BIM技術在某超高層項目施工階段的應用

張建幫

BIM虛擬建造是通過三維可視化的方式模擬專項施工組織方案的動態過程，并對施工方案的可行性進行驗證，同時也可以對施工班組進行交底，虛擬建造是施工階段BIM應用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續施工保駕護航，才能真正實現數字孿生工地的目標。

超高層建筑是顯示地區經濟水平及科技發展實力的重要標志，超高層建筑在施工中通常會涉及很多施工難點，包括深基坑、施工測量、塔吊爬升、核心筒爬模、超高層泵送混凝土、鋼結構安裝、高支模施工、機電安裝、幕墻等方面對施工項目管理和安全管理帶來巨大挑戰。BIM技術以三維數據模型的特性，通過模型虛擬仿真建造，模型數據集成對接，模型三維協同等方式，可以從技術和管理上，為超高層施工項目管理賦能，解決技術難點，提升管理水平。

一、項目概況

本項目位于陜西省西安，總占地約298畝，建成以后集501米超高層，會議中心、甲級辦公、五星級酒店、四星級酒店、商業中心、高端公寓為一體的綜合體項目。

項目在前期規劃階段就明確了BIM全過程應用的目標，其中在施工階段，以BIM顧問公司牽頭，聯合施工總包及各分包單位共同應用。施工階段BIM實施，從項目標準規劃、BIM圖紙會審、施工虛擬建造模擬分析、施工技術應用四個方面進行應用，其中虛擬建造模擬分析是施工階段BIM應用的核心，重點對本項目施工關鍵技術及專項施工方案進行虛擬建造模擬分析，不僅對施工方案的可行性進行了驗證，同時也為項目施工班組進行三維技術交底，為項目施工帶來巨大價值。

二、項目標準規劃

項目BIM標準規劃基于項目組織、流程、交付三項原則制定，其中組織確定項目BIM實施目標、BIM參與涉及單位、模型操作與應用要求等內容，流程確定各參與單位之間的實施界面與分工流程，同時確定各參建單位組成項目全過程BIM實施的進度、質量要求，交付確定項目最終成果交付內容，包括成果交付形式、格式及技術標準。

三、BIM圖紙會審

針對設計圖紙問題，在施工準備階段，利用BIM模型設計圖紙進行三維技術會審，對問題類型分成沖突碰撞類檢查、圖紙一致性檢查、設計合理性檢查、圖紙完整性檢查四類問題進行核查。本項目根據設計圖紙的不斷調整，地下室部分土建問題報告共更新5版，累計發現并解決建筑、結構設計問題94條。機電問題報告共更新8版，累計發現并解決機電管線排布、凈高問題167條。

四、重難點方案BIM虛擬建造模擬分析

BIM虛擬建造是通過三維可視化的方式模擬專項施工組織方案的動態過程，并對施工方案的可行性進行驗證，同時也可以對施工班組進行交底，虛擬建造是施工階段BIM應用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續施工保駕護航，才能真正實現數字孿生工地的目標。

1.超大體積筏板“溜管布料”

本項目塔樓筏板基礎面積約7900㎡，主要厚度5m，一次澆筑方量達3.18萬m3。采用施工總包單位自主研發無間歇溜管法澆筑技術進行施工，并利用BIM技術模擬溜管系統各部分功能、施工工藝及車輛行進路線，給施工班組進行可視化交底。現場東西共布置8套溜管，澆筑流程（潤管→卸料→布料→轉換→洗管→收面），依次從最遠端退進的形式進行布料，形成“一條主管、兩條轉動槽”同時澆筑，項目利用“BIM+新工藝”的方式實現了50h完成筏板基礎澆筑及收面的速度。

2.貝雷架鋼棧橋安裝模擬

因項目施工場地受限，無法形成環路，項目結合現場情況采用貝雷架+型鋼組成臨時鋼棧橋，為澆筑期間行車提供便利，通過運用BIM技術對工況進行推演模擬，安拆流程、操作要點三維交底，優化了鋼管柱凹口開槽，增加了貝雷架與雙拼工字鋼的接觸面積，更加安全可靠，可視化的同時提升組織預見性，最終實現了安裝5天，拆除2天的速度，詳見圖1。

圖1 貝雷架鋼棧橋安裝模擬

3.垂直運輸機械安拆模擬

本項目鋼結構吊裝量大，結構變截面，需結合頂升平臺爬升、鋼結構吊裝、土建施工、塔吊轉換等綜合分析制定爬升規劃，其中塔吊空中安拆8次，爬升25次，平臺頂升112次；通過BIM模擬塔吊平面布置、附墻預埋位置及塔吊與平臺、布料機、鋼骨柱等空間位置關系，保證了附墻支座預埋精度，避免了塔吊吊裝碰撞風險，提高了施工效率。

4.集成頂升平BIM應用

超高層建造核心技術為集成頂升平臺。跨越鋼骨層、鋼筋綁扎層、模板層、混凝土養護層4個工作面，共分為六大系統。（1）新型裝配式整體頂升鋼平臺系統；（2）新型牛腿附墻式頂升平臺支撐系統；（3）組合拼裝外掛架系統；（4）鋼模板支撐加固系統；（5）超高泵送快速布料系統；（6）全方位智能監控系統。為保障頂升平臺各項參數符合規范要求，通過Midas建立計算模型，從施工狀態及爬升狀態，對三個施工階段頂升平臺鋼桁架、支撐柱、附墻牛腿進行位移應力驗算，結果滿足設計及規范要求，并結合行業專家多次研討論證，最終確定施工方案。

本項目核心結構有兩次較大截面變化，為適應這種變化，項目研發了一種新型的裝配空間網格式結構體系，將傳統二維受力改為空間受力，有效提高結構剛度；內筒為整體焊接，外筒為特制裝配桁架，截面變化后只需將外框裝配式桁架拆除，加快了鋼平臺拆改的效率；同時可降低材料損耗，方便周轉使用。BIM從結構上模擬該結構體系構造，并從模型中提取工程量方便了商務招標定價與原材的采購，控制了成本。

集成頂升平臺智能檢測系統是保障頂升平臺實時狀態安全的重要措施，本項目通過傳感器集成結合BIM平臺展示的方式，搭建智能檢測系統。傳感器點位根據平臺荷載集中位置即貫通主桁架兩側進行布置，且避開后續平臺拆改部位，主要放置在桁架梁上翼緣下部與下翼緣上部，針對桁架腹桿的監測點位布置在腹桿中部腹板處，能夠有效監控平臺重載區及危險部位桁架的應力變化情況，將數據集成在智能監測系統中，可實時反應平臺最不利情況，并進行實時警示。

除上述關鍵工藝的BIM應用，本項目在施工階段還利用BIM技術應用于項目進度管理、質量安全管控、施工界面輔助、分包工程量核算等場景中。

五、項目效益分析

本項目施工階段應用BIM技術，在項目經濟效益上取得明顯價值，截止到地下室結構施工階段，通過BIM發現并解決的設計圖紙問題共計800多處，折算成項目直接無效成本損失為102.4萬元，通過模型導出的工程量與預算量和施工量進行對比，合計比預算節省130萬元，整體創造的直接經濟價值約230萬元。