基于BIM的高層建筑施工管理機制研究

杜世煊 （山東泰安建筑工程集團有限公司，山東 泰安 271000）

隨著社會化城市化進程的加劇，尤其是諸如北上廣深等超級城市，土地資源利用沖突日漸嚴(yán)峻，高層建筑成為城市規(guī)劃中解決這一沖突的常規(guī)解決途徑，但是高層建筑建設(shè)過程中的施工難度及后續(xù)帶來的都市熱島效應(yīng)和光污染等也廣受詬病，且10 層以上建筑結(jié)構(gòu)隨著時間推移，其維護和改造成本倍增，給后續(xù)城市規(guī)劃埋下不小隱患，如何解決上述問題一直是現(xiàn)今建筑施工領(lǐng)域的重點難點。

20 世紀(jì)80 年代，美國卡耐基麥隆大學(xué)教授查克·伊斯特曼（Chuck Eastman）率先將信息化技術(shù)引入建筑設(shè)計，后續(xù)經(jīng)過實際應(yīng)用及學(xué)者研究演變，最終成為現(xiàn)今為大家周知的BIM 技術(shù)，他將信息化的全生命周期管理概念和傳統(tǒng)建筑CAD設(shè)計很好地結(jié)合并進行了發(fā)展，為建筑設(shè)計與施工行業(yè)帶來巨大科技進步[1]。國內(nèi)從20 世紀(jì)在建筑行業(yè)中引入這項技術(shù)后，經(jīng)過這些年高速建設(shè)的發(fā)展，也有了相當(dāng)多的應(yīng)用成果，例如和三維、4D、工程量計算等技術(shù)的融合，解決了我國建筑行業(yè)發(fā)展中許多區(qū)域性問題[2]。本文旨在利用BIM 技術(shù)研究并解決城市建設(shè)中高層建筑施工中所面臨的安全管理、資源分配、進度管控等棘手問題，從設(shè)計和實踐兩個層面進行剖析，最后驗證BIM 技術(shù)在高層建筑施工管理中的有效性。

1 BIM在高層建筑施工設(shè)計中的技術(shù)步驟

高層建筑由于建筑自身及所處區(qū)域的獨特特征，使其在施工過程存在諸多難點問題，首先，高層建筑施工一般是塔樓形式，具有耗資大、時間周期長、管理復(fù)雜延誤率高的問題；其次，對于城鎮(zhèn)核心區(qū)的建筑施工，一般采用流水線作業(yè)，這種作業(yè)模式具有單位作業(yè)面小、工序銜接緊湊、施工安全性差的問題；再有，機械化自動化技術(shù)應(yīng)用與管理，由于單位施工面積和工序的問題，施工若想保證工期與質(zhì)量，需要考慮機械化與自動化在施工管理中的引入和應(yīng)用，這樣既能滿足降低工人施工難度保證質(zhì)量，又能控制成本保證質(zhì)量，如何做好技術(shù)和成本控制的平衡也是當(dāng)下重點難點問題[3]；最后，總體管理的制度與流程問題，現(xiàn)在的建筑施工行業(yè)多采用總包制度，參與一個項目的廠家多達幾十家，溝通協(xié)調(diào)的層級多、難度大也是常態(tài)，單單依靠現(xiàn)場協(xié)調(diào)會等形式難以有效進行細節(jié)上的同步共享，這就會給工程管理帶來沖突矛盾，如何通過BIM 技術(shù)減小各方信息差，控制溝通成本也是亟待研究解決的問題。針對上述4 點問題，通過問題的分解和分析，結(jié)合BIM技術(shù)實施步驟，將解決方案擬合進入系統(tǒng)，以便在后續(xù)案例中驗證本系統(tǒng)搭建的成效。圖1 為BIM 問題解決模式。

圖1 BIM問題解決應(yīng)用

針對上述4 個問題，根據(jù)圖1 所示的解決邏輯，在分解問題根源的基礎(chǔ)上引入合適的信息化解決方案進行問題化解從而優(yōu)化施工管理。具體問題分解和對應(yīng)措施見表1。

表1 基于BIM技術(shù)的問題分解與對策研究

首先，傳統(tǒng)的建筑施工平面管理采用圖紙和會議的方式進行溝通，效率低且易導(dǎo)致沖突。BIM技術(shù)通過創(chuàng)建項目的三維模擬，改善了可視化管理并分析潛在布局問題。通過模擬和比較不同方案，能夠控制不利因素，確保現(xiàn)場平面管理的可行性。BIM技術(shù)提高了溝通效率，根據(jù)實際情況進行不斷調(diào)整，提高了施工效率和減少了沖突[4]。

其次，在現(xiàn)場管理中，傳統(tǒng)方式的人工巡檢和紙質(zhì)工單容易導(dǎo)致溝通延遲和問題誤解，從而影響工程質(zhì)量和進度。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量管理的信息互動和可視化。借助BIM 技術(shù)，實時圖片和質(zhì)量缺陷照片可以即時上傳，并傳遞給監(jiān)理工程師和業(yè)主，提高了溝通效率[5]。同時，三維模型在質(zhì)量管理中的應(yīng)用，準(zhǔn)確指示質(zhì)量問題，增強了信息傳遞和互動。通過BIM 模型的瀏覽和數(shù)據(jù)分析，能夠快速發(fā)現(xiàn)問題并采取措施整改，并實現(xiàn)質(zhì)量問題的協(xié)調(diào)工作。BIM 技術(shù)為工程項目提供可靠的質(zhì)量信息和高效的質(zhì)量管理方法，提升了工程質(zhì)量和管理效率。

最后，傳統(tǒng)進度、質(zhì)量管理針對中間節(jié)點控制模糊，適應(yīng)性較差。采用BIM技術(shù)可先期完成三維模型，設(shè)定施工周期并動態(tài)調(diào)整專業(yè)協(xié)調(diào)時間，實時更新模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)分析。BIM 技術(shù)通過實體元素、屬性信息和關(guān)聯(lián)關(guān)系提供狀態(tài)信息和進度信息。同時，可動態(tài)調(diào)整專業(yè)協(xié)調(diào)時間，避免資源突和交叉。通過動態(tài)分析和沖突檢測，及時解決問題。BIM技術(shù)還能有效控制資源使用，通過規(guī)劃和優(yōu)化資源分配，降低成本、提高效率。

綜上所述，BIM 技術(shù)通過提前完成三維模型、動態(tài)調(diào)整專業(yè)施工的協(xié)調(diào)時間、實時更新模型數(shù)據(jù)和動態(tài)分析關(guān)鍵節(jié)點，能夠有效控制資源的使用和減輕計劃專員在制定計劃時的風(fēng)險，這為工程項目的實施提供了可行方法和技術(shù)支持。通過這種方法，可以實現(xiàn)更高效的資源管理、更精確的時間控制和更順利的施工過程，對工程項目的成功實施起到至關(guān)重要的作用。

2 基于BIM技術(shù)的高層建筑施工案例研究

K項目是位于某市的一座寫字樓工程，總建筑面積約25 萬m2，總高度339m，其中地下4 層。項目設(shè)計包括各類辦公空間和配套設(shè)施，為租戶提供高品質(zhì)的辦公環(huán)境。樓內(nèi)設(shè)有現(xiàn)代化的辦公設(shè)備和通信設(shè)施，以滿足租戶的工作需求。此外，樓內(nèi)還設(shè)有先進的安全和消防系統(tǒng)，確保員工和財產(chǎn)的安全。外部立面設(shè)計采用創(chuàng)新材料和現(xiàn)代化建筑手法，突出寫字樓的現(xiàn)代感和專業(yè)形象。樓頂設(shè)有露天花園和休閑區(qū)，為員工提供放松和休息的場所。通過精心規(guī)劃和設(shè)計，工程旨在為租戶提供舒適、高效的辦公空間，促進商務(wù)活動和企業(yè)發(fā)展。其設(shè)計效果圖如圖2所示。

圖2 K項目建設(shè)效果圖

依據(jù)項目實施的節(jié)點性目標(biāo)和流程及工藝分配進行基于BIM 建模分解，可以使復(fù)雜工序通過信息化手段實現(xiàn)清晰化，具體建模過程見表2。

表2 K項目基于BIM的施工組織建模

基于上述建模方式和施工圖深化設(shè)計方法。通過將設(shè)計圖紙分為結(jié)構(gòu)、建筑和機電專業(yè)模型，并進行疊加和綜合，實現(xiàn)了多專業(yè)集成和三維可視化。針對機電施工，首先，進行綜合管線的碰撞檢測和修正，確保整體建造模型的科學(xué)合理性和施工可行性；隨后，各專業(yè)的建模師配合設(shè)計人員或承包人，根據(jù)改造后的建筑物模型完成了深化施工的平面圖，詳細標(biāo)注了專業(yè)管線的標(biāo)高和位置，以指導(dǎo)具體施工；此外，對于機電專業(yè)，設(shè)計綜合管線預(yù)留預(yù)埋圖和綜合管線末端布置圖（如圖3所示），用于確定管線預(yù)留和裝置布置。通過這些深化設(shè)計圖紙和圖表，實現(xiàn)了各專業(yè)數(shù)據(jù)的整合和高效設(shè)計，從而提高了施工圖的質(zhì)量和協(xié)調(diào)性。

圖3 管線排布設(shè)計

本研究基于BIM 技術(shù)，對建筑支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計體系和施工數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行了分析驗算，確保了施工設(shè)計方案的安全和合理性，具體如圖4所示。

圖4 基于BIM的分析演算

采用BIM 技術(shù)進行圖紙會審管理，提升了圖紙會審的質(zhì)量和效率，并及時解決了設(shè)計圖紙中存在的安全問題。通過仿真模擬和優(yōu)化管理，將施工步驟和工序的邏輯關(guān)系直觀呈現(xiàn)，提高了施工的安全性和可靠性。利用三維、四維技術(shù)進行可視化交底管理，展示了施工工藝過程和器具的布局情況，提升了施工技術(shù)人員的工作難度掌握和施工的執(zhí)行性。通過碰撞檢測和深化設(shè)計管理，確保深化設(shè)計成果具有可執(zhí)行性和指導(dǎo)意義。辨識和管理施工現(xiàn)場的危險源，通過BIM 安全分析軟件對危險源進行辨識、分析和評價，提高了施工的安全性和危險源管理的準(zhǔn)確性。采用BIM技術(shù)進行安全策劃管理，制定安全戰(zhàn)略策劃和實施方案，提高了安全防護的管理效率。通過BIM仿真技術(shù)進行現(xiàn)場安全教育，提高了施工者的職業(yè)安全意識。

綜上所述，BIM技術(shù)在建筑項目中的應(yīng)用不僅提高了施工質(zhì)量和效率，還改善了管理理念和安全性。

3 結(jié)語

本研究利用BIM技術(shù)對高層建筑施工進行設(shè)計和管理，通過優(yōu)化設(shè)計方案、提高施工安全性、實現(xiàn)資源高效分配和動態(tài)進度管控等措施，有效提升了施工質(zhì)量和管理效率。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，提升了圖紙會審管理、仿真模擬和優(yōu)化管理、碰撞檢測和深化設(shè)計管理等環(huán)節(jié)，減少了施工中的設(shè)計錯誤和安全隱患，并能夠?qū)崟r監(jiān)控工程進度，合理調(diào)配資源，確保施工按計劃進行。綜上所述，總結(jié)出以下五個要點：

（1）BIM 技術(shù)在高層建筑施工設(shè)計中的技術(shù)步驟。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以在平面管理、現(xiàn)場管理和進度管理等方面提高施工管理的效率和準(zhǔn)確性。具體的技術(shù)步驟包括建立三維模型、優(yōu)化策略、設(shè)計多方案圖紙、數(shù)字化現(xiàn)場檢查和督導(dǎo)等。

（2）基于BIM 技術(shù)的高層建筑施工案例研究。以某高層建筑項目為案例，通過BIM 技術(shù)進行建模和深化設(shè)計，實現(xiàn)了多專業(yè)集成和三維可視化。同時，通過圖紙會審管理、仿真模擬和優(yōu)化管理，以及碰撞檢測和深化設(shè)計管理等措施，提高了施工的安全性和可靠性。

（3）BIM技術(shù)在高層建筑施工中的安全管理。通過辨識和管理施工現(xiàn)場的危險源，采用BIM 安全分析軟件進行危險源管理，采用BIM 技術(shù)進行安全策劃管理和通過BIM 仿真技術(shù)進行現(xiàn)場安全教育，可以提高施工的安全性和安全管理的準(zhǔn)確性。

（4）BIM技術(shù)在高層建筑施工中的資源分配和進度管控。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對資源的優(yōu)化控制和對進度的動態(tài)調(diào)整，提高了資源的使用效率和施工進度的控制準(zhǔn)確性。

（5）BIM技術(shù)在高層建筑施工中的管理效率和施工質(zhì)量。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以提高施工管理的效率和準(zhǔn)確性，實現(xiàn)施工質(zhì)量的提升。同時，BIM 技術(shù)改善了管理理念和安全性，為建筑項目的成功實施提供了可行方法和技術(shù)支持。