吳京戎，閆艷偉，楊 娜

（湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430068）

0 引言

超高層建筑是一種地標(biāo)性建筑，也是每個(gè)城市的夢(mèng)想。它不僅是城市的標(biāo)簽，也是國(guó)家基建能力實(shí)力的象征。從中國(guó)踏上基建的列車(chē)，從未停止過(guò)對(duì)科學(xué)、技術(shù)的探索，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，建筑領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新技術(shù)，如BIM（建筑信息模型）、RFID（無(wú)線射頻技術(shù)）、裝配式建筑，這些新技術(shù)的出現(xiàn)使得傳統(tǒng)建筑行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。從二維圖紙到三維模型再到4D和5D，新技術(shù)的出現(xiàn)突破了傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法攻克的難關(guān)，超高層建筑一向以難度大、技術(shù)要求高、施工復(fù)雜而著稱(chēng)，BIM技術(shù)的出現(xiàn)使這些難點(diǎn)迎刃而解。BIM技術(shù)貫穿于建筑的全壽命周期，從設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)營(yíng)，BIM技術(shù)都可以體現(xiàn)它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)者不再靠圖紙去想象建造過(guò)程而是可以利用BIM 技術(shù)模擬整個(gè)施工過(guò)程，這樣的改變無(wú)疑是為超高層建筑打開(kāi)了一片新的天地。國(guó)內(nèi)學(xué)者王雙元［1］認(rèn)為BIM技術(shù)讓建筑結(jié)構(gòu)更加直觀、清晰，對(duì)建筑工程管理決策、制定施工方案有重要作用。牛鵬等［2］論述了BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的整合應(yīng)用。李海龍［3］系統(tǒng)論述了BIM 技術(shù)在超高層建筑裝飾裝修中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，從項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工全過(guò)程出發(fā)探索BIM技術(shù)的應(yīng)用策略。范傳祺等［4］將通過(guò)BIM 技術(shù)在特定超高層建筑中的應(yīng)用，研究BIM 信息化平臺(tái)、BIM 深化設(shè)計(jì)、三維可視化指導(dǎo)建設(shè)、BIM 工程項(xiàng)目管理等內(nèi)容。以BIM應(yīng)用為載體確立項(xiàng)目信息化管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)和綜合管理，縮短工期，降低成本。通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)在施工進(jìn)度編制、施工進(jìn)度管理等方面的應(yīng)用還有待完善，這也是本文基于工程實(shí)例所要研究的重點(diǎn)。

1 工程概況及難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

上海中心大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴金融中心Z3-1地塊，和金茂大廈、環(huán)球金融中心相鄰。項(xiàng)目包括1 棟5 層地下室，1 棟121 層綜合樓（含辦公及酒店），1棟5層商業(yè)裙樓，總建面約574 058 m2，其中地上建筑面積約410 139 m2，地下建筑面積約163 919 m2。裙樓高32 m，塔樓結(jié)構(gòu)的高度是580 m，塔的最高點(diǎn)是632 m。

1.2 工程難點(diǎn)分析

超高層建筑具有以下問(wèn)題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及專(zhuān)業(yè)廣、部分節(jié)點(diǎn)施工難度大、工期緊等。具體表現(xiàn)如下。

（1）項(xiàng)目參與方多，工期緊。本工程位于市中心，施工場(chǎng)地狹小，政府及相關(guān)監(jiān)管部門(mén)部分考慮到噪聲、建材污染、交通疏導(dǎo)等問(wèn)題，要求本工程在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完工，因此本工程工期十分緊張。上海中心大廈從決策、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)整個(gè)全壽命周期參與方多達(dá)30 多家。建造現(xiàn)代的超高層建筑會(huì)涉及很多領(lǐng)域，對(duì)施工技術(shù)和組織協(xié)調(diào)能力的要求比較高，對(duì)于超高層建筑的管理者來(lái)說(shuō)，無(wú)形之中帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。如果在施工進(jìn)度編制的過(guò)程中只考慮本專(zhuān)業(yè)的要求，而不考慮其他專(zhuān)業(yè)的要求，那么其他專(zhuān)業(yè)的施工就會(huì)受到影響。傳統(tǒng)粗略估計(jì)的方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足此項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃編制。

（2）施工進(jìn)度無(wú)法保證。本項(xiàng)目分支系統(tǒng)復(fù)雜，包括8個(gè)建筑功能綜合體、7個(gè)結(jié)構(gòu)體系、30個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)。在超高層建筑施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的施工設(shè)備和施工工藝已不能滿(mǎn)足業(yè)主的要求。由于超高層建筑的復(fù)雜性，即使施工企業(yè)采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和施工技術(shù)，也有可能由于施工管理人員的專(zhuān)業(yè)水平低、施工工人的工作質(zhì)量低，而無(wú)法按照規(guī)定的進(jìn)度計(jì)劃完成施工進(jìn)度。

（3）施工質(zhì)量難以控制。本工程信息量較大，包括施工圖3 700多張，鋼結(jié)構(gòu)深化圖8 000多張。信息難以有效傳遞、施工工藝復(fù)雜等因素，增加了控制施工質(zhì)量的難度?，F(xiàn)階段存在一些建設(shè)項(xiàng)目過(guò)分追求進(jìn)度，忽視質(zhì)量安全，這種情況往往會(huì)造成返工、停工，甚至嚴(yán)重的安全事故，對(duì)施工進(jìn)度造成很大的影響，也給建設(shè)工程的質(zhì)量留下隱患，不僅給自身造成經(jīng)濟(jì)損失，也給名譽(yù)帶來(lái)?yè)p失。

2 BIM技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)建立BIM 模型可以實(shí)時(shí)模擬超高層建筑項(xiàng)目的建設(shè)，在這個(gè)過(guò)程中規(guī)范超高層建筑項(xiàng)目施工人員的操作行為，更好地規(guī)劃項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)程，準(zhǔn)確和及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中潛在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，大大提高超高層建筑的安全。

通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬、調(diào)整和優(yōu)化，可以得到建筑、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、裝飾綜合圖等施工圖，為現(xiàn)場(chǎng)施工的可視化提供依據(jù)。并快速準(zhǔn)確地記錄和備案所有施工行為，這將有利于施工和管理人員的核查和后續(xù)作業(yè)［5］。

超高層建筑工程施工人員根據(jù)BIM 技術(shù)提供的施工圖，可以更好地了解施工過(guò)程，熟悉施工過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，在提高現(xiàn)場(chǎng)施工人員工作效率的同時(shí)也保證了工程施工質(zhì)量。確保施工現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)工作環(huán)節(jié)都能順利進(jìn)行，避免施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生事故。對(duì)于重要的施工方案和重點(diǎn)施工工藝，通過(guò)對(duì)BIM 技術(shù)的仿真，可以發(fā)現(xiàn)潛在的不足，并做出及時(shí)修改。

3 BIM技術(shù)在上海中心大廈的應(yīng)用

3.1 基于BIM技術(shù)深化的項(xiàng)目協(xié)同管理模式

由于該工程體量大，參建方極多，深化設(shè)計(jì)需要綜合考慮各方面的因素，并非某個(gè)單位獨(dú)立就可完成的工作。這樣做出的深化設(shè)計(jì)方案既不會(huì)閉門(mén)造車(chē)，也不會(huì)在實(shí)際施工中產(chǎn)生許多問(wèn)題。因此，與項(xiàng)目參與者的協(xié)調(diào)和溝通將被視為BIM 技術(shù)深化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作，優(yōu)化后的協(xié)同管理模式如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)

3.2 采用多維功能的BIM技術(shù)安排施工進(jìn)度

該項(xiàng)目的機(jī)電安裝工程分為4個(gè)區(qū)間進(jìn)行，分別是地下室、裙樓、低區(qū)、高區(qū)，總工期約1 279天。

對(duì)于一些工程量大、工期長(zhǎng)的項(xiàng)目，施工進(jìn)度計(jì)劃編制通常采用傳統(tǒng)的粗估法。結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)，在本工程中采用模型統(tǒng)計(jì)與模擬的方法進(jìn)行施工進(jìn)度編排。在工程總量與施工總工期沒(méi)有重大變化的前提下，首先在深化設(shè)計(jì)階段模型的基礎(chǔ)上將工程統(tǒng)計(jì)的相關(guān)參數(shù)（例如各種設(shè)備、管道、配件的外觀參數(shù)和性能參數(shù)等數(shù)據(jù)）添加到BIM模型中。

將參數(shù)化模型內(nèi)包含的各分區(qū)、各系統(tǒng)工程量進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)后獲得工程量分析，并分別提取設(shè)備、材料、勞動(dòng)力需求等數(shù)據(jù)。最后，利用上述數(shù)據(jù)在工作面交付、設(shè)備材料供應(yīng)、勞動(dòng)力資源、垂直運(yùn)輸能力和臨時(shí)設(shè)施使用等因素中找到平衡點(diǎn)，并綜合考慮統(tǒng)籌安排施工進(jìn)度。通過(guò)運(yùn)用BIM 模型4D、5D 的統(tǒng)計(jì)和仿真功能，不僅能夠改變以往粗放型以及經(jīng)驗(yàn)型的管理模式，還可以使進(jìn)度編排方法朝著更加科學(xué)、精細(xì)、均衡的方向發(fā)展，更加有利于解決施工高峰期所產(chǎn)生的施工管理混亂、臨時(shí)設(shè)施匱乏、垂直運(yùn)輸不力、勞動(dòng)力資源緊缺的矛盾，同時(shí)也避免了施工低谷期而造成的勞動(dòng)力及設(shè)備設(shè)施閑置等資源浪費(fèi)現(xiàn)象［6］。

3.3 基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度管理

對(duì)于施工管理團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，把握施工進(jìn)度的能力是一項(xiàng)綜合能力，包括施工技術(shù)、方案規(guī)劃、材料供應(yīng)、人力配置等方面。該工程體量大，周期長(zhǎng)，在施工過(guò)程中的各種變化因素都會(huì)對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。利用NavisWork對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，如圖2所示，同時(shí)對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)鋼平臺(tái)爬升過(guò)程模擬，如圖3、圖4、圖5所示。因此，在施工計(jì)劃、材料供應(yīng)、勞動(dòng)力配置等方面可以利用BIM 的4D、5D 功能為管理人員提供決策依據(jù)。

3.4 利用模擬對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行管控

利用BIM 技術(shù)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行施工模擬（見(jiàn)圖6），有利于管理人員對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)的把控，達(dá)到提升施工質(zhì)量的效果。由于在模型的管線綜合階段（見(jiàn)圖7），已找到并解決所有碰撞點(diǎn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的及時(shí)反饋可以對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。因此，BIM三維模型作為衡量按圖施工的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是最合適的。

根據(jù)監(jiān)理部門(mén)的需要，項(xiàng)目部需把機(jī)電各專(zhuān)業(yè)完成后的工程影像資料導(dǎo)入BIM 模型進(jìn)行對(duì)照。另外，通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較并提交“差異狀況分析報(bào)告”。此報(bào)告將系統(tǒng)運(yùn)行、吊裝和后續(xù)工序的施工以三維示意圖的形式記錄下來(lái)。為監(jiān)理單位后期整改處置提供依據(jù)，確保施工質(zhì)量達(dá)到深化設(shè)計(jì)的要求。

圖2 NavisWork下的施工虛擬預(yù)演

圖4 施工進(jìn)度計(jì)劃分析二

圖3 施工進(jìn)度計(jì)劃分析一

圖5 施工進(jìn)度計(jì)劃分析三

圖6 BIM施工模擬

圖7 管線綜合模擬

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于超高建筑工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，合理應(yīng)用BIM技術(shù)不僅可以制定出可視化的預(yù)演方案，也能夠?yàn)楣芾砣藛T提供良好的參考價(jià)值。通過(guò)BIM 技術(shù)在超高層建筑中深化項(xiàng)目協(xié)同管理模式、施工進(jìn)度編排、施工進(jìn)度管理、施工質(zhì)量管控等方面的研究，有效地解決了由于參與方眾多引起的組織協(xié)調(diào)無(wú)法達(dá)到項(xiàng)目要求的問(wèn)題，為施工方案的優(yōu)化提供了重要的決策依據(jù)。另外，通過(guò)在三維模型中加入時(shí)間維度，實(shí)現(xiàn)向4D 模型的變換，根據(jù)4D模型模擬施工過(guò)程。為現(xiàn)場(chǎng)施工人員更好地掌握施工難點(diǎn)提供可視化參考，從而保證施工的質(zhì)量、安全、效率、成本，提高工程的整體效益。