基于BIM的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究與分析

鄧堅(jiān) 李程林 陳達(dá)

(1 深圳深港科技創(chuàng)新合作區(qū)發(fā)展有限公司；2 中建八局第一建設(shè)有限公司）

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，高層建筑的建設(shè)越來越多，尤其是超高層建筑的興建已成為現(xiàn)代城市建設(shè)的重要標(biāo)志之一。然而，復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)施工對施工工藝和技術(shù)水平提出了更高要求，也增加了更多的施工風(fēng)險和挑戰(zhàn)。此外，在如何提高施工效率、確保施工質(zhì)量和安全方面，超高層建筑領(lǐng)域還存在亟待解決的問題。建筑信息模型（BIM）技術(shù)是一種數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)和管理工具，它能夠幫助建筑數(shù)字化管理全過程，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同設(shè)計(jì)和施工管理等功能。在超高層建筑領(lǐng)域，BIM技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用并取得很好的成果。

本文將重點(diǎn)研究BIM 技術(shù)在超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用，通過對施工過程的建模和仿真，分析施工難點(diǎn)和安全問題，并提出相應(yīng)的控制措施，以期提高施工效率，確保施工質(zhì)量和安全。

1 超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的重難點(diǎn)分析

⑴鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，不便于施工。

超高層建筑的高度較大，因此節(jié)點(diǎn)所受荷載也會較大，需要更加復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)來保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。節(jié)點(diǎn)所處位置的復(fù)雜性也會導(dǎo)致超高層節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加，如會受到側(cè)向荷載、地震荷載等多種不同方向的荷載，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時，超高層建筑節(jié)點(diǎn)需要滿足多種要求，如抗震、防風(fēng)、防火等，需要考慮多種因素的影響，因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和制作更為復(fù)雜，難度較大，容易出現(xiàn)工程質(zhì)量問題，需要更高水平的技術(shù)、工藝和更多的人力、物力資源，增加了工程成本和時間。此外，超高層建筑的節(jié)點(diǎn)所處的位置往往較高，需要采用復(fù)雜的施工工藝和設(shè)備及更高的技術(shù)水平和施工經(jīng)驗(yàn)，不僅增加了施工難度，而且也存在安全隱患。針對這些問題，需要采取更加科學(xué)的施工方案和技術(shù)控制措施，以確保施工的質(zhì)量、進(jìn)度和安全性。

⑵節(jié)點(diǎn)精度要求高，安裝難度大。

由于超高層建筑的高度和重量都非常大，節(jié)點(diǎn)部位需要承受巨大的荷載。因此，節(jié)點(diǎn)的幾何尺寸和形狀必須準(zhǔn)確無誤，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。其次，節(jié)點(diǎn)部位還需要與其它構(gòu)件精確配合，以確保整個結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，避免出現(xiàn)偏差或失穩(wěn)的情況。而由于超高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的精度要求，導(dǎo)致超高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的安裝難度也非常大，安裝過程需要進(jìn)行多次測量和調(diào)整，以確保精度和配合度的準(zhǔn)確性。這要求施工人員具備高超的技能和經(jīng)驗(yàn)，以確保安裝的準(zhǔn)確性和安全性。

⑶多專業(yè)交叉施工，安全風(fēng)險高。

超高層鋼結(jié)構(gòu)由于其復(fù)雜性，及其超高層鋼結(jié)構(gòu)的高度和形狀，施工中需要結(jié)合各種工程技術(shù)，如高空作業(yè)、吊裝、腳手架、腳手架搭設(shè)、拼裝等。這些工作需要多個專業(yè)之間的緊密協(xié)作，因此超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中涉及到的專業(yè)較多，如建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、電氣、給排水等。而這些專業(yè)之間的協(xié)作需要在設(shè)計(jì)、施工等各個階段中進(jìn)行溝通，協(xié)調(diào)各方面的工作。多專業(yè)交叉施工需要不同的施工團(tuán)隊(duì)同時在同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，這就要求團(tuán)隊(duì)之間必須具備良好的協(xié)作和溝通能力，避免相互干擾和沖突。否則，就會導(dǎo)致施工過程中的混亂和錯誤，進(jìn)而增加安全風(fēng)險。其次，多專業(yè)交叉施工意味著現(xiàn)場的作業(yè)空間變得更加狹窄，這也增加了意外發(fā)生的可能性。不同施工團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場作業(yè)時，可能會出現(xiàn)工人人數(shù)過多、材料和設(shè)備存放不當(dāng)、操作方式不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致安全隱患增加。

2 BIM 技術(shù)在超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

2.1 基于BIM的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化技術(shù)

超高層復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化技術(shù)是通過對超高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面深化設(shè)計(jì)和模擬，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的高效施工。該技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬和施工各個階段的信息集成到一個共享的BIM 模型中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與施工的無縫銜接，確保施工方案的可行性，并降低了建筑的總體風(fēng)險。

基于BIM 的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化技術(shù)中，設(shè)計(jì)人員可以在建立的BIM 模型中對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，確定節(jié)點(diǎn)的力學(xué)特性以及節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)性。隨后，通過BIM 軟件中的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，對節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如調(diào)整節(jié)點(diǎn)的尺寸、構(gòu)件連接方式和構(gòu)件材料等，以滿足節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)時，BIM 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同。通過將結(jié)構(gòu)、機(jī)電、管道等專業(yè)的模型進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)人員可以在一個模型中完成各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，避免各專業(yè)之間的沖突和重復(fù)設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。此外，BIM 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)模型的可視化展示，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模型評審和溝通。同時，BIM 模型可以與其它模擬軟件進(jìn)行集成，例如風(fēng)荷載模擬、地震模擬等，從而進(jìn)一步驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的可行性。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程直觀化、可視化，使得設(shè)計(jì)者和施工方在協(xié)作過程中能夠更好地溝通，更快地發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過BIM 模型，設(shè)計(jì)者和施工方可以在虛擬環(huán)境中對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析和優(yōu)化，找到合適的解決方案。在施工現(xiàn)場，施工人員可以通過BIM模型進(jìn)行3D定位和數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)精確的節(jié)點(diǎn)定位和構(gòu)件拼裝，避免人為因素和施工錯誤的影響。此外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用還可以降低建筑項(xiàng)目的成本和風(fēng)險。由于節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，可以大大降低施工中出現(xiàn)錯誤的風(fēng)險，減少材料浪費(fèi)和重復(fù)施工。此外，BIM 技術(shù)還可以在施工前通過虛擬建模和仿真，預(yù)先發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，降低工程變更和延誤的成本，實(shí)現(xiàn)工程的精準(zhǔn)管理和控制。

2.2 基于BIM的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)碰撞分析

BIM 技術(shù)可以有效地進(jìn)行超高層鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)的碰撞分析，以減少施工中的安全隱患和優(yōu)化工程進(jìn)度。具體來說，BIM 技術(shù)可以將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集成到同一個三維模型中，通過模型的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)件之間的實(shí)時碰撞檢測。在模型中，可以根據(jù)不同的視角和時間點(diǎn)進(jìn)行模擬，以便更好地觀察碰撞問題的發(fā)生情況。在實(shí)際應(yīng)用中，BIM 技術(shù)可以對超高層鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行幾何建模，并將建模數(shù)據(jù)與其它建筑元素進(jìn)行整合，包括建筑物外圍輪廓、電梯、管道、機(jī)械設(shè)備等。這樣可以在設(shè)計(jì)和施工過程中，實(shí)現(xiàn)各個專業(yè)之間的信息交互和協(xié)同，保證構(gòu)件之間的相互匹配和正確安裝，從而減少碰撞和錯誤。

基于BIM 技術(shù)的超高層鋼結(jié)構(gòu)碰撞分析技術(shù)主要是為了避免在施工過程中出現(xiàn)各種碰撞和沖突問題。在超高層鋼結(jié)構(gòu)的施工中，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件密集，且各種管線、設(shè)備等專業(yè)的布置也很復(fù)雜，不同專業(yè)之間需要進(jìn)行密切的協(xié)調(diào)配合，否則就會出現(xiàn)各種碰撞問題。在傳統(tǒng)的施工模式中，通常需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行人工檢查和調(diào)整，但是由于超高層鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，人工檢查和調(diào)整的難度很大，而且也很容易出現(xiàn)漏檢和誤檢等問題，因此需要采用一種高效、精準(zhǔn)的碰撞分析技術(shù)來解決這一問題。

2.3 基于BIM的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

BIM 技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師對超高層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化建模，使得設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)量檢測等各個環(huán)節(jié)都能夠精準(zhǔn)、高效地進(jìn)行。首先，在超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝前，BIM 技術(shù)可以進(jìn)行數(shù)字化預(yù)裝、模擬施工等，有效地規(guī)避安全風(fēng)險和減少材料的浪費(fèi)。其次，BIM 技術(shù)可以對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的準(zhǔn)確位置、尺寸、數(shù)量等信息進(jìn)行管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的施工進(jìn)度控制和資源協(xié)調(diào)，可以幫助施工人員在工程現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和信息更新，進(jìn)一步提高施工的準(zhǔn)確性和安全性。

基于BIM 技術(shù)的超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)以對施工現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)字化建模和規(guī)劃，提高施工的精確度和安全性。其次，BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交互，促進(jìn)多專業(yè)間的協(xié)作和交流，有效避免施工過程中的錯誤和矛盾。此外，BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時更新和監(jiān)控，提高施工進(jìn)度的準(zhǔn)確性和可控性。最后，BIM 技術(shù)可以在安裝過程中進(jìn)行碰撞檢測和預(yù)裝，提高鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的準(zhǔn)確安裝率，節(jié)約材料和成本。

2.4 基于BIM的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)智能驗(yàn)收技術(shù)

超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在建造過程中，由于節(jié)點(diǎn)多、形狀復(fù)雜、鋼材規(guī)格大等因素，傳統(tǒng)的驗(yàn)收方法存在許多缺陷，如周期長、難以實(shí)現(xiàn)精度控制、數(shù)據(jù)不夠全面等。針對這些問題，基于BIM 技術(shù)的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)智能驗(yàn)收技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)利用數(shù)字化技術(shù)提高驗(yàn)收效率和精度，進(jìn)一步提高超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量與安全。

基于BIM 技術(shù)的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)智能驗(yàn)收技術(shù)主要包括三個方面：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化展示。數(shù)據(jù)采集包括利用激光掃描、三維掃描儀、無人機(jī)等設(shè)備采集實(shí)際建筑物的數(shù)據(jù)，包括建筑物外部、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)備等方面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析則是通過數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選、比對等分析，從而判斷超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性，如鋼材的幾何尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)點(diǎn)的連接是否牢固等。數(shù)據(jù)可視化展示則是將數(shù)據(jù)以圖形、表格等形式呈現(xiàn)，方便工程師、建筑師等人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和理解。

與傳統(tǒng)的驗(yàn)收方法相比，基于BIM 技術(shù)的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)智能驗(yàn)收技術(shù)通過數(shù)字化技術(shù)采集數(shù)據(jù)，不僅大大提高了驗(yàn)收效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的精確控制，有效降低了數(shù)據(jù)的誤差。其次，利用數(shù)據(jù)分析方法，能夠更全面地評估超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性，檢測潛在的缺陷，提高了驗(yàn)收的準(zhǔn)確性和全面性。最后，數(shù)據(jù)可視化展示，使數(shù)據(jù)更加直觀化和易于理解，提高了驗(yàn)收人員對數(shù)據(jù)的感知和分析能力。

3 結(jié)論

本文研究了基于BIM 技術(shù)的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。通過對超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的難點(diǎn)和風(fēng)險進(jìn)行分析，提出了基于BIM 技術(shù)的多項(xiàng)解決方案。

首先，針對超高層鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)精度要求高、安裝難度大的問題，本文提出了基于BIM 技術(shù)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化技術(shù)，通過數(shù)字化建模和多學(xué)科協(xié)同，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和精細(xì)化。其次，針對超高層鋼結(jié)構(gòu)多專業(yè)交叉施工安全風(fēng)險大的問題，本文提出了基于BIM 技術(shù)的碰撞分析技術(shù)，通過對各專業(yè)模型進(jìn)行數(shù)字化模擬，有效預(yù)測和消除碰撞風(fēng)險。此外，本文還提出了基于BIM 技術(shù)的安裝技術(shù)和智能驗(yàn)收技術(shù)，通過數(shù)字化建模、全程跟蹤和數(shù)據(jù)分析等手段，實(shí)現(xiàn)施工全過程的優(yōu)化和智能化。實(shí)踐證明，采用基于BIM 技術(shù)的超高層復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，可以提高施工效率，減少誤差，降低安全風(fēng)險，提高工程質(zhì)量，節(jié)約資源，為超高層鋼結(jié)構(gòu)施工提供了新的思路和方法。