BIM技术在超高层建筑施工管理中应用

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摘要：为解决人地冲突问题，超高层建筑得到了人们广泛关注，已经成为未来房建工程的发展趋势。但是，超高层建筑的设计和建造十分困难，以前的施工管理技术难以应用于当前的超高层建筑设计管理标准。在超高层建筑施工中，引入bim技术可以对超高层建筑工程进行3D可视化模拟，对项目施工建设流程进行优化，一定程度上降低施工过程中潜在的风险，提升超高层建筑施工安全性。对BIM技术的模拟、协调和优化，可以有效保证工程质量，节约成本，减少工期。

关键词：超高层建筑；BIM技术；施工流程；施工管理

0引言

BIM技术是BuildingInformationModeling的简称，最早由ChuckEastman等人提出，其主要工作思路是基于3D数字化建筑结构模型，提升项目设计、施工和后期运营等各阶段管理水平。部分学者对BIM技术在超高层建筑中的应用展开了相关研究。任兵[1]研究了BIM技术在超高层建筑结构设计中的价值，明确了BIM系统在工程项目中的具体实施步骤。杨涛[2]等将BIM技术应用于芜湖侨鸿超高层建筑施工中，并从各施工阶段施工现场的整体情况、工程量计算、重难点施工部位交底、钢结构的深化设计以及方案评选等角度，阐明了BIM技术的作用，为解决超高层项目的设计和施工一体化等问题提供了一定思路。赵英猛等[3]通过BIM技术对超高层施工所面临就的重难点问题进行相关讨论，并利用BIM技术对超高层施工方案进行了一定优化。黄伟[4]研究了BIM技术的应用效果，并重点论述了BIM技术在超高层复杂结构中的节点优化设计中的应用。周赤晨等[5]通过BIM技术对杭州奥克斯项目施工过程进行了精细化管理，并对项目施工过程进行了模拟，有效改善了项目施工中出现的技术、生产以及成本等诸多问题。杨春林[6]研究发现，BIM技术可有效提升超高层建筑施工的效率。由此可见，在超高层建筑施工管理中引入BIM技术，可有效优化建设流程，准确发现施工过程中的潜在风险，提升工程安全性。

1工程概况

1.1工程背景

拟建项目为该市重点建设项目，总建筑面积达152891m2左右，其中地面以上建筑面积129540m2，地面以下建筑面积23351m2。该项目建筑结构的设计使用年限为50年。建筑总高度为260m（属于超高层建筑），总层数58层，地上54层，地下4层。本项目的主要功能为购物、办公及五星级酒店。1~6层为大型购物商场，7~47层为商务办公，48~54为五星级酒店。建筑整体采框-筒结构，外框架用钢骨混凝土柱结构。本项目是一个集商业、酒店、办公为一体的多元化超高层建筑结构，计划25个月完成主体结构，施工过程中需要同时保障质量、工期和安全等。

1.2工程重点难点分析

项目对工期要求严格，近50家分包单位，上百家材料供应商，涉及多种专业和施工工艺的交叉，施工难度巨大。再加上施工场地空间限制，对不同材料和机械的调度难度增大，严重影响施工进度，导致工期延长。超高层结构建筑的高空作业带来的不安全因素，是施工过程中必须充分考虑的问题。超高层建筑的高空作业与普通建筑的作业有着本质区别，由于其大量的施工作业都是在高空中进行，导致预留洞坠人事件时有发生。由于施工场地有限，项目周边环境十分复杂，再加上工期等因素的影响，上下同时施工的情况增加，立体交叉作业导致的伤亡事故时有发生。为此协调组织各专业、各工序之间的前后置关系，是项目面临的重要挑战。项目工期在2年左右，由此造成许多设施可能放置较长时间再使用。这期间由于人为因素、环境因素的影响，可能会使部分设备由正常使用状态转为危险状态，稍有不慎，就容易发生重大事故。鉴于此，必须将时间和环境导致的危险因素考虑全面。超高层建筑施工时一般需要多塔作业、群塔作业及塔吊临街作业，再加上施工电梯运行高度高，风荷载影响大，导致超高层对设备自身安全性要求很高。

2BIM技术在超高层建筑施工中的应用

2.1BIM技术深化模型建立

通过BIM模型进行动态模拟展示本项目的关键工序和施工工艺做法，进而指导项目现场施工。BIM建模时，需根据施工图纸建立专业模型，协调各个相关专业完成模型深化。然后进行模型的冲突检测，根据冲突检查结果反复进行模型优化。冲突检测通过后生成施工作业模型，按照深化图纸指导现场施工。深化模型建立流程如图1所示。

2.2BIM技术协同现场质量、安全管理

基于BIM技术的协同管理平台可以达到协同作业的目的，结合物联网、云计算等手段，建立以业主为核心，围绕安全、质量、进度等控制点，通过BIM技术保障项目高效推进。当施工现场出现工程质量、人员安全等问题时，相关负责人应第一时间在BIM平台中上传相关问题，并督促施工方团队及时整改。整改过后，应该在第一时间将结果反馈会BIM平台，由相关负责人进行验收。通过对质量、安全等问题的统计分析，进而监督整个项目。

2.3基于BIM技术的施工图深化设计

基于BIM技术的施工图深化设计，主要包含机电施工深化设计、钢结构施工深化设计、三维算量、碰撞研究等。将多专业的三维模型进行汇总、叠加和集成，可在BIM平台上实现三维可视化。

2.4碰撞研究

碰撞研究是BIM应用的技术难点，同时也是BIM技术应用初期最易实现、最直观、最易产生价值的功能之一。根据美国建筑行业研究院2007颁布美国国家BIM标准，建筑业无效工作高达57%。斯坦福大学在总结BIM技术价值时发现，使用BIM技术可以消除40%的预算外变更，通过及早发现和解决冲突可降低10%合同价。工程中将实体相交定义为碰撞，当实体间的距离小于设定公差时为硬碰撞，影响施工或不能满足特定要求时为间隙碰撞。在本项目中，对建立的BIM模型进行碰撞检测，专业之间冲突、高度方向上碰撞是考察的重点。根据BIM模型提供的碰撞检测报告，可将一些看上去没问题，而实际上却存在的深层次问题暴露出来。针对目标问题对模型进行进一步修正，并按方案要求对设计进行优化变更，有效地避免了施工中的返工、停止施工等情况发生，很大程度上降低了设计变更，保障了工程进度按时完成。管线碰撞检查如图2所示。

2.5机房优化设计

鉴于本项目的规模大、场景复杂，在进行管线综合规划时，需要对机房进出口和管道井等区域进行深层优化。基于BIM技术对机房中各个重点施工部位进行针对性优化，可帮助机房施工人员及时发现问题，保证管线排布美观、合理。运用BIM进行管井管线布设时，应保证管井与结构之间无碰撞，水平管道进出管井时做好管井墙体的留洞，避免后期开凿。在保证管井内管线的立管定位与管井水平进出管无交叉的同时，要保证施工操作空间。如有必要，需要考虑管井墙体后砌筑。各类阀门、压力表等管道附件均占用管道以外的空间，在保证安装空间充足的同时，要考虑其后期检修维护空间，因此在做综合排布时应尽量将其布置在外面。通过BIM技术的机房优化设计，可以有效缩短工期，降低施工成本。

2.6钢结构深化设计

以设计方出具的钢结构施工图为依据，通过应用TeklaStructures软件创建BIM模型，进行钢结构详图的设计及智能节点设计。而后根据施工图提供的构件布置、构件截面、主要节点构造及各种有关数据和技术要求，严格按照钢结构相关设计规范和图纸规定，对构件构造予以完善。根据工厂制造条件、现场施工条件，并考虑运输要求、吊装能力和安装因素等，确定合理的构件单元。钢结构深化交底流程如图3所示。针对复杂连接结点，利用BIM分析大型钢筋和墙体之间的连接结点及各个结点之间钢筋的排布规律，可有效减少钢筋和墙体结构之间的相互碰撞，降低现场的返工率。复杂连接节点如图4所示。

2.7BIM技术对现场施工工序管理的应用

超高建筑工程规模大、建设周期长，涉及多种专业和施工工艺的交叉，且运用到的施工技术繁杂，由此导致整个项目面临诸多挑战，传统的工序管理方式难以适应需求。而通过采用BIM技术，则可对施工现场总平面图布置、施工电梯运力分析、塔吊运力分析、多专业协调、技术交底等进行实时模拟，它通过一种直观的方式，让所有工程人员深入的了解现场情况。实时分析整个施工现场的整体平面组织布局以及示意图，有利于及时提出修改意见，有效解决所面临的现场施工场地不足以及运输困难等诸多难题。BIM技术可实现虚拟施工，它将空间数据信息与时间数据信息相互集成到一个完全可视化的建筑物模型中，直观、准确地反映建筑各个部位的施工工序流程，可对实际施工进度与进度计划进行动态管理，有效协调各专业的交叉施工，确保工程顺利展开。2.8BIM对安全管理的应用通过可视化的BIM模型，可以使项目管理人员在施工前，就可以清楚下一步要施工的所有内容以及明白自己的工作职能，确保安全管理有序进行。按照施工方案有组织管理，及时了解现场的资源使用情况，能够使管理者全面把控施工现场的安全管理环境，增加过程管理的可预见性。同时能够促进施工工程中的有效沟通，及时发现问题、解决问题，从而提高工程的安全管控能力。

3应用效果和效益分析

利用BIM技术提前进行设计阶段的方案选型，从根本上解决设计缺陷。利用BIM技术历史模型数据可进行限额设计，限额设计指标提出后参考类似工程项目计算造价数据，一方面提升了测算深度与准确度，另一方面也可减少计算量，降低了人力与物力成本。经过综合估算，本工程应用BIM技术至少可缩短工期26d。BIM技术不仅可快速完成模型概算，并核对其是否满足要求，还能进一步对施工工艺和方法进行模拟，确保施工方案的可行性，有效避免了返工和浪费。通过BIM技术的碰撞检查，可发现设计与实际施工的矛盾，减少变更与返工情况的发生。

4结语

BIM技术在超高层建筑施工管理方面发挥着巨大作用，利用BIM技术可以实现项目施工过程的精细化管理及施工过程模拟，同时可以优化提升现场管理，使得各分包之间沟通更加顺畅。基于BIM技术构建的数字化平台，不仅可以实现多公司之间信息共享，优化计算效率和运算精度，还可降低人为因素的干扰，提升整个项目团队的效率，从而保证工程按计划完成。

参考文献

[1]任兵.基于BIM的可视化技术在超高层建筑结构设计中的应用[J].智能建筑与城市信息,2018,10(10):85-86.

[2]杨涛,李蕾,王广涛,等.BIM技术在超高层建筑施工中的应用[J].建筑施工,2015,21(2):237-239.

[3]赵英猛,时春震,徐歆焱,等.BIM技术在超高层施工中的探索与应用[C].中国建筑施工学术年会.2016.

[4]黄伟.BIM技术在超高层复杂外框巨柱钢结构节点优化设计中的应用[J].智能城市,2020,6(8):216-217.

[5]周赤晨,周铮,白金鑫.BIM技术在超高层建筑施工中的应用——以杭州奥克斯项目为例[J].土木建筑工程信息技术,2019,3(8):180-180.

[6]杨春林.BIM技术在超高层建筑施工中的应用研究[J].四川建材,2020,46(5):79-80.

作者:陈兴湘 单位:名筑建工集团有限公司