BIM 技术在某超高层项目施工中的应用研究

时间：2024-07-28

石韵刘军生韩大富吴延王宝玉田园

(1.陕西省建筑科学研究院，西安 710042;2.陕西建工集团总公司，西安 710003)

1 概述

施工单位内各个部门大多独立运作，协同作业只发生在各阶段交接过程中，并且多采用的是抽象的二维图纸文档及表格，易导致信息沟通不畅，影响工作效率。而大型复杂结构工程，涉及的工序专业多，且工程量大，这使得各部门的联系越来越密切［1］-［3］。此时，BIM 技术应运而生，BIM 技术即建筑信息化模型，BIM 的最重要意义，在于它重新整合了建筑流程，对建筑空间几何信息、建筑空间功能信息、建筑材料以及设备等各专业相关数据信息进行数据集成与一体化管理。施工企业将体会到BIM带来的从经营投标到施工、维护的一系列创新和变更带来的好处［4］-［6］。课题组以某超高层项目为依托，通过BIM 技术的应用，实现了对项目工程信息的集成管理。

2 BIM 技术在项目投标阶段应用

对于建筑施工企业来说，施工生产任务的获得主要是通过投标的渠道来获取的。现实的建筑市场每年的交易量是有限的，投标工作即成为是施工企业管理工作的重中之重，对许多施工单位而言，如何展示自己的技术实力与水平是非常重要的［7］［8］。而在该超高层项目投标阶段课题组利用BIM 技术对工程进行模拟，充分展现了企业实力。

2.1 技术标

2.1.1 建立BIM 模型

投标工作开始后，为了在标书的各个环节应用BIM，首先建立工程BIM 模型，投标建模应区别于施工阶段建模，投标阶段建模时间较短，为了快速建立模型，模型精度建议控制在LOD200，在建筑物本身建模基础上，同时体现出施工方案和工艺措施，将施工场地、临时设施及重要大型设备进行建模。

2.1.2 工程概况介绍

在建立了BIM 模型基础上用文字及图表等形式说明相关概况后插入相关BIM 模型图，利用3D 视觉效果提高标书表现力，该超高层建筑整体建筑概况如图1 所示，标准层机电概况如2所示。

图1 结构整体BIM 模型

图2 机电标准层BIM 模型

2.1.3 施工组织部署和进度计划

技术标书中，为了清楚介绍工程施工的步骤，各个分区的施工顺序，以及各个重要里程碑节点工程的形象进度和相关专业的进展程度，利用BIM 模型的三维可视化特性，将重点工程施工阶段表现出来，用一系列的三维形象示意图展示各阶段工程形象进度。

课题组针对局部施工，如某部位钢结构的吊装，用一系列的实际装配图具体说明施工的工艺顺序。在此应用中，为提高表现力，将BIM 模型导入3DMAX 等专业渲染软件输出，图3 是一个工况点的表示方式。

图3 主体结构施工工况BIM 模型

2.1.4 大型设备和施工装备方案

投标过程中，利用BIM 技术模拟施工现场，在工程模型中加入塔式起重机等大型施工设备，并基于模型的可优化性对设备布置方案进行必选，最终确定塔式起重机型号和位置，并从模型中直接提取塔式起重机等设备各项参数和性能指标，形成附表附在方案中，充分体现设备方案的可信度和说服力。对于常用施工设备和设施，建立族文件，以供其他方案使用。

2.1.5 深化设计

对于机电机房和重要部位的管线施工，利用BIM技术进行深化设计，并进行碰撞检查和综合优化，将最终设计方案甚至精确的施工图展现在方案中，以表现投标单位的深化设计和复杂部位的处理能力。

通过Tekla Structures 等软件进行钢结构重要节点深化设计，包括搭建构件、节点设计、图纸绘制等。三维模型中包含加工制造及现场安装所需的一切信息，并可以生成相应的制造和安装信息。

2.1.6 阐明施工时的预期BIM 应用

投标书中单独设一节内容具体说明中标后在工程施工阶段拟采用的BIM 技术，或基于BIM 的管理构想。用文字说明配图表的方式。给业主以良好的BIM 应用预期。编制此部分内容时要结合投标单位具体情况，提出切实可行的BIM 实施方案。

2.2 商务标

2.2.1 工程量复核

在商务标中，利用BIM 技术对招标工程量进行仔细复合，进行快速准确算量。并与招标工程量进行对比，按照差值百分率进行排序，做到数据分析精细化，并且提高编制商务标效率。

3 BIM 技术在企业施工阶段应用

3.1 总平管理及绿色施工

现场施工人员利用施工图纸规划出《施工平面布置图》，并将二维图纸及时提供给BIM 技术部，BIM 技术部建筑专业应与现场施工人员进行沟通，通过BIM 技术(可采用Skechup、Revit 等)对《施工平面布置图》进行三维深化，完成工地整体布局三维模拟，解决现场施工场地平面布置问题，解决现场场地划分问题，按安全文明施工方案的要求进行修整和装饰;临时施工用水、用电、道路按施工要求标准完成(需机电暖通专业配合);为使现场使用合理，施工平面布置应有条理，尽量减少占用施工用地，使平面布置紧凑合理，同时做到场容整齐清洁，道路畅通，符合防火安全及文明施工的要求。施工过程中避免多个工种在同一场地，同一区域进行施工而相互牵制、相互干扰。

模型完成后及时交付于现场施工人员，施工现场应设专人负责管理，使各项材料、机具等按已审定的现场施工平面布置图的位置推放。

3.2 施工进度控制

传统的施工进度控制虽然在现场施工以前项目部对进度计划进行了详细的讨论和分析，但在具体施工过程中难免存在问题，例如碰撞问题等，一旦遇见问题会使进度计划不能得到准确的执行。施工过程是伴随着问题的解决向前推进，通过BIM技术模拟，直观显示计划进度与实际进度的对比，得到最优模型，指导施工。

规定红色代表延迟的工程进度，绿色代表按时完工工程进度，见图4。

3.3 结构深化设计

钢结构专业BIM 模型对重点部位及复杂部位钢结构节点进行钢结构加工、制作图纸的深化设计。使用Tekla Structures 真实模拟进行钢结构深化设计(图5)［9］［10］，通过软件自带功能将所有加工详图(包括布置图、构件图、零件图等)利用三视图原理进行投影、剖面生成深化图纸，图纸上的所有尺寸，包括杆件长度、断面尺寸、杆件相交角度均是在杆件模型上直接投影产生的，通过深化设计产生的加工数据清单，直接导入精密数控加工设备进行加工，保证构件加工的精密性及安装精度。

通过BIM 技术指导编制专项施工方案，直观对钢结构节点复杂工序进行分析，对节点板及螺栓进行精确定位，对关键复杂的劲性钢结构与钢筋的节点进行放样分析，解决钢筋绑扎、顺序问题，指导现场钢筋绑扎施工。将复杂部位简单化、透明化，提前模拟方案编制后的现场施工状态(图6)，对现场可能存在的危险源、安全隐患、消防隐患等提前排查，对专项方案的施工工序进行合理排布。

图4 施工进度控制

图5 钢结构三维模型

图6 结构节点复杂工序及节点定位模拟

图7 利用BIM 技术进行机电安装深化设计

3.4 管线综合

管线综合专业BIM 模型协助完成机电安装部分的深化设计，包括综合布管图、综合布线图的深化。使用BIM 模型技术改变传统的CAD 叠图方式进行机电专业深化设计，应用软件功能解决水、暖、电、通风与空调系统等各专业间管线、设备的碰撞，优化设计方案，为设备及管线预留合理的安装及操作空间，减少占用使用空间［11］。

所有专业之间的相互碰撞检查过程最终成果是得到零碰撞，在创建的过程中应分阶段进行碰撞检查，不要等到所有模型都完成后进行，第一阶段碰撞检查在各专业确定较大管线的尺寸和位置后进行，第二阶段在模型完成每层后进行，第三阶段整体完工后进行，在发现碰撞问题，需要更改管线时，遵循小管让大管，有压让无压，大风管在顶端，桥架再中间，水管布置在最下层等工程施工中的原则，切记碰撞检查只是一个工具，它只能帮组查找问题，不能解决问题。