BIM技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用分析

周林花

上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司 上海 200030

1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

所謂BIM（（Building Information Modeling）技術(shù)，中文將其稱之為建筑信息模型。這是一種現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的成果，作為一種建筑設(shè)計(jì)軟件，其不同于傳統(tǒng)的CAD，只停留在二維圖面上；而是能夠?qū)⒔ㄖO(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，全部集成在建筑模型上，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、模擬化，更能夠做到協(xié)調(diào)化，為建筑設(shè)計(jì)和施工提供了非常大的便捷性。BIM技術(shù)的應(yīng)用，使得建筑行業(yè)從傳統(tǒng)的粗放模式，向高效與精細(xì)模式有了很好的過渡，對(duì)于建筑行業(yè)的未來發(fā)展起到了非常重要的作用。BIM技術(shù)就其特點(diǎn)來看，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1.1 可視化

BIM技術(shù)最為顯著的特點(diǎn)，就是可視化，這是在建筑行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，都是停留在紙面上。即使能夠在可視化方面作出一定的努力，也僅限于對(duì)構(gòu)建的大小、色彩作出表示等等，這樣的效果是非常有限的，不但內(nèi)容單一，更重要的缺乏構(gòu)件之間的互動(dòng)與反饋。特別是各個(gè)專業(yè)之間的互動(dòng)，如在某工程高層設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)YJK只是將結(jié)構(gòu)框架搭建出來，建筑方案中只是通過效果圖表現(xiàn)出建筑效果，并不能把建筑和結(jié)構(gòu)相結(jié)合的時(shí)候的狀態(tài)表現(xiàn)出來，如YJK圖1，BIM圖2，BIM的出現(xiàn)，則真正實(shí)現(xiàn)了可視化，所有的建筑相關(guān)的內(nèi)容，都能夠通過模型直觀的表現(xiàn)出來，而且這種可視化是能夠滿足構(gòu)件的互動(dòng)與反饋的，這就極大的突破了2D時(shí)代的問題，不但能夠更加直觀的觀察設(shè)計(jì)方案，而且還可以隨時(shí)做出調(diào)試、模擬和分析，還能夠有效避免其中的錯(cuò)誤，讓整個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)，到建造，到運(yùn)營，都處于可視狀態(tài)下。

圖1

圖2

1.2 模擬性

BIM技術(shù)因?yàn)槭菍⒏鞣N構(gòu)件、參數(shù)集成在模型之上的，所以通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)、構(gòu)件就能夠?qū)φ麄€(gè)項(xiàng)目展開模擬。事實(shí)上BIM技術(shù)的模擬性在建筑結(jié)構(gòu)施工的整個(gè)過程中都可以得到體現(xiàn)。利用BIM技術(shù)的模擬性，不但能夠優(yōu)化施工方案、還能夠提升施工質(zhì)量，控制施工風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，利用BIM的模擬性，可以將方案直觀體現(xiàn)出來，如果其中存在設(shè)計(jì)的問題、缺陷或者個(gè)體與整體的碰撞，都能夠很好的表現(xiàn)出來并及時(shí)予以修改。在超標(biāo)階段，還能夠利用BIM技術(shù)，將3D模型與施工進(jìn)度銜接起來，從而對(duì)施工進(jìn)程展開全面的模擬，進(jìn)而找出最優(yōu)施工方案，發(fā)現(xiàn)施工中的關(guān)鍵進(jìn)程、在材料選擇過程中，同樣能夠基于BIM技術(shù)展開模擬，從而將各種費(fèi)用、成本利用模型反映出來，從而得到更科學(xué)的材料采購方案，進(jìn)而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目成本實(shí)施有效控制。

在某工程中，前期設(shè)計(jì)中將建筑與結(jié)構(gòu)綜合建BIM模型，在設(shè)計(jì)階段就能清晰直觀的看出整體的立面效果和建筑結(jié)構(gòu)之間的連接與交互，有效避免解決建筑中的凈高和碰撞問題。

1.3 協(xié)調(diào)性

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，建筑規(guī)模也越來越大，所以在建筑項(xiàng)目中的協(xié)調(diào)性至關(guān)重要，尤其是高層建筑更是如此。建筑、結(jié)構(gòu)、水電、暖通各個(gè)專業(yè)相互協(xié)調(diào)建筑工程的順利開展，需要施工單位、業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位緊密配合，同時(shí)施工單位中，還有總包與分包，各種不同施工內(nèi)容可能分屬不同施工廠商。所以如果這單位之間無法有效配合，無法做到信息的暢通，必然會(huì)對(duì)工程造成很大的困擾、輕則導(dǎo)致工程進(jìn)度延誤，重則造成嚴(yán)重質(zhì)量和安全問題。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠很好的解決各單位之間的協(xié)調(diào)和溝通問題。基于相同的模型，項(xiàng)目相關(guān)單位能夠及時(shí)同步共享所有的信息，完成信息交換，保證信息交流的暢通性；同時(shí)各單位根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展修改或維護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)后，這些數(shù)據(jù)造成的影響將會(huì)同步到整個(gè)模型，這樣就能夠有效避免不同單位之間因?yàn)闇贤ú粫扯鴮?dǎo)致的決策抵觸，最大程度保證施工的準(zhǔn)確性和一致性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)

對(duì)于高層建筑的具體定義，按照我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中的內(nèi)容，10層及以上的建筑、高度超過28m的住宅建筑，以及高度超過24m的其他民用建筑，均稱之為高層建筑。由此可見，高層建筑的直觀體現(xiàn)，就是層數(shù)多，高度高。相對(duì)于一般性建筑施工，高層建筑的施工難度大，且具有以下的一些特點(diǎn)：

（1）高層建筑往往工程量較大，且各種工序復(fù)雜程度高，需要各方緊密配合。一般般情況下，高層建筑至少需要土方、鋼筋、模板、混凝土等十多個(gè)專業(yè)工種，二者這些作業(yè)往往需要交叉配合，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)較高。

（2）施工工期相對(duì)較長。很多高層建筑的單棟建設(shè)周期都需要數(shù)年，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國當(dāng)前的高層建筑平均施工工期是2年左右，而建筑結(jié)構(gòu)周期通常為一層三到十天。所以在這漫長的周期中，必然會(huì)有雨季、冬季，施工難度更高。

（3）安全防護(hù)嚴(yán)格。高層建筑的施工必然有很多屬于高空作業(yè)，因此在施工過程中務(wù)必要做好各種安全防護(hù)措施，一方面要做好高空作業(yè)人員的安全防護(hù)，另一方面也要有效保證地面人員安全。所以安全防護(hù)更加嚴(yán)格，防護(hù)成本也更高。

（4）質(zhì)量要求高。相對(duì)于一般性建筑，高層建筑的施工質(zhì)量有更高的要求，不僅要有更好的防水性、防震性、穩(wěn)定性；而且對(duì)于使用的各種材料，施工的各個(gè)工序的質(zhì)量要求都相應(yīng)更高。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)施工中

BIM技術(shù)的出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，對(duì)建筑行業(yè)來說無疑有非常積極的作用，而且隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，以及國家對(duì)于BIM技術(shù)的相關(guān)政策的不斷更新和優(yōu)化，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域中發(fā)揮的作用也越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣，在設(shè)計(jì)、施工、管理、預(yù)算等都起到了關(guān)鍵作用。在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中，BIM的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 三維碰撞檢查

對(duì)于高層建筑來說，包括電力、通信等各種管線布置非常重要，并且隨著社會(huì)的發(fā)展，各種管線的復(fù)雜程度也越來越高。然而如果采用傳統(tǒng)的2D圖紙模式，各個(gè)專業(yè)的管線布設(shè)，只能從自身角度展開，無法反應(yīng)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)整體布線情況，所以很容易出現(xiàn)不同專業(yè)、不同系統(tǒng)的布線碰撞，這也對(duì)后續(xù)施工造成了諸多不便。所以，將BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)施工中，能夠基于模型展開三維碰撞檢查，從而找出其中設(shè)計(jì)的沖突，及時(shí)予以調(diào)整，這樣就能夠最大程度的避免出現(xiàn)返工。而且BIM技術(shù)在完成三維碰撞后，以優(yōu)化的模型作為施工的依據(jù)，對(duì)于保證施工質(zhì)量有很好的保障。

3.2 模擬施工

相對(duì)于一般建筑來說，高層建筑的施工周期長、工程量大、規(guī)模大，所以施工過程中各種突發(fā)狀況的發(fā)生可能性也更高。所以將BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑施工中，能夠通過計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)施工過程展開模擬，從而最大程度的降低突發(fā)情況的發(fā)生，是建筑施工具有更好的可控性。通過實(shí)施模擬施工，能夠?qū)Ξ?dāng)前的相關(guān)工程數(shù)據(jù)展開全面的模擬檢測，從而發(fā)現(xiàn)其中的設(shè)計(jì)問題，并及時(shí)予以改正；對(duì)于不合理的工程數(shù)據(jù)，提前做出調(diào)整。更重要的是，在模式施工中，能夠?qū)Ω鞣N風(fēng)險(xiǎn)有很好的評(píng)估，通過對(duì)不同方案的模擬，在滿足施工周期、質(zhì)量和成本要求的基礎(chǔ)上，選擇風(fēng)險(xiǎn)最小，可控性更高的施工方案，這樣能夠更加有效的保證施工的順利進(jìn)行。總的來說，BIM技術(shù)的運(yùn)用，將讓施工管理人員更加有效的把控現(xiàn)場，更有針對(duì)性的展開施工管理，更有利于施工質(zhì)量和效率管控。

3.3 4D模擬施工

建筑施工不僅是一個(gè)復(fù)雜的過程，而且是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，并且在這個(gè)過程中，影響因素眾多，任何環(huán)節(jié)的問題最終都可能造成結(jié)果的變化，表現(xiàn)出來的可能就是材料的浪費(fèi)、質(zhì)量的缺失、進(jìn)度的延緩、成本的失控。高層建筑的控制則更加困難，管理也更加復(fù)雜。所謂4D模擬施工，就是將3D模型與施工進(jìn)度連接起來，從而形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的模擬模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度、材料、設(shè)備、人力、成本的動(dòng)態(tài)管理，讓施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)都在有效掌控范圍內(nèi)。

4 小結(jié)

綜上所述，BIM技術(shù)對(duì)于建筑行業(yè)來說無疑有非常積極的意義，將其應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中，能夠?qū)ㄖ┕みM(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等多方面產(chǎn)生優(yōu)化作用；同時(shí)使用BIM技術(shù)展開建筑設(shè)計(jì)和施工，也能夠有效提高施工管理的效率，保證管理的有效性。尤其是能夠有效改善傳統(tǒng)施工管理中的諸多問題，對(duì)施工行業(yè)的整體優(yōu)化，對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)健康發(fā)展也具有非常重要的意義。