BIM技術在超高層建筑工程深化設計中的應用

崔超英

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

1 BIM技術特點

BIM技術即建筑信息模型，主要是利用計算機和數字化技術來構建三維立體模型，構建的建筑工程信息庫有著完整且與實際情況一致的信息。利用BIM技術在建筑全生命周期中的應用，能使工程項目的所有信息和分析結果準確地呈現給工作人員，使工作人員能夠及時、準確地溝通，快速獲取工程項目的信息。BIM技術能夠集成各個專業(yè)的設計內容，利用三維模型的碰撞檢查功能，明確各個專業(yè)之間是否存在沖突。通過反復優(yōu)化改進，使設計圖紙具有較高的可行性，減少了施工階段各專業(yè)之間的沖突，降低了設計變更發(fā)生的概率。

1.1 可視化

傳統的建筑設計主要由人工完成，雖然可以借助計算機技術，但只能通過簡單的2D、3D軟件展示設計方案效果，模擬建筑場景，對規(guī)格尺寸進行合理設計。設計完成后，設計人員還要根據自己的想象力向業(yè)主闡述工程建設的實際效果。BIM技術應用于建筑行業(yè)，充分發(fā)揮了它的可視化特點，快速展示了建筑模型，設計人員通過模型向業(yè)主直觀地介紹工程特點，即使不懂設計的人也能清晰地了解工程項目。圖1為BIM技術構建的超高層立體模型，對快速完成討論、設計優(yōu)化、決策等工作起到了至關重要的作用。

圖1 BIM技術構建的超高層立體模型

1.2 協調性

超高層建筑涉及專業(yè)技術、結構部件、材料、人員等各方面的因素，要做好協調工作才能充分發(fā)揮各項資源的作用。利用BIM技術可以形成系統、規(guī)范的文件，保證建筑內部各項資源與空間的合理地布置，有利于提高協調效果。例如，利用BIM技術可以明確燈具的布置、水管的布置、核心筒的布置是否合理。另外，通過BIM技術系統，工作人員可以實時查看工程的實際情況，提高溝通效率。

1.3 模擬性

超高層建筑施工過程中細節(jié)復雜，成本較高，應在前期設計階段合理確定施工技術，消除施工階段可能出現的問題。BIM技術可以搭建模型，分析建筑體形態(tài)及材料配比、承受應力關系等諸多參數，得到的參考數據非常準確，從而得到最優(yōu)設計方案。可見，BIM技術在優(yōu)化技術方案方面發(fā)揮著重要作用。工作人員可在仿真系統中輸入數據信息，模擬建筑工程施工過程，明確施工過程中可能出現的問題，及時調整設計方案，確定最佳配比點。設計人員利用BIM技術進行仿真模擬，可提前消除某些不確定性因素，保證后續(xù)施工工作有序進行，有效降低偏差。

2 BIM技術的應用價值

2.1 提高設計方案的信息化功能

在現代信息技術的引領下，建筑行業(yè)不斷向前發(fā)展，BIM技術作為典型代表對建筑行業(yè)產生了深遠影響。超高層建筑信息數據是BIM技術應用的基礎，是構建超高層建筑核心數據庫的前提。與傳統的多維度模型相比，BIM這一現代化數字技術的有效應用能夠實現數字信息化，使設計人員和施工人員能夠對超高層建筑信息進行動態(tài)化掌握。如果調整了建筑的設計報表，系統將及時更新數據，工作人員可以控制各項支出，保證對施工過程的準確分析。

2.2 正確調整圖紙

在超高層建筑中應用BIM 技術可以根據模型進行合理的圖紙調整、優(yōu)化設計方案。設計人員、技術人員和施工人員能夠根據圖紙明確設計過程中的關鍵環(huán)節(jié)，查找施工過程中可能出現的問題。如果設計圖紙需要調整，只需在設計時改變一個參數，系統就能自動完成與之相關的其他項目調整，使設計人員能夠及時查看調整結果，從而節(jié)省時間成本、優(yōu)化設計方案、提高施工方案的可行性。

2.3 提高監(jiān)管質量

利用BIM技術規(guī)范地設定工程各項參數，避免隨意調整或更換系統內信息，可大大減少人為隨意修改圖紙的不良現象，更好地體現監(jiān)督管理的價值，優(yōu)化監(jiān)督管理。BIM虛擬模型涵蓋了建筑規(guī)劃、原材料用量、施工進度等多方面內容，監(jiān)管部門可通過BIM技術動態(tài)化監(jiān)管工程建設。同時，能夠分析所有施工環(huán)節(jié)、共享建筑信息，實現整體施工品質的提升。

3 超高層建筑設計流程

超高層建筑往往需要將各個專業(yè)分包完成，設計圖紙非常復雜。為了進一步深化設計圖紙，需要運用BIM技術深化設計，加強工程變更管理。

（1）設計人員根據建筑工程各項資料搭建BIM平臺，完成圖紙的構建，利用系統檢查設計方案的可行性。

（2）設計單位、施工單位、監(jiān)管單位負責人共同審核圖紙，提出各自的需求和建議，并指出設計方案的不足之處。

（3）各專業(yè)單位深化圖紙設計，利用BIM技術綜合布置各項內容，通過碰撞檢查確定圖紙的可行性。如圖2中某工程管道設計存在沖突，經多次調整完善設計圖紙后，再次審核。

圖2 碰撞檢查及調整

（4）審核無誤，經負責人簽字確認后，可向各單位下發(fā)確定的設計圖紙，以支持各項工作的開展。

在建設超高層建筑中，為了充分落實設計方案，必須及時利用BIM平臺構建的三維模型完成各項數據信息更新。為此，必須明確管理層次，提高設計圖紙的完善性和高效性。另外，BIM模型的應用可以有力支持信息化工作模式，構建信息化協同工作環(huán)境，加強各單位之間的聯系，將設計方案所要表達的內容傳達給所有參建人員，避免因設計圖紙理解不到位而引發(fā)質量、安全等問題和糾紛。

4 BIM技術在深化設計中的應用

4.1 設計研究階段

在進行超高層建筑設計前，必須對工程的可行性進行分析，審定確認可行后才能進行方案設計。在設計研究階段應用BIM技術可以科學地設計超高層建筑方案，有助于控制設計時間。設計人員應充分重視建筑物的使用功能，對建筑物建設的安全性、穩(wěn)定性進行客觀判定，明確工程質量要求。設計人員可利用BIM技術在設計研究階段進行可行性研究報告的分析和編制，在報告獲得批準后建立模型，直觀地了解設計中存在的缺陷，提出改進建議。

4.2 構建設計階段

在設計階段，充分發(fā)揮BIM技術的可視化和碰撞檢查等功能。

（1）設計人員可利用BIM技術進行建模操作，集成化開展各個結構的設計，并準確地說明具體參數。設計時可利用模型模擬設計方案實施過程，系統能夠自動評價設計方案的可行性。

（2）自動化參數管理。在建立數據庫模型后，系統內可以全面收集和儲存工程各項數據信息，自動化完成參數的分類管理。設計人員還可以利用BIM技術自動轉換各項參數，比較設計體系，結合BIM技術構建參數，說明具體參數的應用規(guī)則。

（3）碰撞檢查。在超高層建筑設計完成后，系統碰撞檢查功能能夠模擬施工過程，對施工過程中是否存在工種沖突和構件沖突進行客觀分析，從而為設計人員優(yōu)化圖紙設計提供有力支持。

4.3 工程設計過程

傳統的設計模式多以二維圖紙為主，數據不準確、疏漏，不能全面表達設計圖紙數據信息，設計人員可能會受到各種因素的影響，思維混亂，對后續(xù)施工造成嚴重影響。在后期建設階段，施工人員如果不能充分理解圖紙內容，將很難有效、順利地進行各項施工作業(yè)，從而影響工程質量、安全、進度和成本。利用BIM技術可以準確地計算出建筑物承載能力，對建筑功能布局進行客觀分析。通過深化設計，設計人員可將相關軟件加入時間維度，實現4D模擬超高層建筑的施工現場，直觀地觀察施工過程。最后，根據模擬結果及時發(fā)現缺陷，靈活調整設計施工方案，避免后期出現嚴重問題。在超高層建筑深化設計中，BIM技術充分體現了其自身的優(yōu)勢和特點，滿足了現代建筑設計與施工的需要，充分利用其碰撞檢查、可視化等功能，有助于提高超高層建筑的整體性能。

5 BIM技術在超高層建筑中的應用效益

某超高層建筑面積為18萬m2，包括住宅樓、公寓樓、商業(yè)裙樓三種類型。其中，5#公寓樓是超過100m的超高層建筑。該工程采用廣聯達軟件與Revit軟件同時進行工程量計算分析，通過模擬對比，確定最優(yōu)方案。

5.1 工程量對比

利用兩款軟件同時對預算量、到儲量與實際量之間的關系進行比較和分析，得出如下結果：

（1）兩款軟件的計算結果表明，該公寓樓建設所用混凝土總量較為接近，而Revit軟件計算的梁板混凝土用量明顯低于廣聯達軟件計算結果，這主要是因為Revit軟件充分考慮了梁板交界處的構造情況，并對混凝土用量進行了校核。

（2）與廣聯達軟件相比，Revit軟件計算的混凝土用量更接近實際混凝土用量，說明該軟件的計算結果更加精確，可以采用該軟件建模，指導實際施工。

（3）由于廣聯達軟件在建模和計算過程中難以自動檢測實際沖突問題，因此，廣聯達軟件建模計算的混凝土用量比設計所需混凝土用量偏大，這是該軟件存在的不足之處。

作為建筑信息類模型，廣聯達軟件與Revit軟件都具有建筑信息模型可視化、精算化等優(yōu)勢。其中，Revit軟件能夠設置材質，渲染建筑材料，優(yōu)化建筑模型外觀，生成動畫、漫游等圖像，能夠進行碰撞檢查。因此，主要以建筑模型為主。廣聯達軟件建模速度快、能快速識別CAD圖紙、快速統計復雜工程量，主要應用于工程算量。

5.2 工程資料錄入

為了進一步提高工程建設的準確性、及時性，確保工作人員能夠快速查詢數據信息，施工過程中要做好施工資料的收集整理工作。同時，及時將資料信息錄入建筑信息模型，保證信息模型與實際施工情況同步。如發(fā)生設計變更，需及時在Navisorks軟件中錄入圖紙信息，并同步完成建筑模型信息變更，便于資料收集。

5.3 BIM技術應用效益分析

BIM技術在該工程中有效地解決了返工問題，并節(jié)約了約5.8%的資金，比合同約定的工期縮短了9%，項目利潤增加了約26.8%。在社會效益方面，BIM技術實現了施工總承包項目的精細化管理，保證了工期、質量和安全。實踐證明，在施工總承包項目中應用BIM技術可以增強企業(yè)自身實力，促進企業(yè)發(fā)展。

6 結語

總之，隨著科學技術的不斷進步，我國建筑業(yè)取得了較大的進步，各種先進技術的應用對我國建筑業(yè)的發(fā)展起到了很大的推動作用。隨著超高層建筑規(guī)模的擴大和功能的增加，對設計方案的要求越來越高。運用BIM技術進行超高層建筑設計圖紙的深化設計，有助于減少施工沖突，協調各項工作，確保工程順利完成。另外，BIM技術在超高層建筑設計中的應用，能充分發(fā)揮BIM技術的可視化、碰撞檢查等功能，并可進一步推廣應用于超高層建筑。