基于超高層建筑設計的BIM技術應用

張永娟

（中鐵十七局勘察設計院， 山西 太原 030000）

隨著當前社會的快速發展， 我國在建筑領域取得了很大的成就， 城市化的快速建設， 城市人口數量正在不斷地增加， 超高層建筑物的開發和建設，能夠提高土地的利用率， 擴大市區空地， 利于城市綠化， 改善衛生環境。 超高層工程體量大， 專業多，各專業工作協調復雜， BIM可以提升建筑設計的質量和效率。 為此， 本文展開了深入的研究與分析。

1 BIM技術特點

BIM技術從建筑設計的規劃階段開始一直到建筑的建造階段都表現出了強大的優勢， 它能使建造文檔更加完善， 設計缺陷減少， 讓建筑工程項目工期縮短， 使建筑的成本降低。 BIM技術能夠讓圖紙與實際情況的信息一致， 有利于將建筑的所有信息及分析結果科學的呈現給相關人員， 迅速準確的獲取項目信息。

1.1 可視化特點

傳統二維設計模式， 設計成果的輸出方式主要為2D平面圖， 其中點、 線、 面作為圖紙的重要組成元素將建筑信息進行表達。 這種信息表現相對比較片面、 繁瑣， 空間描述能力有限， 需要有很強的專業素養才能看懂。 相比于前者， BIM可以提供實際項目在設計、 制造、 管理等整個實施過程中直觀的三維立體信息模型， 方便項目各方進行更便捷的溝通與決策。 即使一些不懂設計的人員也能夠通過BIM技術， 清晰的了解項目工程。 該技術的應用對于超高層建筑的模型有重要意義， 科學地進行展現，有利于快速的完成討論、 優化設計以及決策等各方面的工作。

1.2 協調性特點

超高層建筑在設計的過程中， 對于設計人員的綜合素質要求相對較高， 涉及到各專業的技術、 結構部件以及所選用的材料等多個不同方面的影響因素。 在具體實施的過程中， 應當統籌各部分因素，做好資源的合理配置， 以此來充分的發揮出資源的重要作用。 在整個過程中， 結合BIM技術有利于形成統一規范的文件， 保證建筑內部的各項資源以及具體的空間都能夠得到科學合理的布置， 提升項目建設的科學性和有效性。 可對建筑物內機電管線和設備進行直觀布置模擬安裝， 檢查是否碰撞， 找出問題所在及沖突矛盾之處， 還可調整樓層凈高、 墻柱尺寸等。 從而有效解決傳統方法容易造成的設計缺陷， 從而提高設計質量。

1.3 模擬性特點

由于超高層建筑在設計的過程中， 細節十分復雜， 建筑成本相對較高， 在施工設計的前期， 需要科學合理的確定使用的具體施工技術， 及時解決可能會存在的部分問題。 在整個過程中， 利用BIM技術展開設計活動， 有利于充分的發揮出BIM技術模擬性的特點， 利用其搭建具體的模型， 分析建筑物的形態以及所選用的材料、 配比等多個不同方面的參數， 進而為優化設計方案提出重要幫助。 BIM技術能夠對設計工作人員設計出來的方案， 進行科學合理的優化， 利用BIM仿真系統輸入有關于超高層建筑方面的信息， 模型可以模擬整個建筑施工的過程， 確定最佳的施工方案， 消除一些不確定因素，保證后期工作活動的建設科學合理的進行。

2 BIM技術應用于超高層建筑設計中的意義

2.1 提升設計方案信息化功能

當前時代屬于信息化飛速發展的時代， 在整個建筑行業發展的過程中， 應該巧妙地結合信息技術展開創新發展。 BIM技術是整個信息技術的重要典型代表， 對于推動建筑行業的創新發展有重要的幫助作用， 超高層建筑信息數據， 通過利用BIM技術進行設計活動， 有利于實現數字信息化的管理。 在整個過程中， 設計工作人員和施工人員， 能夠對超高層建筑的信息來進行動態化的掌握， 能夠提升設計方案信息化的功能， 若其中出現調整， 系統可以及時的更新數據庫， 方便工作人員科學合理的控制各項支出， 保證整個設計活動施工活動能夠準確地進行[3]。

2.2 提升圖紙的準確性

圖紙是超高層建筑設計的首要內容， 但是由于受到各種不同因素的影響， 圖紙會進行調整。 在設計中， BIM技術能夠根據相應的模型， 對現有的圖紙進行調整， 設計工作人員根據圖紙明確設計中的關鍵環節， 及時排查可能出現的問題， 若設計的圖紙不符合要求， 在設計時可以改變其中的參數， 系統就能夠自動完成其他項目的調整， 方便設計工作人員根據調整的結果來進行后續的改進。 這樣一來，既能夠節約時間成本， 同時還能夠提升方案設計的可行性和有效性[4]。

2.3 提升管理效率

超高層建筑項目活動在設計的過程中， 需要加強監督與管理， 結合具體的工程實際項目到實地進行考察研究， 進而展開設計活動。 但是， 分析以往情況來看， 由于超高層建筑工程項目在設計與施工的過程中， 屬于相互獨立的情況。 在管理方面存在一定的滯后性， 無法進行統一的管理， 出現管理不到位情況的發生， 影響到了建筑項目的質量。 在當前通過利用BIM技術， 能夠將設計活動與施工活動，實現一體化的管理， 打破設計與后期施工之間的壁壘， 加強各個不同階段之間的聯系， 有利于將管理活動貫穿于建筑項目， 對于提升管理效率和管理質量來說有關鍵的意義。 另外， 在整個設計的過程中，通過利用BIM技術對工程的各項參數來進行設定，避免出現人為修改圖紙情況的不良情況， 有利于更好地對設計人員和整個設計過程進行科學合理的監督， 同時還可以對建設規劃原材料的應用以及施工進度等多個方面實施動態化的監督與管理， 有利于共享高層建筑信息， 從整體上實現施工質量的提升[5]。

2.4 提升建筑經濟效益

超高層建筑工程設計的過程中， 通過巧妙地利用BIM技術， 可以將整個建筑活動展開一體化的設計， 對促進經濟效益的提升來說有重要作用。 在具體應用的過程中， BIM技術可以讓設計活動與施工活動變得更加密切， 能夠提升設計環節施工環節人力、 物力的整體利用效率， 科學地避免不必要資源的浪費情況， 以此節約建筑項目的成本， 提升經濟效益[6]。 另外， 通過BIM技術， 可以對整個過程實現一體化的管理模式， 從全方位、 多層次的管理和控制， 提升施工管理的水平， 保證各項工作活動順利實施。 有利于加快施工的進度， 確保建筑工程的項目如期完成， 以此來降低成本， 提升效率。 最后，BIM技術可以在設計的過程中， 加強各部分之間的聯系， 減少質量問題的出現， 對于保證高層建筑項目的質量來說有十分重要的意義， 避免后期由于建筑項目不合格而引發其他的問題。

3 超高層建筑設計的BIM技術應用策略

通過上文分析可以看出， 在超高層建筑設計的過程中， 利用BIM技術， 對于建筑設計活動具有關鍵的作用。 所以， 在今后應當巧妙地進行應用， 提升設計的質量。

3.1 設計研究階段應用創新

在超高層建筑設計之前， 必須要對工程的總體可行性進行科學合理的分析， 審定確認后才能夠開展方案的設計.在設計研究階段結合BIM技術進行可行性報告的分析和編制， 了解設計中的優缺點。利用BIM軟件， 建立BIM技術建筑模型， 確保建筑設計能夠清晰地進行開展。 在模型中， 對于具體的構建屬性、 參數來進行編輯， 包括建筑物場地的具體位置、 選擇的材料尺寸、 功能參數等多個不同方面， 實現模型的初步構建。 結合具體的施工方案以及采用的施工技術， 對構建進行選型和布置， 包括基礎地基、 梁、 板等多個方面， 由專業設計工作人員依靠模型實現協同化設計。 對于各個建筑結構的構件尺寸、 形狀分析進行全面地優化。 使用的參數能夠實現自動說明， 由數據庫模型的參數規則進行自動轉換， 滿足建筑設計的精確要求[7]。

3.2 鋼結構深化設計

在高層建筑設計活動開展的過程中， 由于高層建筑需要利用鋼筋混凝土來展開設計， 所以必須要保證其穩定性和安全性。 在鋼結構初步設計的階段，利用力學計算軟件完成結構的計算與分析， 得出來的圖紙很難對構建的尺寸以及具體的連接方式來進行清晰的展示， 可能會出現鋼結構加工失誤的情況。所以， 為了能夠提升設計的質量， 科學合理的避免材料浪費情況， 對工程的成本進行控制， 在設計的過程中可以利用BIM 軟件進行深化設計[8]。 通過BIM模型對鋼結構采用的構件、 螺栓等各類部件進行實體的建模， 確定各個構建的屬性， 利用軟件完成構件資料的統計， 能夠自動的對用鋼量進行計算，并對具體的類別和尺寸進行排序， 實現信息的統一輸出。 這樣一來， 在深化設計的過程中， 能夠統計鋼筋屬性的具體間距， 通過可視化的方式來直觀的表現出來。 對于鋼筋的位置進行合理的排布， 減少后期可能會存在的問題， 利用該軟件直接完成鋼筋工程量的計算， 為用工用料提供合理的依據。

3.3 開展建筑性能分析

隨著時代的快速發展， 人們對于建筑物的綜合質量水平要求正在不斷地提升， 所以高層建筑的設計， 既要科學合理的解決土地資源用地緊張問題，同時還要提升居住體驗。 利用BIM技術開展建筑性能的分析， 有利于綜合性的提升建筑設計的質量。通過BIM系統將建筑所使用的材料數據、 價格信息以及3D模型數據錄入到系統中， 設計工作人員能夠利用不同的視角對超高層建筑項目進行綜合性的評估。 例如， 室內的自然通風條件、 采光條件以及室外風環境等因素進行模擬， 對不足的地方進行科學合理的改善。 這樣一來有利于綜合性的評估超高層建筑的性能， 不斷優化設計方案， 提升建筑物的適宜性， 以此保證建筑物的質量， 提升業主的居住體驗。

3.4 展開深化設計活動

超高層建筑在設計的過程中， 通過利用BIM技術進行深化設計， 在獲得更多準確的數據之后， 加強各方之間的聯系與交流。 利用可視化平臺， 針對項目的具體細節部分展開深入的研究。 比如部分高層建筑項目屬于裝配式混凝土建筑， 需要用到預制構件， 例如墻板、 樓板、 陽臺板。 通過構建出相應的3D模型， 在設計的過程中展開實驗檢驗可行性，以此來加深優化設計。 在深化設計階段， 需要綜合考慮各種不同方面的問題， 比如裝配效率問題， 預制構件問題、 安裝施工工藝、 空間結構以及總體的布局。 既要發揮出建筑物的實際使用功能， 同時還要便于施工， 利用BIM技術進行科學合理的設計，有利于對相關的工作內容實現分類， 建立完整的構件庫， 從構件庫中科學合理的選擇預制構件， 以此提升設計工作的創新性。

3.5 工程設計過程應用

在工程設計實施的過程中， 有關于BIM技術相關的環節有很多， 在傳統設計的過程中， 主要利用二維掃描通過圖內描述的信息數據來進行了解。 但是整個過程中， 對于一些難以表達的內容不夠全面，思路可能會出現打斷， 增加了后續工作實施的難度，不能完全的了解圖紙， 對于后續的施工工作也會存在負面影響。 而在當前通過結合BIM技術， 利用先進的三維技術， 可以更加清晰靈活地了解具體的構件， 可以從工程師的角度來展開分析。 細致的了解建筑物的具體功能、 布局情況。 如果在設計的過程中， 出現了與周圍建筑物相沖突的情況產生節點問題， 將會增大項目設計的難度。 為了能夠科學合理的解決地理問題， 利用BIM軟件， 將時間維度因素融入到工作中來， 完成4D建模， 科學合理的模擬出施工進度。 甚至還能夠模擬出人員的活動軌跡， 能夠在最短的時間內及時發現可能存在的問題， 減少后期人為因素的影響， 提升設計的有效性。

3.6 輔助施工設計

1） 在超高層設計活動開展的過程中， 應當對施工內容提前進行設計， 通過利用BIM技術實施施工平面設計， 由工作人員借助現場的具體情況， 利用BIM技術對整個施工的現場來進行合理的布局， 提升場地的應用效率， 保證各項環節能夠順利開展；2） 可以結合虛擬樣板展開設計， 以虛擬樣板代替實際樣板， 利用VR眼鏡， 施工人員可以提前觀測虛擬樣板的情況， 身臨其境的狀態下提升建筑物施工的精準程度。 疏散設計在整個超高層建筑施工設計的過程中格外關鍵， 必須要從安全因素全面地進行考慮， 利用BIM技術， 構建出建筑物的具體實際情況， 進而開展災害模擬。 比如地震、 火災、 緊急疏散等多個不同方面， 分析建筑物的設計是否符合安全疏通的標準， 能夠按照具體的模擬情況， 設置科學合理的應急方案， 增加建筑設計的合理性。

4 結語

隨著建筑行業的快速發展， 我國超高層建筑項目越來越多， 在建筑設計的過程中， 必須要緊跟時代發展的步伐展開創新， 應用現代化的信息技術展開設計活動， 提升設計的科學性和安全性。 BIM技術在超高層建筑設計中的應用， 有利于突破技術方面的限制， 利用數字化信息技術進行溝通與交流，使得建筑設計工作活動全面開展。 借助BIM技術可視化、 協調性、 模擬性的特點展開創新， 從設計研究階段， 利用BIM技術建模， 深化鋼結構設計、 開展建筑性能分析等多個不同的方面， 聯合創新， 加大BIM技術的應用， 提升超高層建筑設計的質量。