建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，通过数字信息仿真模拟建筑的真实信息，建立三维建筑模型，实现工程设计、施工、管理等功能。

 

BIM技术具有信息化、可视化、协调性、模拟性、优化性等特点，建筑工程项目各参与方在同一信息平台上，共享建筑信息模型，有利于建筑的精细化建造和管理，在降低成本的同时使工程建设品质高、速度快，并可实现对项目的集成管理。

 

通过BIM技术在某超高层建筑中的应用，研究BIM信息化平台、BIM深化设计、三维可视化指导施工、BIM工程项目管理等方面内容，建立以BIM应用为载体的项目信息化管理，实现对项目的优化设计和集成管理，并缩短工期和降低成本。

 

一、项目背景

 

1、工程概况

 

某工程位于安徽省合肥市国家科技创新型试点试验区，望江西路与方兴大道交叉口西北角，为高端城市科研办公楼。建筑高度183.55m，地上40层，地下2层，总建筑面积约11万㎡，地上建筑面积约9万㎡，地下约2万㎡。框架结构+型钢混凝土核心筒结构体系，工程包括玻璃幕墙、钢结构等专业。其整体建筑效果如图1所示。

 

图1 建筑整体效果

 

2、工程重难点

 

1）超高层建筑工程体量大，设计变更多，出图效率低，易导致经济损失和工期延误。

 

2）屋面为钢结构，施工难度大；工程空间碰撞多，层间净空要求高。

 

3）玻璃幕墙节点复杂，安装难度大，CAD平面图纸难以表达施工节点生产和现场安装情况。

 

4）工程技术要求高，建筑、结构、机电、幕墙等工程穿叉施工，不易控制工程进度和造价，现场施工管理难度大。

 

根据以上难点，本项目全过程应用BIM技术，利用BIM模型提升设计效率，减少设计失误，获取工程数据，并为施工建造全过程提供技术支撑，为项目参建各方提供基于BIM的协同平台，有效提升协同效率。确保建筑在全生命周期中能实现按时、保质、安全、高效、节约，以达到对整个项目的总体控制。

 

二、BIM信息化平台应用

 

在本项目中充分运用Autodesk Vault数据管理平台，将其打造成BIM全生命周期协同平台。

 

1）按质量管理体系建立本项目文件管理结构。完全符合ISO9000质量管理体系标准，并参照D-BIM交付标准，避免质量管理工作累积，减轻管理人员工作负担。与传统管理习惯兼容，不影响BIM技术的快速推广，从项目本身情况着手，能够优化项目全过程。

 

2）BIM协同方式创新，在Autodesk Vault数据管理平台上建立BIM模型协同方式。在Vault服务器上建立总文件夹，以工作集的形式分流给各个客户端，各客户端直接通过链接联系。工作集采用Vault插件实现文件与存储位置一一对应，从而实现各客户端与总文件夹同步存储与更新及项目数据信息共享。

 

3）Vault+“云”实现互联网+设计和BIM整体模型提交。客户端通过数据传输设备可直接访问Vault数据、Revit文件、Navisworks文件，简单易用，性能灵活，实现内外协同；所有数据均在服务器上，安全稳定，数据可靠，应用主机模块化、虚拟化，可随项目应用情况增减、拆分、组合，节约成本。

 

三、BIM深化设计

 

1、BIM模型建立

 

1）建筑模型采用工作集方式创建，在方案确定后，由多名建筑师联合，利用Revit Architecture共同完成项目的模型及图纸设计。建筑的三维模型和外立面弧形幕墙均可在Revit中清晰表达，在模型中实现参数化设计，可使用参数精准控制和调整构件的属性。

 

2）结构模型由结构工程师利用Vault平台进入建筑模型，使用PKPM完成结构施工图设计，再将图纸导入Revit Structure进行基础、梁、板、柱、剪力墙等结构构件的优化布置。

 

3）而后将建筑和结构模型提供给设备工程师，采用Revit MEP完成暖通、电气、给排水设计，通过建立水暖电系统视图样板，分别赋予各子系统材质、型号等参数信息，并提供完整的管道和设备信息统计表。建筑、结构、机电BIM模型如图2所示。  

 

图2 BIM模型

      

2、钢结构深化设计

 

本工程屋面钢架由桁架、水平连接杆件及连墙拉杆等组成，悬挑结构由5榀钢桁架支撑，最大悬挑距离16.45m。钢结构节点构造复杂，斜交网格施工技术要求高，钢构件种类较多，包含一些特殊类型构件，如劲性钢柱、型钢柱。按照传统加工方法难以满足精度要求。通过采用Tekla软件进行深化设计，建立钢结构三维模型（见图3），对钢构件全部进行三维数控加工，工厂预拼装后，再运至现场，根据三维模型坐标，进行坐标精确定位及位置复核，有效保证了安装精度。

 

图3 钢结构三维模型与深化设计

 

3、碰撞检查

 

本工程各专业管线走向错综复杂，通过对机电管线综合排布，将建筑、结构、机电模型导入Navisworks进行碰撞检查，通过设计问题报告书提交给各专业设计师进行优化设计和综合调整，提前发现各专业间的空间交叉与碰撞。在本工程中共发现并解决了591个硬碰撞问题，如图4所示。为使管道净空标高满足建筑功能需求，在各楼层间绘制净高限制天花板，利用软件进行净高检查，在最大程度上提升空间高度。

 

图4 碰撞检查与优化

 

四、三维可视化指导施工

 

1、加工指导

 

本工程外立面为玻璃幕墙，部分幕墙造型复杂且曲率变化大。由于传统CAD技术的局限性，会增添幕墙材料损耗和增大施工难度。采用BIM技术对外立面幕墙进行参数化设计，幕墙曲面通过Revit体量进行绘制，再将体量曲面导入Revit中，使用建筑幕墙对曲面进行划分。BIM能提供幕墙模型数据信息，参数化建模可迅速完成幕墙的玻璃面板、竖挺、支座等零件的可视化实体模型，为幕墙的加工生产提供参考。

 

2、安装指导

 

幕墙安装过程复杂，零件和节点繁多，幕墙安装准确与否直接关系到结构受力分布和安全可靠度等问题。将Revit幕墙模型导入Navisworks，利用参数化设计技术生成幕墙施工三维坐标控制点，通过幕墙安装仿真模拟导出三维动画视频，可高度可视化指导幕墙现场施工，包括焊接下嵌臂连接、安装幕墙竖挺及幕墙板、螺栓安装上嵌臂、连接幕墙竖挺等过程（见图5）。

 

图5 幕墙安装仿真模拟

 

五、BIM在现场管理中的应用

 

1、进度管理

 

利用广联达BIM5D对项目实行施工段划分和创建进度计划，通过BIM5D模型，对施工进度进行查找、优化和控制。以天为时间间隔，按照计划进度和时间进度模拟实现整个工程项目的施工流程，同时动态追踪和分析计划进度与实际进度，自动生成各种进度计划表，精确掌控施工过程中任务分工和时间节点，实现对施工进度的动态管理。

 

2、三维场布

 

本工程施工场地狭小且现场施工人员多，利用广联达软件进行三维场布（见图6），有效利用施工现场用地，提高场地利用率，合理规划现场施工区、办公区、材料区、加工区和生活区，优化工作面管理和材料堆放布置方案，保障现场运输和起吊畅通快捷，方便现场人员管理。利用三维场地模型进行虚拟演示，在施工前发现潜在安全隐患并予以排除，避免人工作业危险，提高工人的安全意识，从而降低工程事故。 

 

图6 三维场布

    

3、造价管理

 

工程造价管理中，工程量统计是最繁琐的一项工作。传统的工程算量基于二维图纸，需手算工程量。利用Revit建立的模型，通过材料明细表导出工程量清单（见图7），可显著缩短算量时间，提高工程算量准确度，方便控制和核算工程造价，同时可进行成本测算、中间计量、多算对比，在施工过程中对钢筋、混凝土等主材进行严格管控。  

 

图7 材料明细

 

结语 

 

BIM技术的应用有效解决了超高层建筑工程中的重难点问题，积累了BIM技术实际工程应用经验。

 

1）通过建立BIM信息化平台实现各专业协同设计，减少设计变更，提高出图效率，减少经济损失和缩短工期。

 

2）通过建立各专业BIM模型，实现钢结构深化设计，解决屋面钢结构施工困难，三维模型碰撞检查解决工程空间碰撞。

 

3）通过BIM技术进行参数化设计，三维可视化指导幕墙生产和施工，解决玻璃幕墙施工节点生产复杂和现场安装难度大等问题。

 

4）通过BIM技术在工程中进度管理、三维场布、造价管理等方面的应用，方便施工方精准控制工程进度和工程造价，实现现场施工集成化管理。

 

作者简介：

 

范传祺，合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生

 

关群，合肥工业大学土木与水利工程学院教授

 

李鹏飞，合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生