3.2 利用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計

傳統(tǒng)設(shè)計施工圖紙只能二維展現(xiàn)結(jié)構(gòu)關(guān)系，缺乏直觀的三維空間關(guān)系，針對平立面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)構(gòu)件交叉碰撞的情況，需進(jìn)行構(gòu)件大小或者構(gòu)件標(biāo)高的修改調(diào)整，影響施工進(jìn)度且易造成現(xiàn)場返工等問題。因此，根據(jù)BIM模型檢查設(shè)計施工圖紙中的不合理位置，并撰寫圖紙問題確認(rèn)報告，交由設(shè)計人員核實修正。

3.3 屋頂鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝模擬

運用BIM技術(shù)，針對高空吊裝難度大，施工危險性較高，為保證鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工正常進(jìn)行，需要科學(xué)安排其施工技術(shù)及其流程步驟，有效防止安全質(zhì)量事故的出現(xiàn)。在吊裝前期做了詳細(xì)的施工模擬動畫，對施工重點及難點進(jìn)行分析，更直觀對操作人員進(jìn)行三維技術(shù)交底，不斷優(yōu)化施工工藝，保證裝配施工安全性、高效性（圖11）。

3.4 工程量統(tǒng)計

利用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實體建模以及后期的詳圖深化設(shè)計，基本等同于實際建筑的建造，鋼結(jié)構(gòu)BIM模型包含了整個工程的節(jié)點、構(gòu)件、材料等信息可以直接導(dǎo)出用鋼量、節(jié)點用螺栓數(shù)等材料清單。

4 幕墻和裝飾裝修施工BIM應(yīng)用

（1）運用BIM技術(shù)，將2D施工平面圖轉(zhuǎn)化為3D建筑裝飾裝修信息模型，視覺上更直觀呈現(xiàn)立體效果，能細(xì)化局部的施工工藝，明確各構(gòu)件所選用的材料（圖12）。

（2）在幕墻和裝飾裝修施工過程中，各裝飾裝修構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、設(shè)備沖突碰撞是經(jīng)常遇到的棘手問題。在建模過程中，應(yīng)用“碰撞檢查”，及時發(fā)現(xiàn)重疊或相互沖突的圖元，并生成碰撞報告，在施工前及時協(xié)調(diào)各專業(yè)圖紙，避免返工。

（3）運用BIM技術(shù)，將現(xiàn)場實際的尺寸復(fù)核到三維模型中，對墻地磚、石材及鋁板出排版施工定位圖和精準(zhǔn)排版圖，工廠可直接按照圖紙進(jìn)行加工，到達(dá)施工現(xiàn)場后按照圖紙編號進(jìn)行施工，不需要進(jìn)行二次加工和出現(xiàn)返工。

5 管理BIM應(yīng)用

BIM數(shù)字管理平臺，通過建立工程BIM模型，將模型導(dǎo)入施工項目管理平臺，利用三端一云（PC端、手機(jī)端、網(wǎng)頁端和關(guān)聯(lián)云）與BIM模型相關(guān)聯(lián)進(jìn)行項目進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理；利用BIM高效信息協(xié)同特點，打破原有公司各部門之間、企業(yè)與項目之間的信息壁壘，提高生產(chǎn)、質(zhì)量、安全相關(guān)信息的提取和共享效率，實現(xiàn)公司、項目生產(chǎn)、質(zhì)量、安全管理的信息化。

6 結(jié)束語

將BIM技術(shù)結(jié)合項目實際使用需求進(jìn)行探索研究，實現(xiàn)土建施工BIM應(yīng)用、機(jī)電施工BIM應(yīng)用、鋼結(jié)構(gòu)施工BIM應(yīng)用為主的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用。BIM技術(shù)應(yīng)用管理，解決了超高層城市綜合體施工中的技術(shù)難點，有效減少了圖紙問題造成的返工，工程質(zhì)量、工期得到了有力保障，為BIM技術(shù)在大型工程施工中的應(yīng)用提供了技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王鑫.建筑信息模型（BIM）建模技術(shù)析［M］. 北京，中國建筑工業(yè)出版社， 2019，136-142.

［2］ 建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)： GB/T51235-2017［S］. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社出版，2018.

［3］ 建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)： GB/T51212-2016［S］. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社出版，2017.