BIM技術在高層建筑結構設計和施工中的應用分析

周林花

上海市建工設計研究總院有限公司 上海 200030

1 BIM技術的特點

所謂BIM（（Building Information Modeling）技術，中文將其稱之為建筑信息模型。這是一種現代信息技術應用于建筑設計領域的成果，作為一種建筑設計軟件，其不同于傳統的CAD，只停留在二維圖面上；而是能夠將建筑設計的相關數據，全部集成在建筑模型上，不僅能夠實現可視化、模擬化，更能夠做到協調化，為建筑設計和施工提供了非常大的便捷性。BIM技術的應用，使得建筑行業從傳統的粗放模式，向高效與精細模式有了很好的過渡，對于建筑行業的未來發展起到了非常重要的作用。BIM技術就其特點來看，主要體現在以下三個方面。

1.1 可視化

BIM技術最為顯著的特點，就是可視化，這是在建筑行業中應用非常廣泛的。傳統的建筑設計，都是停留在紙面上。即使能夠在可視化方面作出一定的努力，也僅限于對構建的大小、色彩作出表示等等，這樣的效果是非常有限的，不但內容單一，更重要的缺乏構件之間的互動與反饋。特別是各個專業之間的互動，如在某工程高層設計中結構YJK只是將結構框架搭建出來，建筑方案中只是通過效果圖表現出建筑效果，并不能把建筑和結構相結合的時候的狀態表現出來，如YJK圖1，BIM圖2，BIM的出現，則真正實現了可視化，所有的建筑相關的內容，都能夠通過模型直觀的表現出來，而且這種可視化是能夠滿足構件的互動與反饋的，這就極大的突破了2D時代的問題，不但能夠更加直觀的觀察設計方案，而且還可以隨時做出調試、模擬和分析，還能夠有效避免其中的錯誤，讓整個項目從設計，到建造，到運營，都處于可視狀態下。

圖1

圖2

1.2 模擬性

BIM技術因為是將各種構件、參數集成在模型之上的，所以通過調整相關參數、構件就能夠對整個項目展開模擬。事實上BIM技術的模擬性在建筑結構施工的整個過程中都可以得到體現。利用BIM技術的模擬性，不但能夠優化施工方案、還能夠提升施工質量，控制施工風險。在設計過程中，利用BIM的模擬性，可以將方案直觀體現出來，如果其中存在設計的問題、缺陷或者個體與整體的碰撞，都能夠很好的表現出來并及時予以修改。在超標階段，還能夠利用BIM技術，將3D模型與施工進度銜接起來，從而對施工進程展開全面的模擬，進而找出最優施工方案，發現施工中的關鍵進程、在材料選擇過程中，同樣能夠基于BIM技術展開模擬，從而將各種費用、成本利用模型反映出來，從而得到更科學的材料采購方案，進而對整個項目成本實施有效控制。

在某工程中，前期設計中將建筑與結構綜合建BIM模型，在設計階段就能清晰直觀的看出整體的立面效果和建筑結構之間的連接與交互，有效避免解決建筑中的凈高和碰撞問題。

1.3 協調性

隨著建筑行業的不斷發展，建筑結構越來越復雜，建筑規模也越來越大，所以在建筑項目中的協調性至關重要，尤其是高層建筑更是如此。建筑、結構、水電、暖通各個專業相互協調建筑工程的順利開展，需要施工單位、業主單位、設計單位、監理單位緊密配合，同時施工單位中，還有總包與分包，各種不同施工內容可能分屬不同施工廠商。所以如果這單位之間無法有效配合，無法做到信息的暢通，必然會對工程造成很大的困擾、輕則導致工程進度延誤，重則造成嚴重質量和安全問題。而BIM技術的應用，能夠很好的解決各單位之間的協調和溝通問題。基于相同的模型，項目相關單位能夠及時同步共享所有的信息，完成信息交換，保證信息交流的暢通性；同時各單位根據項目進展修改或維護相關數據后，這些數據造成的影響將會同步到整個模型，這樣就能夠有效避免不同單位之間因為溝通不暢而導致的決策抵觸，最大程度保證施工的準確性和一致性。

2 高層建筑結構施工的特點

對于高層建筑的具體定義，按照我國《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）中的內容，10層及以上的建筑、高度超過28m的住宅建筑，以及高度超過24m的其他民用建筑，均稱之為高層建筑。由此可見，高層建筑的直觀體現，就是層數多，高度高。相對于一般性建筑施工，高層建筑的施工難度大，且具有以下的一些特點：

（1）高層建筑往往工程量較大，且各種工序復雜程度高，需要各方緊密配合。一般般情況下，高層建筑至少需要土方、鋼筋、模板、混凝土等十多個專業工種，二者這些作業往往需要交叉配合，技術標準也相對較高。

（2）施工工期相對較長。很多高層建筑的單棟建設周期都需要數年，統計數據表明我國當前的高層建筑平均施工工期是2年左右，而建筑結構周期通常為一層三到十天。所以在這漫長的周期中，必然會有雨季、冬季，施工難度更高。

（3）安全防護嚴格。高層建筑的施工必然有很多屬于高空作業，因此在施工過程中務必要做好各種安全防護措施，一方面要做好高空作業人員的安全防護，另一方面也要有效保證地面人員安全。所以安全防護更加嚴格，防護成本也更高。

（4）質量要求高。相對于一般性建筑，高層建筑的施工質量有更高的要求，不僅要有更好的防水性、防震性、穩定性；而且對于使用的各種材料，施工的各個工序的質量要求都相應更高。

3 BIM技術應用于高層建筑結構施工中

BIM技術的出現并廣泛應用，對建筑行業來說無疑有非常積極的作用，而且隨著BIM技術的不斷發展，以及國家對于BIM技術的相關政策的不斷更新和優化，BIM技術在建筑領域中發揮的作用也越來越大，應用范圍越來越廣，在設計、施工、管理、預算等都起到了關鍵作用。在高層建筑結構施工中，BIM的應用主要體現在以下幾方面。

3.1 三維碰撞檢查

對于高層建筑來說，包括電力、通信等各種管線布置非常重要，并且隨著社會的發展，各種管線的復雜程度也越來越高。然而如果采用傳統的2D圖紙模式，各個專業的管線布設，只能從自身角度展開，無法反應整個建筑結構整體布線情況，所以很容易出現不同專業、不同系統的布線碰撞，這也對后續施工造成了諸多不便。所以，將BIM技術應用于結構施工中，能夠基于模型展開三維碰撞檢查，從而找出其中設計的沖突，及時予以調整，這樣就能夠最大程度的避免出現返工。而且BIM技術在完成三維碰撞后，以優化的模型作為施工的依據，對于保證施工質量有很好的保障。

3.2 模擬施工

相對于一般建筑來說，高層建筑的施工周期長、工程量大、規模大，所以施工過程中各種突發狀況的發生可能性也更高。所以將BIM技術應用于高層建筑施工中，能夠通過計算機對整個施工過程展開模擬，從而最大程度的降低突發情況的發生，是建筑施工具有更好的可控性。通過實施模擬施工，能夠對當前的相關工程數據展開全面的模擬檢測，從而發現其中的設計問題，并及時予以改正；對于不合理的工程數據，提前做出調整。更重要的是，在模式施工中，能夠對各種風險有很好的評估，通過對不同方案的模擬，在滿足施工周期、質量和成本要求的基礎上，選擇風險最小，可控性更高的施工方案，這樣能夠更加有效的保證施工的順利進行?？偟膩碚f，BIM技術的運用，將讓施工管理人員更加有效的把控現場，更有針對性的展開施工管理，更有利于施工質量和效率管控。

3.3 4D模擬施工

建筑施工不僅是一個復雜的過程，而且是一個動態的過程，并且在這個過程中，影響因素眾多，任何環節的問題最終都可能造成結果的變化，表現出來的可能就是材料的浪費、質量的缺失、進度的延緩、成本的失控。高層建筑的控制則更加困難，管理也更加復雜。所謂4D模擬施工，就是將3D模型與施工進度連接起來，從而形成一個動態的模擬模型，從而實現對施工進度、材料、設備、人力、成本的動態管理，讓施工的每一個環節都在有效掌控范圍內。

4 小結

綜上所述，BIM技術對于建筑行業來說無疑有非常積極的意義，將其應用于高層建筑結構設計施工中，能夠對建筑施工進度、成本、質量、安全等多方面產生優化作用；同時使用BIM技術展開建筑設計和施工，也能夠有效提高施工管理的效率，保證管理的有效性。尤其是能夠有效改善傳統施工管理中的諸多問題，對施工行業的整體優化，對推動建筑行業健康發展也具有非常重要的意義。