BIM技術(shù)在某超高層建筑工程中的應(yīng)用

文/合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 范傳祺 關(guān) 群 李鵬飛

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑的真實信息，建立三維建筑模型，實現(xiàn)工程設(shè)計、施工、管理等功能。BIM技術(shù)具有信息化、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等特點，建筑工程項目各參與方在同一信息平臺上，共享建筑信息模型，有利于建筑的精細化建造和管理，在降低成本的同時使工程建設(shè)品質(zhì)高、速度快，并可實現(xiàn)對項目的集成管理。

1 項目背景

1.1 工程概況

某工程位于安徽省合肥市國家科技創(chuàng)新型試點試驗區(qū)，望江西路與方興大道交叉口西北角，為高端城市科研辦公樓。建筑高度183.55m，地上40層，地下2層，總建筑面積約11萬m2，地上建筑面積約9萬m2，地下約2萬m2。框架結(jié)構(gòu)+型鋼混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，工程包括玻璃幕墻、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)。其整體建筑效果如圖1所示。

1.2 工程重難點

1）超高層建筑工程體量大，設(shè)計變更多，出圖效率低，易導(dǎo)致經(jīng)濟損失和工期延誤。

2）屋面為鋼結(jié)構(gòu)，施工難度大；工程空間碰撞多，層間凈空要求高。

3）玻璃幕墻節(jié)點復(fù)雜，安裝難度大，CAD平面圖紙難以表達施工節(jié)點生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝情況。

4）工程技術(shù)要求高，建筑、結(jié)構(gòu)、機電、幕墻等工程穿叉施工，不易控制工程進度和造價，現(xiàn)場施工管理難度大。

圖1 建筑整體效果

根據(jù)以上難點，本項目全過程應(yīng)用BIM技術(shù)，利用BIM模型提升設(shè)計效率，減少設(shè)計失誤，獲取工程數(shù)據(jù)，并為施工建造全過程提供技術(shù)支撐，為項目參建各方提供基于BIM的協(xié)同平臺，有效提升協(xié)同效率。確保建筑在全生命周期中能實現(xiàn)按時、保質(zhì)、安全、高效、節(jié)約，以達到對整個項目的總體控制。

2 BIM信息化平臺應(yīng)用

在本項目中充分運用Autodesk Vault數(shù)據(jù)管理平臺，將其打造成BIM全生命周期協(xié)同平臺。

1）按質(zhì)量管理體系建立本項目文件管理結(jié)構(gòu)。完全符合ISO9000質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，并參照D-BIM交付標(biāo)準(zhǔn)，避免質(zhì)量管理工作累積，減輕管理人員工作負擔(dān)。與傳統(tǒng)管理習(xí)慣兼容，不影響B(tài)IM技術(shù)的快速推廣，從項目本身情況著手，能夠優(yōu)化項目全過程。

2）BIM協(xié)同方式創(chuàng)新，在Autodesk Vault數(shù)據(jù)管理平臺上建立BIM模型協(xié)同方式。在Vault服務(wù)器上建立總文件夾，以工作集的形式分流給各個客戶端，各客戶端直接通過鏈接聯(lián)系。工作集采用Vault插件實現(xiàn)文件與存儲位置一一對應(yīng)，從而實現(xiàn)各客戶端與總文件夾同步存儲與更新及項目數(shù)據(jù)信息共享。

3）Vault+“云”實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)計和BIM整體模型提交。客戶端通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備可直接訪問Vault數(shù)據(jù)、Revit文件、Navisworks文件，簡單易用，性能靈活，實現(xiàn)內(nèi)外協(xié)同；所有數(shù)據(jù)均在服務(wù)器上，安全穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，應(yīng)用主機模塊化、虛擬化，可隨項目應(yīng)用情況增減、拆分、組合，節(jié)約成本。

3 BIM深化設(shè)計

3.1 BIM模型建立

1）建筑模型采用工作集方式創(chuàng)建，在方案確定后，由多名建筑師聯(lián)合，利用Revit Architecture共同完成項目的模型及圖紙設(shè)計。建筑的三維模型和外立面弧形幕墻均可在Revit中清晰表達，在模型中實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，可使用參數(shù)精準(zhǔn)控制和調(diào)整構(gòu)件的屬性。

2）結(jié)構(gòu)模型由結(jié)構(gòu)工程師利用Vault平臺進入建筑模型，使用PKPM完成結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計，再將圖紙導(dǎo)入Revit Structure進行基礎(chǔ)、梁、板、柱、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化布置。

3）而后將建筑和結(jié)構(gòu)模型提供給設(shè)備工程師，采用Revit MEP完成暖通、電氣、給排水設(shè)計，通過建立水暖電系統(tǒng)視圖樣板，分別賦予各子系統(tǒng)材質(zhì)、型號等參數(shù)信息，并提供完整的管道和設(shè)備信息統(tǒng)計表。建筑、結(jié)構(gòu)、機電BIM模型如圖2所示。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

本工程屋面鋼架由桁架、水平連接桿件及連墻拉桿等組成，懸挑結(jié)構(gòu)由5榀鋼桁架支撐，最大懸挑距離16.45m。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，斜交網(wǎng)格施工技術(shù)要求高，鋼構(gòu)件種類較多，包含一些特殊類型構(gòu)件，如勁性鋼柱、型鋼柱。按照傳統(tǒng)加工方法難以滿足精度要求。通過采用Tekla軟件進行深化設(shè)計，建立鋼結(jié)構(gòu)三維模型（見圖3），對鋼構(gòu)件全部進行三維數(shù)控加工，工廠預(yù)拼裝后，再運至現(xiàn)場，根據(jù)三維模型坐標(biāo)，進行坐標(biāo)精確定位及位置復(fù)核，有效保證了安裝精度。

3.3 碰撞檢查

本工程各專業(yè)管線走向錯綜復(fù)雜，通過對機電管線綜合排布，將建筑、結(jié)構(gòu)、機電模型導(dǎo)入Navisworks進行碰撞檢查，通過設(shè)計問題報告書提交給各專業(yè)設(shè)計師進行優(yōu)化設(shè)計和綜合調(diào)整，提前發(fā)現(xiàn)各專業(yè)間的空間交叉與碰撞。在本工程中共發(fā)現(xiàn)并解決了591個硬碰撞問題，如圖4所示。為使管道凈空標(biāo)高滿足建筑功能需求，在各樓層間繪制凈高限制天花板，利用軟件進行凈高檢查，在最大程度上提升空間高度。

4 三維可視化指導(dǎo)施工

4.1 加工指導(dǎo)

本工程外立面為玻璃幕墻，部分幕墻造型復(fù)雜且曲率變化大。由于傳統(tǒng)CAD技術(shù)的局限性，會增添幕墻材料損耗和增大施工難度。采用BIM技術(shù)對外立面幕墻進行參數(shù)化設(shè)計，幕墻曲面通過Revit體量進行繪制，再將體量曲面導(dǎo)入Revit中，使用建筑幕墻對曲面進行劃分。BIM能提供幕墻模型數(shù)據(jù)信息，參數(shù)化建模可迅速完成幕墻的玻璃面板、豎挺、支座等零件的可視化實體模型，為幕墻的加工生產(chǎn)提供參考。

圖2 BIM模型

圖3 鋼結(jié)構(gòu)三維模型與深化設(shè)計

圖4 碰撞檢查與優(yōu)化

4.2 安裝指導(dǎo)

幕墻安裝過程復(fù)雜，零件和節(jié)點繁多，幕墻安裝準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)受力分布和安全可靠度等問題。將Revit幕墻模型導(dǎo)入Navisworks，利用參數(shù)化設(shè)計技術(shù)生成幕墻施工三維坐標(biāo)控制點，通過幕墻安裝仿真模擬導(dǎo)出三維動畫視頻，可高度可視化指導(dǎo)幕墻現(xiàn)場施工，包括焊接下嵌臂連接、安裝幕墻豎挺及幕墻板、螺栓安裝上嵌臂、連接幕墻豎挺等過程（見圖5）。

5 BIM在現(xiàn)場管理中的應(yīng)用

5.1 進度管理

利用廣聯(lián)達BIM5D對項目實行施工段劃分和創(chuàng)建進度計劃，通過BIM5D模型，對施工進度進行查找、優(yōu)化和控制。以天為時間間隔，按照計劃進度和時間進度模擬實現(xiàn)整個工程項目的施工流程，同時動態(tài)追蹤和分析計劃進度與實際進度，自動生成各種進度計劃表，精確掌控施工過程中任務(wù)分工和時間節(jié)點，實現(xiàn)對施工進度的動態(tài)管理。

5.2 三維場布

本工程施工場地狹小且現(xiàn)場施工人員多，利用廣聯(lián)達軟件進行三維場布（見圖6），有效利用施工現(xiàn)場用地，提高場地利用率，合理規(guī)劃現(xiàn)場施工區(qū)、辦公區(qū)、材料區(qū)、加工區(qū)和生活區(qū)，優(yōu)化工作面管理和材料堆放布置方案，保障現(xiàn)場運輸和起吊暢通快捷，方便現(xiàn)場人員管理。利用三維場地模型進行虛擬演示，在施工前發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患并予以排除，避免人工作業(yè)危險，提高工人的安全意識，從而降低工程事故。

5.3 造價管理

工程造價管理中，工程量統(tǒng)計是最繁瑣的一項工作。傳統(tǒng)的工程算量基于二維圖紙，需手算工程量。利用Revit建立的模型，通過材料明細表導(dǎo)出工程量清單（見圖7），可顯著縮短算量時間，提高工程算量準(zhǔn)確度，方便控制和核算工程造價，同時可進行成本測算、中間計量、多算對比，在施工過程中對鋼筋、混凝土等主材進行嚴格管控。

6 結(jié)語

BIM技術(shù)的應(yīng)用有效解決了超高層建筑工程中的重難點問題，積累了BIM技術(shù)實際工程應(yīng)用經(jīng)驗。

1）通過建立BIM信息化平臺實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計，減少設(shè)計變更，提高出圖效率，減少經(jīng)濟損失和縮短工期。

2）通過建立各專業(yè)BIM模型，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，解決屋面鋼結(jié)構(gòu)施工困難，三維模型碰撞檢查解決工程空間碰撞。

圖5 幕墻安裝仿真模擬

圖6 三維場布

圖7 材料明細

3）通過BIM技術(shù)進行參數(shù)化設(shè)計，三維可視化指導(dǎo)幕墻生產(chǎn)和施工，解決玻璃幕墻施工節(jié)點生產(chǎn)復(fù)雜和現(xiàn)場安裝難度大等問題。

4）通過BIM技術(shù)在工程中進度管理、三維場布、造價管理等方面的應(yīng)用，方便施工方精準(zhǔn)控制工程進度和工程造價，實現(xiàn)現(xiàn)場施工集成化管理。