BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的整合應(yīng)用研究

王立泰

（甘肅第六建設(shè)集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

在當前城市土地資源愈發(fā)緊缺的情況之下，超高層建筑逐漸成為當前我國城市建設(shè)過程中的重點項目，但是由于超高層建筑其本身工程量巨大，實際施工工序較多等各方面原因，導(dǎo)致施工過程、質(zhì)量以及進度控制存在較大難度。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，則能夠?qū)崿F(xiàn)對于超高層建筑施工的全過程管控，對于保障施工質(zhì)量、進度、技術(shù)應(yīng)用效果等多個方面有著積極作用，并且在當前超高層建筑施工項目當中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。因此，加強對于BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的整合應(yīng)用研究是十分有必要的。

1 超高層建筑優(yōu)勢

超高層建筑是在當前城市土地資源極度緊缺的情況下而發(fā)展起來的一種建筑形式，但是超高層建筑的優(yōu)勢卻不僅僅在于節(jié)約用地、垂直發(fā)展這一個方面。除此之外，超高層建筑還具有以下優(yōu)勢和優(yōu)點：第一，采光較好，基于超高層建筑其本身層高較高，因此采光十分優(yōu)良，而且超高層建筑的視野也相對較好，能夠為房屋使用者提供良好的環(huán)境，同時良好的采光還能夠給人以愉悅的感受。第二，有助于提升城市形象，超高層建筑作為現(xiàn)代經(jīng)濟、科技的產(chǎn)物，能夠成為展示當前城市經(jīng)濟水平和發(fā)展水平的重要標志，很多超高層建筑都能夠作為城市地標性建筑，因此有著提升城市形象，甚至國家形象的作用。第三，提高生活和工作的舒適度，超高層建筑不僅視覺景觀較好，而且濕度小，由于樓層較高，因此遠離汽車尾氣等，空氣質(zhì)量也相對較好，還能夠遠離噪聲污染，為人們生活和工作提供良好的環(huán)境。第四，促進科技進步，超高層建筑的發(fā)展與土木建筑工程學科中的各個專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展水平都有著密切的關(guān)系，例如機械工程、材料科學、計算機科學等，因此超高層建筑的發(fā)展也帶動了很多科技的發(fā)展。

2 超高層建筑施工特點

第一，工序較多，超高層建筑施工不僅包括土方施工、鋼筋混凝土施工、模板施工，還包括管線敷設(shè)安裝以及裝修施工等，而且這些工序?qū)嵤┑倪^程中，還可能存在交叉作業(yè)的情況，因此施工協(xié)調(diào)相對較為復(fù)雜。第二，工程量大，相較于普通建筑工程而言，超高層建筑的面積、體積較大，因此工程量相對較大，同時所需要的材料、機械設(shè)備以及施工人員等都較多，需要進行施工準備的工作也較大。第三，施工周期長，通常情況下，單棟高層建筑施工工期為2～4年，而超高層建筑的施工工期要相對更長，而且需要過冬，因此施工工期十分緊張，對于施工技術(shù)措施、工序安排等都有著較高的要求。第四，地基基礎(chǔ)較深，為保障超高層建筑的質(zhì)量和穩(wěn)定性，其地基基礎(chǔ)較深，基坑支護也更為復(fù)雜。第五，高空作業(yè)較多，超高層建筑施工過程中，垂直運輸量較大，而且高空作業(yè)較多，需要安排好相應(yīng)材料、設(shè)備以及人員的垂直運輸，同時為保障施工安全，還需要做好相應(yīng)安全防護措施，對于安全防護要求較高。第六，機械化多，超高層建筑樓層數(shù)較多，為進一步提升工程的進度，就需要利用大量的機械化設(shè)備展開施工作業(yè)，因此如何協(xié)調(diào)好不同工種、工序之間的交叉作業(yè)就成為機械作業(yè)過程中的重點內(nèi)容，同時還應(yīng)保障機械施工技術(shù)水平和施工安全。

3 BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)項目物理以及功能特性的數(shù)字表達，同時BIM技術(shù)也能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源的高效共享，為建筑施工全過程決策提供相應(yīng)數(shù)據(jù)參考和依據(jù)，并且在項目實施的各個階段還能夠借助BIM技術(shù)實現(xiàn)信息的錄入、提取和修整等，以此充分反映施工推進情況。BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面。

第一，推動CAD技術(shù)應(yīng)用。運用BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于建筑信息的數(shù)字化轉(zhuǎn)變，并創(chuàng)建建筑信息模型，有助于解決工程設(shè)計過程中的問題，二維設(shè)計圖紙在當前建筑工程中仍然有其自身的優(yōu)勢，但是實際應(yīng)用過程中，面臨著很多限制和問題，而BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠通過格式轉(zhuǎn)換，進一步簡化CAD的應(yīng)用，同時擴大CAD的應(yīng)用范圍。

第二，提高建筑施工質(zhì)量。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對于建筑施工各個階段、各個專業(yè)的信息集成，將相應(yīng)技術(shù)與生產(chǎn)進行有效連接，以此實現(xiàn)對于整個施工過程的管控，通過BIM技術(shù)能夠有效解決傳統(tǒng)施工管理模式下，相關(guān)數(shù)據(jù)信息精度較低，施工效率較低的問題，通過施工模擬進而明確實際施工過程中可能存在的問題，實現(xiàn)對于施工方案的優(yōu)化調(diào)整，以此保障施工質(zhì)量。

第三，提高工程綜合效益。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對于施工質(zhì)量、施工進度以及施工成本的有效管控，通過前期虛擬施工，減少施工過程中出現(xiàn)的問題，或者返工情況，以此實現(xiàn)進度、質(zhì)量和成本控制，進而給業(yè)主創(chuàng)造更大的利益，提升工程整體效益。

4 BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的整合應(yīng)用

4.1 虛擬施工管理

虛擬施工管理就是指在施工之前，通過BIM技術(shù)對施工現(xiàn)場進行模擬，以此解決施工組織設(shè)計以及施工現(xiàn)場當中可能存在的各種問題，通過事前管控，進一步確保施工過程順利推進。虛擬施工管理主要包括以下幾個方面內(nèi)容。

第一，施工場地布置。基于超高層建筑實際情況，施工場地的布置是隨著施工進度的改變而不斷變化的，主要是為了能夠為施工提供便利，而傳統(tǒng)的二維設(shè)計無法滿足這種動態(tài)需求，因此需要使用BIM技術(shù)，以及相關(guān)場地管理軟件，實現(xiàn)對于現(xiàn)場布置方案的三維模擬，包括材料堆放、貨運路線等多個方面的模擬。

第二，復(fù)雜施工方案設(shè)計。以超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工為例，借助BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)項目施工立體化設(shè)計和布置，以此全面了解該設(shè)計方案的實際情況，并通過BIM技術(shù)實現(xiàn)對于鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程的仿真模擬，明確實際施工流程，并對模擬施工過程中存在的問題進行優(yōu)化和解決，減少后續(xù)施工過程中可能存在的問題，降低返工等情況出現(xiàn)的概率，進一步保障工程質(zhì)量，合理控制施工進度。管線綜合排布的漫游效果圖如圖1所示。

圖1 漫游效果圖

第三，關(guān)鍵工藝展示。由于超高層建筑施工難度較大，施工工藝復(fù)雜，為保障施工質(zhì)量效果，需要對關(guān)鍵工藝進行展示，并實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。對此，可通過運用BIM技術(shù)構(gòu)建關(guān)鍵工藝模型，并借助相應(yīng)動態(tài)觀察工具，對實際施工過程進行動態(tài)模擬和碰撞實驗，以此進一步提高施工精度，確保工程質(zhì)量。

第四，土建主體結(jié)構(gòu)施工模擬。對此需要使用相應(yīng)建模軟件，構(gòu)建BIM模型，然后對整個模型進行綜合評估和分析，進而構(gòu)建單位施工模型，實現(xiàn)對于施工組織設(shè)計的進一步調(diào)整和優(yōu)化，保障施工工序的合理性，進而確定相應(yīng)施工方案、進度計劃等。然后根據(jù)進度計劃，對施工過程展開演示和模擬，為后續(xù)施工奠定良好基礎(chǔ)，進而達到提升施工效率，保障施工質(zhì)量的目的。

4.2 深度優(yōu)化設(shè)計

超高層型鋼混凝土作為建筑施工的主要結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用BIM技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計的過程中應(yīng)注意以下要點：第一，當出現(xiàn)柱縱向鋼筋與H型鋼梁翼緣相遇的情況時，需要將縱向鋼筋與套筒進行連接設(shè)計，然后將套筒通過焊接的方式與鋼梁翼緣連接；第二，在進行設(shè)計的過程中，若出現(xiàn)梁中鋼筋與圓鋼管柱相遇的情況，需要盡可能繞過鋼骨，在此過程中，可采用并筋的方式進行處理，但是對于規(guī)格為φ28 mm的鋼筋并筋數(shù)不能超過3，規(guī)格為φ32 mm并筋數(shù)不能超過2。除此之外，為保障鋼構(gòu)件設(shè)計的合理性，還需要借助BIM進行碰撞檢測，并針對相關(guān)零件進行加工制造，BIM技術(shù)下得到的構(gòu)件加工圖例如圖2所示。

圖2 構(gòu)件加工圖例

4.3 施工技術(shù)交底

BIM技術(shù)能夠為整個建筑工程項目提供全面充足的信息數(shù)據(jù)，其中存儲了大量的工程信息，在實際進行施工技術(shù)交底的過程中，能夠快速從中提取出所需要的數(shù)據(jù)等，以此促使施工人員和技術(shù)人員全面了解詳細施工信息，進一步保障施工質(zhì)量，確保施工順利推進。

4.4 材料質(zhì)量管理

對于超高層建筑施工而言，其所需要使用的建筑施工材料較多、種類繁雜，施工材料質(zhì)量對于建筑工程整體效果、質(zhì)量以及安全性等有著直接的影響，因此加強對于材料質(zhì)量的管控是十分有必要的。但是傳統(tǒng)人工管理方式，不僅工作量相對較大，而且需要消耗大量的人力資源，耗時也相對較長，而BIM技術(shù)的應(yīng)用則能夠有效避免此類問題。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于材料質(zhì)量當中各項參數(shù)的匯總，并將其與設(shè)計要求進行對比分析，能夠盡快發(fā)現(xiàn)材料質(zhì)量問題，以此及時采取有效解決措施，避免對施工質(zhì)量、進度等造成不良影響。而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對于材料合格證、質(zhì)檢證等相關(guān)文件資料的保存和管理，便于相關(guān)管理人員進行信息調(diào)取和材料質(zhì)量的管控，有效提升了材料質(zhì)量管理的便利性。

4.5 施工進度管理

BIM技術(shù)在施工進度管理方面的應(yīng)用過程，主要包括以下內(nèi)容：第一，施工計劃與變更管理，通過構(gòu)建完整的建筑信息模型，以及可視化的進度計劃表達方式，實現(xiàn)各專業(yè)、各部門對于施工進度建設(shè)情況的了解以及討論溝通，確保施工進度計劃按時推進，并在出現(xiàn)進度變更的情況時，能夠及時展開信息資源共享和計劃變更討論；第二，現(xiàn)場管理，借助BIM技術(shù)以及AR技術(shù)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場施工信息進行形象化存儲、管理和檢索，使得在實際施工的過程中，相關(guān)施工人員以及管理人員能夠提前查看到工程結(jié)果，以此幫助相關(guān)人員預(yù)防和消除可能出現(xiàn)的錯誤問題。第三，施工材料管理，借助現(xiàn)有的施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，以及相應(yīng)資源消耗的模型，計算出相關(guān)資源用量，并根據(jù)施工進度、時間等明確物資消耗情況，進而形成物資需求計劃，實現(xiàn)對于物資的動態(tài)管理，并為物資的采購、運輸?shù)忍峁┛煽恐С?，保障物資供應(yīng)充足的同時，避免物資過度積壓，確保施工進度計劃能夠按時完成。

5 結(jié)束語

將BIM技術(shù)應(yīng)用在超高層建筑施工當中，不僅能夠推動CAD技術(shù)的應(yīng)用，提高建筑施工質(zhì)量，還能夠有效提升建筑工程的綜合效益。在實際應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，可通過虛擬施工管理，在施工前對施工場地的布置、復(fù)雜工序方案以及關(guān)鍵施工工藝以及主體結(jié)構(gòu)施工等進行模擬和展示，同時還能夠?qū)κ┕ぴO(shè)計進行深化，支持施工技術(shù)交底、材料質(zhì)量管理，以及施工進度管理。相信隨著對BIM技術(shù)的深入研究和應(yīng)用探索，超高層建筑施工水平和質(zhì)量將會得到進一步提升。