BIM技術(shù)在超高層建筑工程設(shè)計(jì)施工一體化中的應(yīng)用

王玉敬 山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

王 玉 山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

近年來(lái)，隨著土地資源緊張問(wèn)題日益嚴(yán)重，高層建筑、超高層建筑數(shù)量越來(lái)越多，已經(jīng)成為建筑工程的主要發(fā)展方向。超高層建筑比普通建筑的高度高、樓層數(shù)多，設(shè)計(jì)與施工的難度也更大。因此，超高層建筑建設(shè)過(guò)程中應(yīng)積極應(yīng)用BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化，以提升超高層建筑工程的施工效率與質(zhì)量。

1 BIM 技術(shù)簡(jiǎn)述

BIM 技術(shù)是以建筑工程的各項(xiàng)真實(shí)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制作工程3D 模型，對(duì)建筑工程進(jìn)行仿真模擬的技術(shù)。它是建筑領(lǐng)域與現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，在建筑領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價(jià)值，為推動(dòng)建筑工程建設(shè)質(zhì)量的提高做出了重要貢獻(xiàn)。BIM 技術(shù)誕生后，迅速在建筑領(lǐng)域得到應(yīng)用，并不斷推廣，原因在于其有著諸多優(yōu)勢(shì)。

首先，BIM 技術(shù)是一種集成化技術(shù)，對(duì)各種高新科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，且融合了各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、避免了不同技術(shù)的缺點(diǎn)。例如，BIM 系統(tǒng)中運(yùn)用了虛擬仿真技術(shù)，可仿真構(gòu)建出虛擬的建筑模型；運(yùn)用了計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，可在計(jì)算機(jī)上將建筑模擬展示出來(lái)；運(yùn)用了三維可視化技術(shù)，可將二維的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維化[1]。

其次，BIM 技術(shù)具有可視化的優(yōu)勢(shì)特征，在建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的時(shí)候，需要對(duì)建筑工程的相關(guān)信息進(jìn)行全面收集，并以此為根據(jù)建立工程3D 模型，將建筑空間結(jié)構(gòu)關(guān)系顯示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)“可視化”。

再次，BIM 技術(shù)具有協(xié)調(diào)性的優(yōu)勢(shì)特征，在建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理優(yōu)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，并通過(guò)協(xié)調(diào)多方來(lái)制定有效解決方案，保障設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性以及可行性。

最后，BIM 技術(shù)具有模擬性的優(yōu)勢(shì)特征，在建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的時(shí)候，一般需要使用計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)方案，檢測(cè)設(shè)計(jì)方案中可能存在的問(wèn)題。這種方式擺脫了時(shí)間與空間的限制，使設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)隨地觀看模擬結(jié)果，同時(shí)也可以對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，有利于規(guī)避各種問(wèn)題。

總之，BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常多，因此在超高層建筑的建設(shè)過(guò)程中有必要應(yīng)用BIM 技術(shù)來(lái)輔助工程設(shè)計(jì)、施工與管理，進(jìn)而推動(dòng)超高層建筑建設(shè)質(zhì)量的提高。

2 BIM 技術(shù)在超高層建筑工程中的應(yīng)用策略

2.1 開(kāi)展可視化設(shè)計(jì)

以往的超高層建筑建設(shè)中，設(shè)計(jì)與施工之間存在壁壘。同時(shí)在設(shè)計(jì)階段，立面、平面、門(mén)窗表以及剖面圖等也通常作為獨(dú)立的個(gè)體進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于信息溝通不暢，因此圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量與后續(xù)施工效率。而設(shè)計(jì)施工一體化中對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，可以為業(yè)主、工程師、設(shè)計(jì)師等相關(guān)人員提供一個(gè)共享平臺(tái)，在這個(gè)高度模擬、可視化的平臺(tái)上，各方人員可以更加直觀、方便地了解設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以及時(shí)解決，從而為后續(xù)提高施工效率與質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[2]。

2.2 開(kāi)展參數(shù)化設(shè)計(jì)

超高層建筑項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，可以將參數(shù)化設(shè)計(jì)方法有機(jī)應(yīng)用在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的各個(gè)階段，在此基礎(chǔ)上制作邏輯模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜幾何模型的有效定義與操作，以便實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同發(fā)展。超高層建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，在定義結(jié)構(gòu)復(fù)雜體系、高性能造型時(shí)，必須應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)。這樣就能以幾何的角度對(duì)建筑平面、三維空間進(jìn)行定義與呈現(xiàn)。

2.3 開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)

超高層建筑項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)階段通常會(huì)涉及許多具體專業(yè)的設(shè)計(jì)，且不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間存在相互影響、相互制約的關(guān)系。在此背景下，有必要尋找一種可供多專業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，以促進(jìn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間的有效協(xié)作，避免產(chǎn)生沖突和矛盾。實(shí)踐表明，超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，正是現(xiàn)階段最有效的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)手段。

實(shí)踐中只需在BIM 系統(tǒng)中構(gòu)建出超高層建筑項(xiàng)目的仿真3D 模型，便可以輕松實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，期間無(wú)論何種專業(yè)的任一項(xiàng)設(shè)計(jì)發(fā)生了改變，與之相關(guān)聯(lián)的部分都會(huì)隨之進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，并及時(shí)通知相關(guān)設(shè)計(jì)人員。而設(shè)計(jì)人員也可及時(shí)根據(jù)3D 模型來(lái)展開(kāi)設(shè)計(jì)分析，從而提升整體設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性[3]。同時(shí)，如果設(shè)計(jì)、施工中出現(xiàn)變更，只需借助BIM系統(tǒng)調(diào)整對(duì)應(yīng)的參數(shù)，與其相關(guān)的參數(shù)便可以自動(dòng)改變，從而縮短參數(shù)調(diào)整時(shí)間、節(jié)約變更費(fèi)用。

2.4 開(kāi)展建筑性能分析

超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)開(kāi)展建筑性能分析。通過(guò)高度模擬的BIM 系統(tǒng)，結(jié)合材料數(shù)據(jù)、價(jià)格信息、3D 模型數(shù)據(jù)以及其他各種數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可在不同視角對(duì)超高層建筑項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估。例如可以開(kāi)展室內(nèi)自然通風(fēng)、室內(nèi)自然采光以及室外風(fēng)環(huán)境等模擬，綜合性評(píng)估超高層建筑的性能。

2.5 開(kāi)展深化設(shè)計(jì)

超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)開(kāi)展深化設(shè)計(jì)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)之后，多方之間再借助可視化平臺(tái)進(jìn)行溝通，針對(duì)細(xì)節(jié)部分進(jìn)行研究。例如某超高層建筑項(xiàng)目為裝配式混凝土建筑，其預(yù)制構(gòu)件包括樓板、墻板、空調(diào)板、樓梯板、陽(yáng)臺(tái)板、框架梁及柱等，通過(guò)構(gòu)建出相應(yīng)的3D 模型，輔助開(kāi)展深化設(shè)計(jì)。

在深化設(shè)計(jì)中，需要充分考慮裝配率問(wèn)題、構(gòu)件制作問(wèn)題、安裝工藝問(wèn)題、空間結(jié)構(gòu)及布局問(wèn)題等，同時(shí)根據(jù)建筑的實(shí)際使用功能、主體結(jié)構(gòu)形式等選擇便于重復(fù)生產(chǎn)、適合裝配化施工、模數(shù)協(xié)調(diào)的構(gòu)件，還要做好構(gòu)件拆分工作。而在構(gòu)件拆分方面，BIM 系統(tǒng)中的Structural Precast for Revit 插件具有重要的應(yīng)用價(jià)值，基于該插件可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理分類與高效整理。

此外，深化設(shè)計(jì)中借助BIM 系統(tǒng)還可以建立一個(gè)完善的構(gòu)件庫(kù)，以便于從構(gòu)件庫(kù)中選擇合適的預(yù)制構(gòu)件[4]。

2.6 預(yù)制構(gòu)件施工管控

超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，可以在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、采購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)裝配等全過(guò)程中，靈活應(yīng)用身份識(shí)別技術(shù)和無(wú)線移動(dòng)終端技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配的效率與質(zhì)量，減少差錯(cuò)事件的發(fā)生。同時(shí)，在工廠內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的時(shí)候，可以有效應(yīng)用BIM 模型，對(duì)全部預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行高效管理，避免一些環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤，確保預(yù)制構(gòu)件的精準(zhǔn)度，減少不必要的資源浪費(fèi)。

2.7 可視化施工演示

超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)模擬施工過(guò)程。在實(shí)踐中，先構(gòu)建出超高層建筑項(xiàng)目的3D 模型，然后基于3D 模型來(lái)模擬施工全過(guò)程，從而在施工前，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題，并進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)優(yōu)化[5]。借助BIM 技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬演示可以使施工人員提前了解整個(gè)施工過(guò)程，有利于實(shí)現(xiàn)施工效率與質(zhì)量的提高。

2.8 關(guān)鍵施工工序管控

各關(guān)鍵工序施工開(kāi)始前，可以基于BIM 系統(tǒng)，在嚴(yán)格遵照國(guó)家相關(guān)施工規(guī)范的前提下，結(jié)合每道工序的具體設(shè)計(jì)要求開(kāi)展相關(guān)施工技術(shù)交底，并確保各方都充分參與技術(shù)交底討論。各分項(xiàng)工程施工作業(yè)期間，可以實(shí)時(shí)依照工程3D 模型來(lái)加強(qiáng)工藝技術(shù)管控，以使施工指揮更加精準(zhǔn)。此外，施工過(guò)程中將一些實(shí)時(shí)產(chǎn)生的施工信息數(shù)據(jù)及時(shí)錄入到BIM系統(tǒng)中，以便各方隨時(shí)了解實(shí)際施工情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工作業(yè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

2.9 施工條件控制

超高層建筑項(xiàng)目施工中，需要對(duì)各項(xiàng)施工條件要素進(jìn)行充分考慮和有效控制。例如，需考慮施工場(chǎng)地條件，包括施工場(chǎng)地中的臨時(shí)道路規(guī)劃、施工設(shè)施和材料的擺放等；需考慮施工材料條件，對(duì)本地材料及外地調(diào)用材料的應(yīng)用做好綜合性考量，根據(jù)材料優(yōu)劣與性價(jià)比來(lái)合理定奪采購(gòu)方向；需考慮施工水電條件等。在此期間，可應(yīng)用BIM 系統(tǒng)來(lái)輔助進(jìn)行施工條件控制，以確保施工的順利開(kāi)展、有序完成。除此之外，借助BIM 技術(shù)的可視化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類施工條件問(wèn)題的綜合分析。

2.10 施工進(jìn)度跟蹤

任何建筑工程項(xiàng)目在施工過(guò)程中都應(yīng)既追求施工質(zhì)量，又追求施工效率，爭(zhēng)取盡早完工，因此做好施工進(jìn)度控制的意義重大。超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中，在采購(gòu)進(jìn)度控制方面，可以應(yīng)用BIM 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合性管理，從而充分考慮運(yùn)輸、催交等相關(guān)影響因素；在設(shè)計(jì)進(jìn)度控制中，可以在BIM 系統(tǒng)上建立一個(gè)具有針對(duì)性的圖紙文件目錄，利用BIM 技術(shù)來(lái)合理確定權(quán)重，并結(jié)合人工估算來(lái)開(kāi)展相應(yīng)工作；在施工進(jìn)度控制中，可以借助BIM 技術(shù)的可視化功能實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。除此之外，借助BIM 技術(shù)可以動(dòng)態(tài)化跟蹤施工進(jìn)度，對(duì)實(shí)際施工進(jìn)度、施工計(jì)劃進(jìn)行比較，匯總每日、每周、每月的實(shí)際施工情況，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，優(yōu)化施工方案，從而有效確保施工質(zhì)量與施工安全，為后期運(yùn)作提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

2.11 碰撞檢查

BIM 系統(tǒng)具備碰撞檢查功能，因此超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中可以應(yīng)用BIM技術(shù)開(kāi)展碰撞檢查。在實(shí)踐中，只需先構(gòu)建出超高層建筑項(xiàng)目的3D 模型，再啟動(dòng)BIM 系統(tǒng)中自帶的碰撞檢查功能，即可有效完成碰撞檢查工作。碰撞檢查完畢后，BIM 系統(tǒng)還會(huì)給出異常問(wèn)題報(bào)告，從而為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供科學(xué)的依據(jù)與指導(dǎo)。

2.12 竣工檢查驗(yàn)收

超高層建筑項(xiàng)目竣工后的檢查驗(yàn)收階段，可以依靠BIM 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各方對(duì)項(xiàng)目檢查驗(yàn)收的充分參與，從而大大提升項(xiàng)目檢查驗(yàn)收工作的效率，保障項(xiàng)目檢查驗(yàn)收的準(zhǔn)確性。在具體實(shí)踐過(guò)程中，首先需要輸入超高層建筑項(xiàng)目3D 模型與相關(guān)信息數(shù)據(jù)，確定好現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收部分，并在BIM 系統(tǒng)上選取模型構(gòu)建，之后再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際信息數(shù)據(jù)來(lái)分析超高層建筑項(xiàng)目的施工質(zhì)量是否符合國(guó)家相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)自動(dòng)生成相應(yīng)的質(zhì)量檢查驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

2.13 開(kāi)展管理工作

基于先進(jìn)的BIM 技術(shù)可以使各方面管理工作變得更加方便、快捷與高效。首先，為保證施工技術(shù)選擇的合理性及應(yīng)用的正確性與規(guī)范性，可借助BIM 系統(tǒng)打破施工企業(yè)間的信息孤島，實(shí)現(xiàn)政府、監(jiān)管單位與施工企業(yè)間的管理數(shù)據(jù)對(duì)接和資源整合，自動(dòng)獲取并實(shí)時(shí)監(jiān)督施工過(guò)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)及變化。其次，施工環(huán)境對(duì)于超高層建筑項(xiàng)目的施工質(zhì)量、施工安全、綠色施工等均具有不容忽視的影響。BIM系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析以及云計(jì)算等功能，結(jié)合傳感器設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵、噪聲等進(jìn)行綜合評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，以方便進(jìn)行施工環(huán)境管理，規(guī)避環(huán)境損害。最后，將BIM 系統(tǒng)與施工設(shè)備上的智能控制裝置連接起來(lái)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并發(fā)出報(bào)警訊號(hào)。還可借助BIM 系統(tǒng)處理施工設(shè)備的運(yùn)行異常問(wèn)題，自動(dòng)根據(jù)反饋對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位的運(yùn)行信息進(jìn)行識(shí)別分析，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)消除隱患，保障施工安全。

3 設(shè)計(jì)施工一體化的優(yōu)勢(shì)

3.1 有利于提高管理效率

超高層建筑工程設(shè)計(jì)、施工相互獨(dú)立的情況下，管理上也互不相關(guān)，無(wú)法保障管理的統(tǒng)一性，容易出現(xiàn)管理不到位的現(xiàn)象，影響超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量。依托BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化，能夠打破設(shè)計(jì)與施工之間的壁壘，各個(gè)階段可以實(shí)現(xiàn)緊密銜接，因此可以將管理貫穿在超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)全過(guò)程中，有利于提高管理效率與質(zhì)量。

3.2 有利于實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)

超高層建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工相互獨(dú)立的情況下，設(shè)計(jì)人員與施工人員之間缺乏溝通，信息溝通不暢，便可能出現(xiàn)理解、認(rèn)知誤差，降低設(shè)計(jì)的可行性，提高變更風(fēng)險(xiǎn)，影響施工進(jìn)度，甚至導(dǎo)致施工無(wú)法順利開(kāi)展，不僅會(huì)延誤施工進(jìn)度、增加施工成本，還會(huì)導(dǎo)致超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。依托BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化，使得設(shè)計(jì)與施工之間實(shí)現(xiàn)了緊密聯(lián)系。設(shè)計(jì)階段，施工人員可以參與設(shè)計(jì)工作，了解設(shè)計(jì)方案；施工階段，設(shè)計(jì)人員可以到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，保障施工能夠順利開(kāi)展。此外，設(shè)計(jì)與施工之間的緊密聯(lián)系便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而有利于更好、更快地實(shí)現(xiàn)超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)。

3.3 有利于提高經(jīng)濟(jì)效益

超高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中，依托BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化，有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

首先，設(shè)計(jì)施工一體化使得設(shè)計(jì)與施工之間的聯(lián)系更加緊密，有利于提高設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)人力、財(cái)力、物力的利用率，避免不必要的資源浪費(fèi)，降低超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；其次，設(shè)計(jì)施工一體化模式下，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、全方位、高效的管理，有利于提高施工管理水平，保障施工的順利進(jìn)行，提高施工效率、加快施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)盡快完工，達(dá)到降本增效的目的；最后，設(shè)計(jì)施工一體化模式下，設(shè)計(jì)、施工各部分密切銜接，可減少質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)，保障超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量，提高超高層建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

在采取設(shè)計(jì)施工一體化模式的超高層建筑工程中，可應(yīng)用BIM 技術(shù)開(kāi)展可視化設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、建筑性能分析、深化設(shè)計(jì)等工作，有利于提高管理效率、實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益。接下來(lái)，應(yīng)進(jìn)一步加深對(duì)BIM技術(shù)的研究，探索BIM 技術(shù)在建筑工程中的創(chuàng)新應(yīng)用思路，解決BIM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。