BIM技術在高層建筑結構施工中的應用分析

李 艷 王云杰 山東鼎元芳華工程項目管理有限公司

1 BIM技術的概念及其在建筑結構設計中的發展現狀

1.1 BIM技術的概念

BIM技術為建筑信息模型的簡稱，主要是一種以現代化信息技術為基礎的軟件工具，其具有大量功能，例如協調性、可出圖性等，在建筑結構設計工作中可以對建筑信息資源進行收集與處理，并利用計算機技術將設計圖紙轉變為三維模型，對其進行參數設計。與此同時，BIM技術可以對建筑結構設計圖紙的可實施性進行檢查，也可以驗證建筑結構設計中漏洞存在的情況，還可以對數據進行實時的調整，確保減少建筑施工過程中發生反復施工與重復施工的情況，以推動后續建設項目的順利進行，減少建設項目成本。

1.2 BIM技術的發展現狀

雖然BIM技術在我國建筑行業中具有十分廣闊的發展空間，但是BIM技術的發展存在一定問題，例如建筑企業并沒有對統一的建筑模型數據進行使用，使建筑施工會出現重復與浪費模型的現象，與此同時，各建筑企業為追逐經濟利益，很難形成統一的標準。此外，在我國建筑行業中并沒有廣泛應用BIM技術，使BIM技術的應用范圍較小，建筑設計工作人員只是應用BIM技術的軟件建模，未能對其進行深入的理解與應用。BIM技術不僅是一項技術，也是一種設計理念，如果建設項目未對統一的建筑模型標準進行使用，會使各個環節之間的模型交互數據不夠明確，甚至會發生多次返工返修的情況，從而使建設項目的施工工期被延長。

2 BIM技術概述及其主要功能

現代建筑工程項目是一項復雜的建筑工程綜合體，它涉及到多個環節不同施工內容，同時在建筑工程施工過程中根據不同的施工項目存在多個施工參與者進行參與，這一工程實際情況使得建筑工程造價管理工作在信息處理上變得復雜起來。BIM技術的核心在于信息處理，它是一種以計算機技術和信息技術為基礎的可視化建筑信息模型，通過利用統計學、幾何學、建筑工程學等多種學科技術將建筑工程整體信息、施工操作工序、施工技術等多方面因素進行集中整合處理，并以數字模型的形式呈現出來，便于為相關建筑工程設計及施工管理人員提供清晰、準確的數據參考。在實際建筑結構設計過程中，BIM技術的主要功能大致分為以下幾個層面的內容：一是設計圖紙可修改功能。基于BIM技術應用下的建筑結構圖紙，其所有的設計信息都是在建筑模型基礎之上生成得出的。通過這種形式設計出來的結構圖紙，在后期應用過程中在出現修改的情況時，設計人員只需要根據實際需要對某一數據信息進行修改，基于BIM技術下的整體圖紙設計系統就會根據數據的變更自主的完善其他數據參數的匹配和修正，因此能夠大大降低設計人員的圖紙修改和數據修正工作量，從而有效降低工作負擔。除了數據信息的自動修改，基于BIM技術應用下的圖紙設計也具有自動修改的功能，其在減少設計人員工作量方面有著積極的促進作用，有助于設計人員將精力更好的兼顧把控全局和細部優化，通過BIM技術的自動數據比對和修正功能，得出最優的設計數據及方案，從而為后期施工質量的提升奠定良好的基礎。二是設計數據信息化功能。BIM技術是一種基于現代化信息技術的應用工具，其核心內容就是信息。相較于傳統形式的建筑結構設計過程，BIM技術背景下的工程設計具有可攜帶信息的特點。基于這種應用的背景，可以將BIM技術模型作為建筑工程設計的數據庫使用，在建筑結構設計過程中的所需信息都可以從此數據庫中進行查詢，借助各種數據之間的有效關聯，還可以獲取最佳配置的數據信息。因此，在設計實踐的應用過程中，設計人員在需要調取某一方面的數據信息時只需要點擊特定的點，就可以獲知全面的信息內容，大大提高了信息的獲取效率，同時也能夠迅速掌握相關的關聯信息，提高獲取信息的全面性。這種工作模式下的建筑結構設計過程可以幫助設計人員在最短的時間內獲取系統的數據信息，有效避免了由于人工記錄和輸出數據時存在誤差的情況，從而有效提升建筑設計的準確性和可靠性。三是工程結構設計一體化功能。基于BIM技術設計下的建筑工程結構模型，不僅可以直觀地體現出建筑工程的外觀特征，同時可以借助信息化技術的支持，將工程項目中的光源、熱能傳導以及相關材質信息的屬性等內容具體的表現出來，便于相關設計和施工人員對工程項目的相關綜合信息進行科學全面的掌握。BIM技術下的建筑模型是一種將建筑工程相關的各種信息進行綜合匯總表現的設計過程，它不僅可以從建筑設計需要的角度對建筑結構的安全性進行科學的評估，同時可以從舒適性、光源以建筑節能等各個角度對建筑設計進行綜合性的評估，從而達到提升建筑結構設計優化的目的。與此同時，BIM不僅具備CAD設計的基礎功能，同時可以通過技術渲染完成建筑模型整體的渲染過程，借助設計軟件系統的分析和處理功能，實現建筑結構設計出圖、計算以及整體渲染的一體化目標。

3 BIM技術在高層建筑結構施工中的應用

3.1 三維碰撞檢查（沖突檢測分析）

高層建筑建設中管線布置復雜，設計人員在設計階段進行電力電路、通信線路等大量管線的布設過程中，由于2D圖紙往往不能全面反映個體、各專業、各系統之間的碰撞可能，經常會存在一些構件碰撞問題。因此，可以利用BIM技術進行碰撞檢查，優化工程設計方案，減少乃至消除因設計原因造成的返工問題。利用BIM技術的碰撞檢查功能進行沖突檢測分析后，施工人員可得到優化后的3D結構方案，并根據3D結構方案進行施工模擬，可有效地提高施工質量。

3.2 模擬施工

由于高層建筑結構施工工程量大、工序多，故在實際施工中會出現各種各樣的突發狀況。BIM技術提供的虛擬施工平臺可以在計算機上模擬整個建筑施工過程，減少施工中突發狀況的發生。虛擬施工模型可以通過輸入該工程實際數據信息資料進行整個施工過程的模擬以及施工方案的優化等。模擬施工可以及時發現設計錯誤，對設計圖紙中存在的錯誤及時更正。并且，施工過程中存在著各種各樣的風險，模擬施工可以對這些風險進行對比分析，確定采用不同施工方案的可行性，并且確定各方案的模擬施工周期。同時，在模擬施工的過程中，可以發現建筑施工過程中可能存在的質量和安全問題，減少施工過程中的突發狀況，更好地促進施工的順利開展。因此，BIM技術的虛擬施工應用使專業人員對施工現場和施工進度有了更全面的把控，更有利于施工質量和施工進度的保障。

3.3 4D施工模擬

隨著建筑工程規模的擴大，施工項目管理變得越來越復雜。而建筑工程施工本身就一直處于一個動態變化的過程，任一環節出現問題，都只能重來，這樣不僅會浪費材料和人力資源，還會對施工質量和安全產生很大的影響。高層建筑的施工項目管理就尤其復雜，而BIM技術提供的4D施工模擬技術將3D立體化模型與施工進度相鏈接，建立4D施工信息模型，即根據施工組織設計來進行模擬，通過模擬來確定最佳施工方案，實現工程進度、人力、材料、設備、成本和場地布置的動態集成管理，使各個環節的施工進度安全、有效地得到保障，使施工項目管理由復雜變得簡單、有序。

3.4 BIM技術在建筑結構設計中的應用難點

BIM技術在建筑工程結構設計中的應用主要是通過系統將所需要的模型發送到分析軟件中去，然后利用特定的算法將建筑結構的設計信息進行計算，同時根據設計人員輸入的相關指令生成動態的圖紙和結構模型。在這一過程中，為了能夠有效提升結構設計的準確性和合理性，需要相關設計人員對模型空間整體的真實性和BIM系統的物理建模能力進行綜合的考慮。建筑結構的安全性是整個設計過程中首要考慮因素，由于建筑工程設計包含的內容范圍較廣，加上施工材料自身力學特征、荷載組合等內容都會對整體結構的安全性造成影響，因此在BIM設計應用過程中設計人員需要面對各種復雜的數據參數。除此之外，由于BIM模型的本質是物理模型、建筑結構分析模型以及施工圖文的完全數據模型，在實際設計過程中只有采用完全符合標準或者相對較為簡單結構構件才能實現上述多種數據模型之間的雙向對接，一旦建筑結構的構建在整體設上沒有達到相關規范要求，勢必會導致其計算過程中出現數據丟失的情況。基于此，在BIM技術的實踐應用過程中需要設計人員密切關注這一問題，不斷優化物理模型和結構分析模型之間的雙向對接問題，促進整體建筑結構設計質量的提升。

3.5 主體結構受力復核

復雜的建筑結構對建筑結構設計技術要求更高，尤其是建筑結構中的主體結構受力復核方面。以某高層建筑為例，要將兩棟塔樓連成一個整體，在塔樓間采取高區位、中區位與低區位進行三道樓體連接，其中高區連體部分一共四層，最高點與地面間距離175m，中區位置連體四層，最高點與地面間距離125m。因樓體高度不符合標準，很難進行施工。此時應用BIM技術，降低了三道連體的施工項目難度，進而使工程順利開展。BIM技術能專業模擬工程建設中的起吊過程，先對高區進行模擬，爾后模擬下2層位置，采用塔式起重機安裝上2層。模擬中區時，先在地面初步拼接，拼接完成再進行起吊工作。確定以上所有方案后，利用BIM技術全面統計起吊點荷載，分析統計的數據結構，確保無誤再向設計院提交，BIM技術的運用為主體結構受力復核提供了一定支持與參考數據。

4 結束語

綜上所述，當前建筑行業普遍引進BIM技術，旨在通過此技術提高建筑工程整體效率與質量，優化設計水平，降低建筑工程建設成本，減少返工情況。本文結合BIM技術在建筑結構設計中的應用進行研究，將建筑結構中的二維結構設計模式轉向三維結構設計模式，全面采用信息模型模擬建筑結構，可以更為高效地完成建筑項目。