BIM系统在城市超高层建筑中的应用研究

引言

超高层建筑指40层以上、高度100米以上的建筑物。20世纪初，纽约大都会人寿保险公司大楼 （50 层，206米，1909年建成）是世界上第一幢高度超过200 米的摩天大楼。近年来，我国更是掀起一阵超高层建筑的建设高潮，全国各地都在抢建摩天大楼，抢占第一高度。但是建筑行业传统建筑模式管理信息化、精细化程度不够、水平不高，在一定程度上制约了超高层建筑的发展。BIM系统技术的发展和应同给超高层建筑行业技术创新带来了革命性变化，将参建各方在项目设计、施工、运营等各个过程中所有信息整合在一起，贯穿项目全生命周期管理环节，最终形成完整竣工信息模型，实现工程总承包管理。

BIM系统概念及应用方向

BIM系统是一种全新的信息化管理系统，目前正越来越多应用于建筑行业中，它的全称为Building Information Management，既 建 造 信 息 模 型，要求参建各方在设计、施工、项目管理、项目运营等各个过程中将所有信息整合在统一的数据库中，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，为建筑的全生命周期管理提供平台。在整个系统的运行过程中，要求业主、设计方、监理方、总包方、分包方、供应方多渠道和多方位的协调，并通过网上文件管理协同平台进行日常维护和管理。

BIM系统应用旨在工程建造过程中信息的建立与集成，实现工程总承包管理。即在整个工程深化设计、施工进度、资源管理及施工现场等各个环节，进行信息的建立与收集，最终形成完整的竣工信息模型，从而完成工程全生命周期管理环节中施工环节的信息建立，保证从设计到施工的BIM信息的延续性和完整性。

在施工全过程中对深化设计、施工工艺、工程进度、施工组织及协调配合方面高质量运用BIM技术进行模拟管理，实现工程项目管理由3D 向4D、5D发展，提高工程管理信息化水平，提高工程管理工作的效率，为本工程全生命周期管理中提供施工管理阶段数字化信息，充分保障业主后期工程运营管理。

城市超高层建筑建设中存在的问题

自20世纪70年代以来，我国东部沿海经济发达地区开始建设高度在百米以上的超高层建筑。进入20世纪90年代后，更是建立了高度在420米以上的深圳地王大厦和上海金茂大厦等一批超超高层建筑，随后在全国范围掀起了一阵摩天大楼的建设高潮。

超高层建筑由于其体型巨大、功能复杂、建设难度大、规格标准高和建设投资庞大等特点，对建设施工企业的企业规模资质、施工技术水平、人员管理素质、后期配套服务有着更高的要求。在现阶段的超高层建筑施工中普遍存在一些具有代表性的问题：

1.设计合理性检查要求高

近年来，超高层建筑发展迅速，体型复杂，功能多样，相应的结构形式也复杂多样，特别是设计和施工的经验不足引起的各建筑物技术经济指标数据存在较大差异，有很多不合理之处。对于超高层建筑的一些特殊要求和构造问题究其原因多事建筑结构方案考虑不够周全细致和构造做法不统一造成的使用功能不合理、结构设计浪费，施工图简单粗糙和施工技术薄弱造成的错误和浪费。因此设计合理性检查的要求越来越高，前期深化设计成为超高层建筑成败的关键。

2.施工组织设计实施难度大

很多在建超高层项目依然沿用传统高层建筑施工方案，采用传统施工技术和机械设备，在一定程度上已满足不了现代建筑业高速发展的需要；引进国外先进施工生产技术的项目又存在着管理人员素质不匹配造成的人为降效，技术人员手工操作的滞后性也影响了工程质量的进一步提高。

3.多专业交叉工序复杂

超高层建筑施工特别强调建筑、结构、给排水、电气、暖通、智能化系统等各专业的配合，各专业之间配合好坏直接关系到建筑工程项目的完成质量。实际施工中多数专业人员只重视本专业工程的进度质量而忽略了与其他专业间的协调配合，常常出现交叉工序矛盾影响了关键线路施工造成工期延误现象，究其原因多是缺少各专业综合设计图。

4.项目周期长、成本控制效率低

超高层建筑的建设周期长，成本管理中存在这样一些问题：工程造价数据统计量大且存在一定的延后性，项目各专业之间难以实现造价数据的高效共享；人工、材料、机械的单价浮动大，对项目成本测算工作造成很大影响，增加了项目总成本的风险性和不确定性；社会整体政治经济环境和自然环境变化对项目整体造价影响明显，一些涉外项目更受到国际经济环境的影响，存在潜在风险。

BIM系统在超高层建筑建设中的应用研究

1.BIM模型的建立与流程的完善

根据设计院二维图纸建立各专业模型，为后期施工管理奠定坚实的基础。在BIM项目实施过程中，为保证BIM工作有序无误的进行，制定合理的BIM工作流程，通过统一的工作流程，可以保证BIM模型、深化设计和现场施工，三者之间能够合理、高效的衔接和实施。根据工程特点，制定BIM系统在施工管理阶段实施流程（如图1）。

2.基于BIM模型的辅助施工管理

在BIM 三维模型的基础上，进行建筑、结构、机电、钢结构、装饰等各专业深化设计，并随工程进展绘制土建-机电-钢结构-装修综合图，提交BIM顾问配合形成深化设计BIM模型，通过各专业三维图叠加、综合，做到三维可视化，及时发现综合图中各专业之间的碰撞、错、漏、碰、缺等问题，并根据BIM模型提供碰撞检测报告，及时进行解决，以实现图纸设计零冲突、零碰撞，避免施工过程中的返工、停工等现象发生，大大减少设计变更，确保施工进度，节约成本。

3.BIM系统检查设计合理性

通过BIM模型，再结合施工经验，在施工图深化的过程中，对设计的合理性进行一个模拟检查，对设计变更的合理性和可行性进行模拟和判定，尽可能的保证施工在面对各种可能出现的变化因素时，不盲目、不反复，做到有的放矢。

4.主体构件的尺寸与定位，以及预制件加工

图1 BIM系统在施工管理阶段实施流程图

在BIM模型中准确的做好墙、梁、柱的尺寸、标高和定位，除了可以准确的表达建筑和结构完成后的空间关系外，还要为后期机电各专业的深化设计、各专业的管线综合做好充足的准备，保证BIM模型的准确性和延续性。另外，在施工过程中出现的一些复杂形状的预制构件，在BIM模型中通过三维技术进行设计，以保证尺寸能够完全吻合，设计完成后再将得到的数据交给工厂进行加工。

5.提供综合图，达到可视化虚拟施工

通过在BIM模型中进行协调、模拟、优化以后，可以为现场施工提供辅助的综合结构留洞图、建筑-结构-机电-钢结构-装饰综合图等施工图纸.。通过BIM三维模型系统，对各个专业可以进行可视化管理，实现虚拟现实。施工过程中将本工程中每个设备和构件的采购、加工、安装等信息进行记录，实现整个施工过程的可追溯性，并在虚拟场景中进行自由行走，任意观看，详细了解本工程中每个设备、构件的信息，为业主决策提供依据，并为后期运营管理提供极大便利。

6.施工方案及工艺模拟实施

工程重难点施工方案、特殊施工工艺实施前，运用BIM系统三维模型进行真实模拟，从中找出实施方案中的不足，对实施方案进行修改，同时，模拟多套施工方案进行专家比选，最终达到最佳施工方案，在施工过程中，通过施工方案、工艺的三维模拟，给施工操作人员进行可视化交底，使施工难度降到最低，做到施工前的有的放矢，确保施工质量与安全。

7.施工现场组织模拟管理

根据工程施工特点，合理组织施工，在工程施工总平面实施中，充分应用BIM系统三维模拟，对施工总平面进行规划，做到合理，确保施工顺利开展。施工平面规划，随施工进程的推进而调整变化，采取BIM系统动态管理，立足现场场地实际情况，根据施工进度安排，分阶段进行BIM三维模型建立模拟，借以呈现各主要阶段的交通组织规划、大型设备使用、材料堆场及加工场地、临建设施使用等是否合理，通过对周围环境、进场道路的位置、施工现场机械设备以及建筑材料的堆放，现场施工防火的布置等的全方位模拟等情况，可以更有效的对施工现场进行综合规划与管理，以保证工程施工合理有序地进行。

8.BIM施工进度模拟、资源成本管理

在施工过程管理，基于BIM模型进行对整个施工过程进行管理和规划，根据业主的工期节点要求可以得到该项目的时间进度，将这个时间进度和BIM模型进行匹配，从而得到更具可视化的基于三维模型的施工进度模拟。将各专业三维建筑模型及进度计划导入Navisworks 软件中，进行各阶段施工进度模拟，分析工程施工进度计划的合理性，并及时调整计划，同时施工模拟再结合工程预算，连接时间、费用和任何数据信息，达到5D（基于3D模型的造价控制，包括3D实体、时间、工序）模拟，可以提前进行施工材料、机械及劳动力的准备，保障整个工程顺利实施，确保工程总工期。

（1）使用Revit系列软件对项目的BIM模型进行完善，在此过程中，寻找和发现各种问题并通过BIM技术解决问题，从而指导施工图深化设计和现场施工，再通过自动统计功能，进行施工材料的自动统计。

（2）在BIM模型的建立和完善过程中，将模型转到Navisworks软件中对项目信息进行审阅、分析、仿真和协调。通过其4D （三维模型加项目的发展时间）仿真、动画和照片级效果制作功能帮助对设计意图进行演示，对施工流程进行仿真，从而加深对项目的理解，提高可预测性。实时漫游功能和校审工具能够共同提高项目团队之间的协作效率。

结论与展望

BIM系统应用到超高层建筑建设管理中，在整个工程深化设计、施工进度、施工工艺、施工组织和资源管理及施工现场等各个环节，进行信息的建立与收集，最终形成完整的竣工信息模型，保证从设计到施工的BIM信息的延续性和完整性，提高工程管理信息化水平，提高工程管理工作的效率。我国超高层建筑从无到有，但建设发展水平与发达国家还有一定差距，信息化、精细化的程度还有待提高，而BIM系统技术的发展和应用必将给超高层建筑工程建设带来革命性的变化。当然，任何新技术的应用和发展都需要统一的规则，要促进和实现BIM系统的广泛应用还需要制定相关的技术标准体系，才能真正将BIM系统发挥到最大效应。

参考资料

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