BIM技术在超高层建筑中的综合应用

BIM（建筑信息模型）技术是实现建筑业精细化和信息化管理的重要工具。介绍了BIM技术在超高层建筑项目的综合应用，通过数字仿真模拟的三维信息化模型实现土建施工、机电安装、钢结构吊装、幕墙和装饰装修施工和项目现场管理等多方面的BIM技术综合应用，同时结合信息化管理科学有效地确保了工程质量和进度，为BIM技术在大型工程施工中从前期图纸会审阶段到工程竣工阶段的BIM技术综合应用提供了技术参考。

建筑模型; BIM技术; 施工模拟; 信息化管理

TP317.4 A

［定稿日期］2022-03-23

［作者简介］张春银（1977—），女，本科，高级工程师，从事施工技术管理工作。

眉山春熙广场是眉山市地标性建筑，是一座以住宅、公寓、酒店和商业的大型综合楼（图1），具有规模大、现场管理难度大，且当地政府关注度高等特点，项目部策划引入BIM技术综合应用，通过建立精细化BIM建筑、结构、机电模型，利用模型进行碰撞检测，及时发现图纸问题；
建立三维施工场地布置模型，进行综合模拟施工，合理安排施工工序及进度计划；
根据土建及安装施工需要进行深化设计，进一步细化、完善、指导建筑复杂节点的施工以及现场错综的机电管线施工安装；
利用BIM软件搭设支模架、脚手架三维模型，指导编制施工方案及现场施工；
并针对眉山春熙广场项目地下室圆形结构建立BIM模型，开展复杂结构BIM技术应用；
引入BIM数字化管理平台进行进度、质量、安全施工管理，实现了项目级数字化管理模式。通过BIM技术在超高层建筑中的综合应用，实现了从前期图纸会审阶段到工程竣工阶段的BIM技术综合应用。

1 土建施工BIM应用

1.1 模型建立及应用

（1）根据施工图纸建立精确的建筑3D信息模型， 实现建筑外观的可视化，通过土建BIM模型发现图纸问题并反馈至设计院，经设计院调整后重新修改，并对三维模型按其修改的图纸问题验证其调整方案的合理性，有效避免返工，节约材料，并有利于环境保护。

（2）建立3D模型，运用BIM技术解决常规性的结构碰撞和异型（如圆弧形）结构、地下室坡道、楼梯间等重要节点施工难题；
框架柱与弧形剪力墙和弧形梁交接处存在复杂的施工节点，模板及钢筋施工困难。通过对圆弧形墙、梁三维模型的建立，可以直观展示出弧形梁的空间位置关系和不规则的形体信息。在实际施工中，采用传统放线方法不能满足施工要求，通过应用BIM技术使用空间三维坐标体系控制定位放线，达到精确定位，应用BIM技术对圆弧形梁模板进行拼装，优化模板的选用以及使用的效果，统计模板使用量，合理规划进场材料（图2）。

（3）建筑工程地下室车道标高随坡道高度而定，通过三维模型的建立，可以直观观察梁标高，便于实际施工中精确梁标高定位；
三维模型建立可以及时发现车库入口处与梁底面净距，不满足规范要求时，及时调整，避免返工现象（图3）。

1.2 支模架及外脚手架三维模型搭建

（1）利用建立的3D模型进行模板支模架搭设的应用，确保支模架施工搭设的安全可靠性，预先进行常规支模架和高支模三维架体排布、确定安全网铺设位置、混凝土分层浇筑高度、剪刀撑位置及间距、梁柱节点加固方式、顶托自由端超长部位进行调整，及时发现并解决问题，实现可视化交底，优化专项方案（图4）。

（2）BIM建立外脚手架三维模型图，可智能布架并计算脚手架工程设计参数，支持整栋、整层、任意剖面三维显示，通过内置三维显示模型实现达到照片级的渲染效果，有助于工程技术交底和细节呈现（图5）。

1.3 施工场地布置

（1）应用BIM施工现场布置软件建立精确的BIM模型，进行仿真现场临设规划、3D动态观察、自由漫游行走，可对施工活动、拆卸等操作进行全面的模拟。

（2）应用BIM虚拟交底，按照施工规范建立虚拟样板，方便现场管理人员更直观清楚地了解项目施工要求（图6）。

2 机电施工BIM应用

2.1 建立可视化三维模型

（1）机电安装工程BIM技术应用及分析是要建立在建筑、结构模型完成基础上，通过在模型建立的过程中提前发现设计图纸存在的问题，形成BIM图纸会审记录，便于后期图纸会审，避免不必要的返工；
其次为后期机电管线碰撞检查及深化设计提供模型基础，实现各专业的可视化协同，同时帮助参建方更好地沟通协作，实现信息化管理（图7）。

（2）根据图纸会审记录对模型进行初步调整，调整完成后对模型进行碰撞检查，碰撞检查前，还需要对碰撞类别进行提前分析，考虑碰撞类别的不同提出不同的解决方案，根据以往经验制定了不同碰撞类型的解决方案，詳见表1。

（3）初步解决方案确定后，通过链接地下室各专业模型，将Revit软件中链接好的综合三维模型导入Fuzor软件，利用Fuzor软件进行碰撞检查分析。

（4）工程中地下室主要功能为设备房及地下车库，一般情况对地下室净高使用有很高的要求，为了满足地下室设备用房及地下室对净高使用要求，应保证地下室各机电系统布置走向合理美观，BIM模型可以有效地针对地下室综合管线进行深化设计并布置。

（5）结合机电三维模型的碰撞报告，结合各方的专业意见和建议逐一进行调整优化，缩短项目施工工期。

2.2 设备用房管线综合布置应用

（1）根据图纸进行设备清理各设备用房的设备及管线等部件，根据确定的设备型号按照设计或设备厂商提供的基础数据对设备基础进行参数化模型建立。

（2）建立完所有设备基础后进行优化布置，进行碰撞检测，通过对每个设备用房进行综合分析，制定了深化设计方案，完成模型的验证（图8）。

2.3 净高分析

（1）无论是在地下室还是设备用房的模型优化，都需要对楼层空间净高进行分析，不同功能区域规范对净高要求不一样，按规范的要求对现场设备用房模型进行净高检查，找出不符合净高规范的位置提前反馈至业主方和设计单位。

（2）净高分析是通过把设备用房模型优化后导入Fuzor软件中，利用软件测量工具中的净距测量功能对安装管道、风管、桥架、结构梁等进行净高测量，通过测量数据来判断和验证模型优化后合理性（图9）。

2.4 工程量统计

优化后用于指导施工的模型，其模型精度可以达到LOD400程度，通过高精度的模型提取工程量得到的数据和对本工程机电系统模型的建立，不仅可以优化专项方案，还可以根据模型，统计出给排水管道、桥架、风管等用量，自动生成统计表，导出为Excel格式精确的材料用量便于实际应用，可大大提高工作效率。

2.5 4D模拟施工

利用Fuzor软件的施工4D模拟技术，导入设备用房的进度计划表，把设备用房的模型与施工进度计划表在软件中进行关联，通过4D模拟直观表现施工进度计划与模型之间的变化，在真正施工前对三维的设备用房模型进行实时的可视化漫游和体验，模拟真实性让项目各方了解成本、工期与环境影响，有助于改进规划，尽早发现风险，减少潜在浪费。

3 钢结构施工BIM应用

对钢结构屋架建立精细化BIM模型，并进行深化设计，模拟装配施工，对施工重点及难点进行分析，然后优化施工工艺，对施工人员进行三维技术交底。

3.1 建立钢屋架BIM模型

将传统的二维图纸变为三维实体模型，更直观地反映钢结构屋架造型，并且在建模过程及时发现多处钢构件节点的碰撞点，钢结构模型包含了整个钢结构的节点、构件、材料等信息（图10）。

3.2 利用BIM技术对钢结构进行深化设计

传统设计施工图纸只能二维展现结构关系，缺乏直观的三维空间关系，针对平立面不规则的结构很容易出现构件交叉碰撞的情况，需进行构件大小或者构件标高的修改调整，影响施工进度且易造成现场返工等问题。因此，根据BIM模型检查设计施工图纸中的不合理位置，并撰写图纸问题确认报告，交由设计人员核实修正。

3.3 屋顶钢结构安装工艺模拟

运用BIM技术，针对高空吊装难度大，施工危险性较高，为保证钢结构吊装施工正常进行，需要科学安排其施工技术及其流程步骤，有效防止安全质量事故的出现。在吊装前期做了详细的施工模拟动画，对施工重点及难点进行分析，更直观对操作人员进行三维技术交底，不断优化施工工艺，保证装配施工安全性、高效性（图11）。

3.4 工程量统计

利用BIM技术对钢结构进行三维实体建模以及后期的详图深化设计，基本等同于实际建筑的建造，钢结构BIM模型包含了整个工程的节点、构件、材料等信息可以直接导出用钢量、节点用螺栓数等材料清单。

4 幕墙和装饰装修施工BIM应用

（1）运用BIM技术，将2D施工平面图转化为3D建筑装饰装修信息模型，视觉上更直观呈现立体效果，能细化局部的施工工艺，明确各构件所选用的材料（图12）。

（2）在幕墙和装饰装修施工过程中，各装饰装修构件与结构、设备冲突碰撞是经常遇到的棘手问题。在建模过程中，应用“碰撞检查”，及时发现重叠或相互冲突的图元，并生成碰撞报告，在施工前及时协调各专业图纸，避免返工。

（3）运用BIM技术，将现场实际的尺寸复核到三维模型中，对墙地砖、石材及铝板出排版施工定位图和精准排版图，工厂可直接按照图纸进行加工，到达施工现场后按照图纸编号进行施工，不需要进行二次加工和出现返工。

5 管理BIM应用

BIM数字管理平台，通过建立工程BIM模型，将模型导入施工项目管理平台，利用三端一云（PC端、手机端、网页端和关联云）与BIM模型相关联进行项目进度、质量、安全等管理；
利用BIM高效信息协同特点，打破原有公司各部门之间、企业与项目之间的信息壁垒，提高生产、质量、安全相关信息的提取和共享效率，实现公司、项目生产、质量、安全管理的信息化。

6 结束语

将BIM技术结合项目实际使用需求进行探索研究，实现土建施工BIM应用、机电施工BIM应用、钢结构施工BIM应用为主的BIM技术综合应用。BIM技术应用管理，解决了超高层城市综合体施工中的技术难点，有效减少了图纸问题造成的返工，工程质量、工期得到了有力保障，为BIM技术在大型工程施工中的应用提供了技术参考。

参考文献

［1］ 王鑫.建筑信息模型（BIM）建模技术析［M］. 北京，中国建筑工业出版社， 2019，136-142.

［2］ 建筑信息模型施工應用标准：
GB/T51235-2017［S］. 北京：
中国建筑工业出版社出版，2018.

［3］ 建筑信息模型应用统一标准：
GB/T51212-2016［S］. 北京：
中国建筑工业出版社出版，2017.

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