基于超高層建筑設(shè)計的BIM技術(shù)應(yīng)用

張永娟

（中鐵十七局勘察設(shè)計院， 山西 太原 030000）

隨著當(dāng)前社會的快速發(fā)展， 我國在建筑領(lǐng)域取得了很大的成就， 城市化的快速建設(shè)， 城市人口數(shù)量正在不斷地增加， 超高層建筑物的開發(fā)和建設(shè)，能夠提高土地的利用率， 擴大市區(qū)空地， 利于城市綠化， 改善衛(wèi)生環(huán)境。 超高層工程體量大， 專業(yè)多，各專業(yè)工作協(xié)調(diào)復(fù)雜， BIM可以提升建筑設(shè)計的質(zhì)量和效率。 為此， 本文展開了深入的研究與分析。

1 BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)從建筑設(shè)計的規(guī)劃階段開始一直到建筑的建造階段都表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢， 它能使建造文檔更加完善， 設(shè)計缺陷減少， 讓建筑工程項目工期縮短， 使建筑的成本降低。 BIM技術(shù)能夠讓圖紙與實際情況的信息一致， 有利于將建筑的所有信息及分析結(jié)果科學(xué)的呈現(xiàn)給相關(guān)人員， 迅速準(zhǔn)確的獲取項目信息。

1.1 可視化特點

傳統(tǒng)二維設(shè)計模式， 設(shè)計成果的輸出方式主要為2D平面圖， 其中點、 線、 面作為圖紙的重要組成元素將建筑信息進(jìn)行表達(dá)。 這種信息表現(xiàn)相對比較片面、 繁瑣， 空間描述能力有限， 需要有很強的專業(yè)素養(yǎng)才能看懂。 相比于前者， BIM可以提供實際項目在設(shè)計、 制造、 管理等整個實施過程中直觀的三維立體信息模型， 方便項目各方進(jìn)行更便捷的溝通與決策。 即使一些不懂設(shè)計的人員也能夠通過BIM技術(shù)， 清晰的了解項目工程。 該技術(shù)的應(yīng)用對于超高層建筑的模型有重要意義， 科學(xué)地進(jìn)行展現(xiàn)，有利于快速的完成討論、 優(yōu)化設(shè)計以及決策等各方面的工作。

1.2 協(xié)調(diào)性特點

超高層建筑在設(shè)計的過程中， 對于設(shè)計人員的綜合素質(zhì)要求相對較高， 涉及到各專業(yè)的技術(shù)、 結(jié)構(gòu)部件以及所選用的材料等多個不同方面的影響因素。 在具體實施的過程中， 應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌各部分因素，做好資源的合理配置， 以此來充分的發(fā)揮出資源的重要作用。 在整個過程中， 結(jié)合BIM技術(shù)有利于形成統(tǒng)一規(guī)范的文件， 保證建筑內(nèi)部的各項資源以及具體的空間都能夠得到科學(xué)合理的布置， 提升項目建設(shè)的科學(xué)性和有效性。 可對建筑物內(nèi)機電管線和設(shè)備進(jìn)行直觀布置模擬安裝， 檢查是否碰撞， 找出問題所在及沖突矛盾之處， 還可調(diào)整樓層凈高、 墻柱尺寸等。 從而有效解決傳統(tǒng)方法容易造成的設(shè)計缺陷， 從而提高設(shè)計質(zhì)量。

1.3 模擬性特點

由于超高層建筑在設(shè)計的過程中， 細(xì)節(jié)十分復(fù)雜， 建筑成本相對較高， 在施工設(shè)計的前期， 需要科學(xué)合理的確定使用的具體施工技術(shù)， 及時解決可能會存在的部分問題。 在整個過程中， 利用BIM技術(shù)展開設(shè)計活動， 有利于充分的發(fā)揮出BIM技術(shù)模擬性的特點， 利用其搭建具體的模型， 分析建筑物的形態(tài)以及所選用的材料、 配比等多個不同方面的參數(shù)， 進(jìn)而為優(yōu)化設(shè)計方案提出重要幫助。 BIM技術(shù)能夠?qū)υO(shè)計工作人員設(shè)計出來的方案， 進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化， 利用BIM仿真系統(tǒng)輸入有關(guān)于超高層建筑方面的信息， 模型可以模擬整個建筑施工的過程， 確定最佳的施工方案， 消除一些不確定因素，保證后期工作活動的建設(shè)科學(xué)合理的進(jìn)行。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑設(shè)計中的意義

2.1 提升設(shè)計方案信息化功能

當(dāng)前時代屬于信息化飛速發(fā)展的時代， 在整個建筑行業(yè)發(fā)展的過程中， 應(yīng)該巧妙地結(jié)合信息技術(shù)展開創(chuàng)新發(fā)展。 BIM技術(shù)是整個信息技術(shù)的重要典型代表， 對于推動建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展有重要的幫助作用， 超高層建筑信息數(shù)據(jù)， 通過利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計活動， 有利于實現(xiàn)數(shù)字信息化的管理。 在整個過程中， 設(shè)計工作人員和施工人員， 能夠?qū)Τ邔咏ㄖ男畔磉M(jìn)行動態(tài)化的掌握， 能夠提升設(shè)計方案信息化的功能， 若其中出現(xiàn)調(diào)整， 系統(tǒng)可以及時的更新數(shù)據(jù)庫， 方便工作人員科學(xué)合理的控制各項支出， 保證整個設(shè)計活動施工活動能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行[3]。

2.2 提升圖紙的準(zhǔn)確性

圖紙是超高層建筑設(shè)計的首要內(nèi)容， 但是由于受到各種不同因素的影響， 圖紙會進(jìn)行調(diào)整。 在設(shè)計中， BIM技術(shù)能夠根據(jù)相應(yīng)的模型， 對現(xiàn)有的圖紙進(jìn)行調(diào)整， 設(shè)計工作人員根據(jù)圖紙明確設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 及時排查可能出現(xiàn)的問題， 若設(shè)計的圖紙不符合要求， 在設(shè)計時可以改變其中的參數(shù)， 系統(tǒng)就能夠自動完成其他項目的調(diào)整， 方便設(shè)計工作人員根據(jù)調(diào)整的結(jié)果來進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)。 這樣一來，既能夠節(jié)約時間成本， 同時還能夠提升方案設(shè)計的可行性和有效性[4]。

2.3 提升管理效率

超高層建筑項目活動在設(shè)計的過程中， 需要加強監(jiān)督與管理， 結(jié)合具體的工程實際項目到實地進(jìn)行考察研究， 進(jìn)而展開設(shè)計活動。 但是， 分析以往情況來看， 由于超高層建筑工程項目在設(shè)計與施工的過程中， 屬于相互獨立的情況。 在管理方面存在一定的滯后性， 無法進(jìn)行統(tǒng)一的管理， 出現(xiàn)管理不到位情況的發(fā)生， 影響到了建筑項目的質(zhì)量。 在當(dāng)前通過利用BIM技術(shù)， 能夠?qū)⒃O(shè)計活動與施工活動，實現(xiàn)一體化的管理， 打破設(shè)計與后期施工之間的壁壘， 加強各個不同階段之間的聯(lián)系， 有利于將管理活動貫穿于建筑項目， 對于提升管理效率和管理質(zhì)量來說有關(guān)鍵的意義。 另外， 在整個設(shè)計的過程中，通過利用BIM技術(shù)對工程的各項參數(shù)來進(jìn)行設(shè)定，避免出現(xiàn)人為修改圖紙情況的不良情況， 有利于更好地對設(shè)計人員和整個設(shè)計過程進(jìn)行科學(xué)合理的監(jiān)督， 同時還可以對建設(shè)規(guī)劃原材料的應(yīng)用以及施工進(jìn)度等多個方面實施動態(tài)化的監(jiān)督與管理， 有利于共享高層建筑信息， 從整體上實現(xiàn)施工質(zhì)量的提升[5]。

2.4 提升建筑經(jīng)濟效益

超高層建筑工程設(shè)計的過程中， 通過巧妙地利用BIM技術(shù)， 可以將整個建筑活動展開一體化的設(shè)計， 對促進(jìn)經(jīng)濟效益的提升來說有重要作用。 在具體應(yīng)用的過程中， BIM技術(shù)可以讓設(shè)計活動與施工活動變得更加密切， 能夠提升設(shè)計環(huán)節(jié)施工環(huán)節(jié)人力、 物力的整體利用效率， 科學(xué)地避免不必要資源的浪費情況， 以此節(jié)約建筑項目的成本， 提升經(jīng)濟效益[6]。 另外， 通過BIM技術(shù)， 可以對整個過程實現(xiàn)一體化的管理模式， 從全方位、 多層次的管理和控制， 提升施工管理的水平， 保證各項工作活動順利實施。 有利于加快施工的進(jìn)度， 確保建筑工程的項目如期完成， 以此來降低成本， 提升效率。 最后，BIM技術(shù)可以在設(shè)計的過程中， 加強各部分之間的聯(lián)系， 減少質(zhì)量問題的出現(xiàn)， 對于保證高層建筑項目的質(zhì)量來說有十分重要的意義， 避免后期由于建筑項目不合格而引發(fā)其他的問題。

3 超高層建筑設(shè)計的BIM技術(shù)應(yīng)用策略

通過上文分析可以看出， 在超高層建筑設(shè)計的過程中， 利用BIM技術(shù)， 對于建筑設(shè)計活動具有關(guān)鍵的作用。 所以， 在今后應(yīng)當(dāng)巧妙地進(jìn)行應(yīng)用， 提升設(shè)計的質(zhì)量。

3.1 設(shè)計研究階段應(yīng)用創(chuàng)新

在超高層建筑設(shè)計之前， 必須要對工程的總體可行性進(jìn)行科學(xué)合理的分析， 審定確認(rèn)后才能夠開展方案的設(shè)計.在設(shè)計研究階段結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行可行性報告的分析和編制， 了解設(shè)計中的優(yōu)缺點。利用BIM軟件， 建立BIM技術(shù)建筑模型， 確保建筑設(shè)計能夠清晰地進(jìn)行開展。 在模型中， 對于具體的構(gòu)建屬性、 參數(shù)來進(jìn)行編輯， 包括建筑物場地的具體位置、 選擇的材料尺寸、 功能參數(shù)等多個不同方面， 實現(xiàn)模型的初步構(gòu)建。 結(jié)合具體的施工方案以及采用的施工技術(shù)， 對構(gòu)建進(jìn)行選型和布置， 包括基礎(chǔ)地基、 梁、 板等多個方面， 由專業(yè)設(shè)計工作人員依靠模型實現(xiàn)協(xié)同化設(shè)計。 對于各個建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸、 形狀分析進(jìn)行全面地優(yōu)化。 使用的參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動說明， 由數(shù)據(jù)庫模型的參數(shù)規(guī)則進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換， 滿足建筑設(shè)計的精確要求[7]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

在高層建筑設(shè)計活動開展的過程中， 由于高層建筑需要利用鋼筋混凝土來展開設(shè)計， 所以必須要保證其穩(wěn)定性和安全性。 在鋼結(jié)構(gòu)初步設(shè)計的階段，利用力學(xué)計算軟件完成結(jié)構(gòu)的計算與分析， 得出來的圖紙很難對構(gòu)建的尺寸以及具體的連接方式來進(jìn)行清晰的展示， 可能會出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)加工失誤的情況。所以， 為了能夠提升設(shè)計的質(zhì)量， 科學(xué)合理的避免材料浪費情況， 對工程的成本進(jìn)行控制， 在設(shè)計的過程中可以利用BIM 軟件進(jìn)行深化設(shè)計[8]。 通過BIM模型對鋼結(jié)構(gòu)采用的構(gòu)件、 螺栓等各類部件進(jìn)行實體的建模， 確定各個構(gòu)建的屬性， 利用軟件完成構(gòu)件資料的統(tǒng)計， 能夠自動的對用鋼量進(jìn)行計算，并對具體的類別和尺寸進(jìn)行排序， 實現(xiàn)信息的統(tǒng)一輸出。 這樣一來， 在深化設(shè)計的過程中， 能夠統(tǒng)計鋼筋屬性的具體間距， 通過可視化的方式來直觀的表現(xiàn)出來。 對于鋼筋的位置進(jìn)行合理的排布， 減少后期可能會存在的問題， 利用該軟件直接完成鋼筋工程量的計算， 為用工用料提供合理的依據(jù)。

3.3 開展建筑性能分析

隨著時代的快速發(fā)展， 人們對于建筑物的綜合質(zhì)量水平要求正在不斷地提升， 所以高層建筑的設(shè)計， 既要科學(xué)合理的解決土地資源用地緊張問題，同時還要提升居住體驗。 利用BIM技術(shù)開展建筑性能的分析， 有利于綜合性的提升建筑設(shè)計的質(zhì)量。通過BIM系統(tǒng)將建筑所使用的材料數(shù)據(jù)、 價格信息以及3D模型數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)中， 設(shè)計工作人員能夠利用不同的視角對超高層建筑項目進(jìn)行綜合性的評估。 例如， 室內(nèi)的自然通風(fēng)條件、 采光條件以及室外風(fēng)環(huán)境等因素進(jìn)行模擬， 對不足的地方進(jìn)行科學(xué)合理的改善。 這樣一來有利于綜合性的評估超高層建筑的性能， 不斷優(yōu)化設(shè)計方案， 提升建筑物的適宜性， 以此保證建筑物的質(zhì)量， 提升業(yè)主的居住體驗。

3.4 展開深化設(shè)計活動

超高層建筑在設(shè)計的過程中， 通過利用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計， 在獲得更多準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)之后， 加強各方之間的聯(lián)系與交流。 利用可視化平臺， 針對項目的具體細(xì)節(jié)部分展開深入的研究。 比如部分高層建筑項目屬于裝配式混凝土建筑， 需要用到預(yù)制構(gòu)件， 例如墻板、 樓板、 陽臺板。 通過構(gòu)建出相應(yīng)的3D模型， 在設(shè)計的過程中展開實驗檢驗可行性，以此來加深優(yōu)化設(shè)計。 在深化設(shè)計階段， 需要綜合考慮各種不同方面的問題， 比如裝配效率問題， 預(yù)制構(gòu)件問題、 安裝施工工藝、 空間結(jié)構(gòu)以及總體的布局。 既要發(fā)揮出建筑物的實際使用功能， 同時還要便于施工， 利用BIM技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，有利于對相關(guān)的工作內(nèi)容實現(xiàn)分類， 建立完整的構(gòu)件庫， 從構(gòu)件庫中科學(xué)合理的選擇預(yù)制構(gòu)件， 以此提升設(shè)計工作的創(chuàng)新性。

3.5 工程設(shè)計過程應(yīng)用

在工程設(shè)計實施的過程中， 有關(guān)于BIM技術(shù)相關(guān)的環(huán)節(jié)有很多， 在傳統(tǒng)設(shè)計的過程中， 主要利用二維掃描通過圖內(nèi)描述的信息數(shù)據(jù)來進(jìn)行了解。 但是整個過程中， 對于一些難以表達(dá)的內(nèi)容不夠全面，思路可能會出現(xiàn)打斷， 增加了后續(xù)工作實施的難度，不能完全的了解圖紙， 對于后續(xù)的施工工作也會存在負(fù)面影響。 而在當(dāng)前通過結(jié)合BIM技術(shù)， 利用先進(jìn)的三維技術(shù)， 可以更加清晰靈活地了解具體的構(gòu)件， 可以從工程師的角度來展開分析。 細(xì)致的了解建筑物的具體功能、 布局情況。 如果在設(shè)計的過程中， 出現(xiàn)了與周圍建筑物相沖突的情況產(chǎn)生節(jié)點問題， 將會增大項目設(shè)計的難度。 為了能夠科學(xué)合理的解決地理問題， 利用BIM軟件， 將時間維度因素融入到工作中來， 完成4D建模， 科學(xué)合理的模擬出施工進(jìn)度。 甚至還能夠模擬出人員的活動軌跡， 能夠在最短的時間內(nèi)及時發(fā)現(xiàn)可能存在的問題， 減少后期人為因素的影響， 提升設(shè)計的有效性。

3.6 輔助施工設(shè)計

1） 在超高層設(shè)計活動開展的過程中， 應(yīng)當(dāng)對施工內(nèi)容提前進(jìn)行設(shè)計， 通過利用BIM技術(shù)實施施工平面設(shè)計， 由工作人員借助現(xiàn)場的具體情況， 利用BIM技術(shù)對整個施工的現(xiàn)場來進(jìn)行合理的布局， 提升場地的應(yīng)用效率， 保證各項環(huán)節(jié)能夠順利開展；2） 可以結(jié)合虛擬樣板展開設(shè)計， 以虛擬樣板代替實際樣板， 利用VR眼鏡， 施工人員可以提前觀測虛擬樣板的情況， 身臨其境的狀態(tài)下提升建筑物施工的精準(zhǔn)程度。 疏散設(shè)計在整個超高層建筑施工設(shè)計的過程中格外關(guān)鍵， 必須要從安全因素全面地進(jìn)行考慮， 利用BIM技術(shù)， 構(gòu)建出建筑物的具體實際情況， 進(jìn)而開展災(zāi)害模擬。 比如地震、 火災(zāi)、 緊急疏散等多個不同方面， 分析建筑物的設(shè)計是否符合安全疏通的標(biāo)準(zhǔn)， 能夠按照具體的模擬情況， 設(shè)置科學(xué)合理的應(yīng)急方案， 增加建筑設(shè)計的合理性。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展， 我國超高層建筑項目越來越多， 在建筑設(shè)計的過程中， 必須要緊跟時代發(fā)展的步伐展開創(chuàng)新， 應(yīng)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)展開設(shè)計活動， 提升設(shè)計的科學(xué)性和安全性。 BIM技術(shù)在超高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用， 有利于突破技術(shù)方面的限制， 利用數(shù)字化信息技術(shù)進(jìn)行溝通與交流，使得建筑設(shè)計工作活動全面開展。 借助BIM技術(shù)可視化、 協(xié)調(diào)性、 模擬性的特點展開創(chuàng)新， 從設(shè)計研究階段， 利用BIM技術(shù)建模， 深化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、 開展建筑性能分析等多個不同的方面， 聯(lián)合創(chuàng)新， 加大BIM技術(shù)的應(yīng)用， 提升超高層建筑設(shè)計的質(zhì)量。