卓增燦

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司福建分公司，福建 廈門(mén) 361000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在城市現(xiàn)代化建設(shè)中越來(lái)越多地應(yīng)用超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，因其具有施工體量大、工藝技術(shù)復(fù)雜、涉及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域多等特征，施工難度較高。為更好地落實(shí)超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等建設(shè)目標(biāo)，更有力地保障工程施工質(zhì)量，施工單位需要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，在了解BIM 技術(shù)定義、特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)上，探究其在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的應(yīng)用路徑，充分借助技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高施工技術(shù)水平。

1 BIM 技術(shù)的定義及特點(diǎn)

1.1 BIM 技術(shù)的定義

BIM是“Building Information Modeling”的縮寫(xiě)，即“建筑信息模型”。BIM 概念最早于1978 年提出，與傳統(tǒng)的三維模型概念相比，其加入了“時(shí)間”的概念，強(qiáng)調(diào)工程項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)信息的記錄，能夠準(zhǔn)確反映出工程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。發(fā)展至今，BIM 技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)字化建筑模型、虛擬化建筑模型、建筑產(chǎn)品模型、包含建筑物整個(gè)生命周期數(shù)據(jù)信息的專(zhuān)業(yè)性建筑信息和模型四個(gè)演變階段。目前，我國(guó)將BIM 技術(shù)定義為一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，其能夠?qū)⒐こ陶麄€(gè)生命周期中的所有信息（如構(gòu)件性能信息、建筑幾何特性、功能要求、施工進(jìn)度、建造過(guò)程等）整合、集成到一個(gè)建筑模型中，以實(shí)現(xiàn)建筑物及功能特征的數(shù)字表達(dá)，促進(jìn)各類(lèi)信息、知識(shí)資源共享，為工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及報(bào)廢拆除等階段的決策制定和控制管理提供有力支持。

1.2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

（1）可視性。主要表現(xiàn)為“所見(jiàn)即所得”。以往技術(shù)在利用CAD 圖紙進(jìn)行建筑信息描述時(shí)，只能通過(guò)二維線(xiàn)條和圖形來(lái)表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)特征。描述對(duì)象建造完成后，具體構(gòu)造形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)只能依靠技術(shù)人員基于專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)去想象。而B(niǎo)IM 技術(shù)不僅能夠?qū)⒍S圖紙準(zhǔn)確轉(zhuǎn)化為可視化三維模型，還能將各構(gòu)件間的關(guān)系、工程建設(shè)過(guò)程及各項(xiàng)參數(shù)信息，直觀(guān)可視地呈現(xiàn)出來(lái)，從而為工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和管理提供便利條件。

（2）模擬性。BIM 技術(shù)能夠根據(jù)操作人員需求進(jìn)行多種形式的模擬，如在建筑設(shè)計(jì)階段進(jìn)行光照模擬，以檢驗(yàn)建筑的美觀(guān)性和不同時(shí)間段的采光性；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行不同形式的荷載模擬，以檢驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能；在施工準(zhǔn)備階段進(jìn)行4D 模擬建設(shè)，以檢驗(yàn)施工進(jìn)度規(guī)劃的合理性等。

（3）協(xié)調(diào)性?，F(xiàn)代建筑工程施工體量大、涉及專(zhuān)業(yè)多，因此，對(duì)施工協(xié)調(diào)工作的要求極高。BIM 技術(shù)能夠?qū)⑺袑?zhuān)業(yè)的施工信息集成到一個(gè)建筑模型中，從而大幅度提升各專(zhuān)業(yè)間數(shù)據(jù)信息的共享度，為不同專(zhuān)業(yè)間的有效協(xié)調(diào)奠定良好的基礎(chǔ)。

2 工程概況

華源國(guó)際中心項(xiàng)目位于廈門(mén)市思明區(qū)03～07片區(qū)觀(guān)音山商務(wù)營(yíng)運(yùn)中心環(huán)島干道東側(cè)（A5 地塊），項(xiàng)目總用地面積為5 154.418m2，總建筑面積為51 589m2，其中：地上27 層，總建筑面積為35 689m2；地下4 層，總建筑面積15 900m2。建筑物的建筑高度為182.52m。本工程項(xiàng)目塔樓采用“鋼框架+支撐”結(jié)構(gòu)體系，其中，地下室部分采用“鋼結(jié)構(gòu)+剪力墻”結(jié)構(gòu)，地上部分采用“全鋼結(jié)構(gòu)”，樓板采用“鋼筋桁架樓承板+混凝土”組合式樓板。建筑物的構(gòu)件類(lèi)型包括外框鋼管柱、框架梁、組合梁、次梁和鋼支撐，總用鋼量約1.35萬(wàn)t。鋼材材質(zhì)主要為Q235B（錨栓）、Q345B、Q345B-Z15、Q345B-Z25。樓層大致分為6 種類(lèi)型，每種樓層布置圖都包含箱型柱、焊接 H 型鋼框架梁、焊接H 形組合梁、焊接H 形次梁、焊接H 形水平支撐和箱型支撐。

3 超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中BIM 技術(shù)的價(jià)值

基于對(duì)BIM 技術(shù)的了解及對(duì)已有BIM 技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，華源國(guó)際中心項(xiàng)目施工單位認(rèn)識(shí)到BIM 技術(shù)應(yīng)用于超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中具有以下價(jià)值：

（1）可提高決策和計(jì)劃的編制效率與質(zhì)量。超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)復(fù)雜度遠(yuǎn)高于常規(guī)類(lèi)型的建筑，項(xiàng)目管理人員在制定決策時(shí)往往需要收集和參考更多的數(shù)據(jù)信息，以保證決策的科學(xué)性與可行性。而信息完備性和共享性是BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑工程項(xiàng)目中，能夠幫助項(xiàng)目管理人員構(gòu)建參數(shù)化信息庫(kù)，將各方面數(shù)據(jù)信息集成在一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)中，并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以縮短項(xiàng)目管理人員收集數(shù)據(jù)信息的耗時(shí)，提高獲取數(shù)據(jù)信息的完整度，從而提高各項(xiàng)決策制定效率和質(zhì)量。此外，因施工體量大、施工物資種類(lèi)繁多，所以，超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的采購(gòu)工作量和難度較大。而利用BIM 技術(shù)，工作人員能夠隨時(shí)隨地了解物資的剩余量、需求量、物資存量可支持施工天數(shù)等數(shù)據(jù)信息，從而提高物資采購(gòu)計(jì)劃、配置方案的編制效率與科學(xué)性。

（2）可提高多專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同工作效率?；诳梢曅蕴卣?，BIM 技術(shù)能夠以更加直觀(guān)、具體的方式進(jìn)行信息描述，從而大幅度降低信息的理解難度，使不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工作人員更有效地進(jìn)行溝通交流。同時(shí)，BIM 技術(shù)對(duì)施工數(shù)據(jù)信息的高度集成化，能夠使各專(zhuān)業(yè)施工人員隨時(shí)隨地獲取當(dāng)前施工節(jié)點(diǎn)的施工資料，了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)的施工方案和需求，為不同專(zhuān)業(yè)間的溝通交流提供便利條件，從而有效提高多專(zhuān)業(yè)間協(xié)同工作的效率和質(zhì)量。

（3）可顯著減少工程變更和返工行為。相較于普通建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)更具復(fù)雜性，若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖紙會(huì)審階段存在工作疏忽，很容易在施工過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)碰撞問(wèn)題，從而發(fā)生設(shè)計(jì)變更或返工行為。而借助BIM 技術(shù)模擬性特征，技術(shù)人員可在正式施工前模擬施工，進(jìn)行碰撞測(cè)試，以了解施工效果，發(fā)現(xiàn)碰撞隱患，從而合理調(diào)整施工方案，最大限度地降低工程變更和返工行為發(fā)生率。

4 BIM 技術(shù)在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的應(yīng)用

4.1 BIM 可視化技術(shù)

BIM 可視化技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩方面，一是將CAD 圖紙、施工參數(shù)錄入到BIM 系統(tǒng)中，借助系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和建模功能，構(gòu)建出精準(zhǔn)的3D 模型。二是各專(zhuān)業(yè)將構(gòu)建好的施工模型上傳至BIM 平臺(tái)，通過(guò)一系列分析計(jì)算，將這些分散型模型有機(jī)組合，構(gòu)建一個(gè)完整的工程項(xiàng)目可視化三維建筑模型。通過(guò)該模型，人們能夠多角度、動(dòng)態(tài)化地觀(guān)察、分析建筑內(nèi)、外結(jié)構(gòu)及具體節(jié)點(diǎn)。將BIM 可視化技術(shù)應(yīng)用在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，可大幅度提高各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量和效率。例如，在華源國(guó)際中心項(xiàng)目中，給排水、電氣、建筑智能化等施工單位根據(jù)專(zhuān)業(yè)施工圖紙?jiān)贐IM 系統(tǒng)中建立管線(xiàn)布置三維模型，BIM 系統(tǒng)將各專(zhuān)業(yè)制作、保存的管線(xiàn)布置三維模型整合到同一個(gè)建筑模型中，形成反映本工程項(xiàng)目所有管線(xiàn)綜合布置情況、具備多角度觀(guān)察、效果圖輸出、數(shù)據(jù)標(biāo)注等多種功能的三維模型。根據(jù)該三維模型，項(xiàng)目技術(shù)人員和管理人員能夠直觀(guān)地看到當(dāng)前施工方案下，管線(xiàn)綜合布設(shè)的最終效果，為技術(shù)管理工作提供重要依據(jù)。例如，根據(jù)可視化視圖（見(jiàn)圖1）分析管線(xiàn)綜合排布凈高等。

圖1 華源國(guó)際中心項(xiàng)目地下車(chē)庫(kù)凈高分析

4.2 鋼結(jié)構(gòu)三維建模

傳統(tǒng)技術(shù)模式下，二維施工圖紙并不能直觀(guān)地反映出建筑結(jié)構(gòu)及不同構(gòu)件間的空間關(guān)系，不利于專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)的順利推行和管理把控。尤其是在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，因包含多種類(lèi)型和規(guī)格的鋼構(gòu)件，且結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，僅依靠施工圖紙，很難保證施工效率和質(zhì)量。而B(niǎo)IM 技術(shù)具有極強(qiáng)的模型構(gòu)建能力，能夠根據(jù)施工圖紙和施工參數(shù)構(gòu)建出精準(zhǔn)的三維建筑模型，并通過(guò)模型如實(shí)地表現(xiàn)出構(gòu)件的尺寸、空間位置關(guān)系及施工效果。因此，在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)三維建模，能夠大幅度提高施工質(zhì)量和便利性。在華源國(guó)際中心項(xiàng)目中，技術(shù)人員先利用BIM 平臺(tái)的核心建模軟件Revit Architecture 構(gòu)建三維建筑模型，通過(guò)精準(zhǔn)編輯各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)及合理調(diào)整構(gòu)建內(nèi)容屬性，實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。此時(shí)，BIM 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)空間布局、功能參數(shù)、材料尺寸、場(chǎng)地坐標(biāo)、構(gòu)件屬性等輸入信息，實(shí)時(shí)調(diào)整模型。相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，此技術(shù)不僅能夠減少工作量，而且能夠明顯提高設(shè)計(jì)精度。構(gòu)建建筑模型后，需要利用Revit Structure 軟件構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)模型，利用該三維模型，技術(shù)人員能夠從多個(gè)角度查看結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式特點(diǎn)和數(shù)據(jù)信息，如配筋信息、混凝土等級(jí)信息、荷載分布等。當(dāng)土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、幕墻等分項(xiàng)工程的BIM三維模型全部構(gòu)建完畢后，可在BIM 平臺(tái)中整合所有模型，形成包含各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)信息的整體化三維模型（見(jiàn)圖2）。鋼結(jié)構(gòu)三維模型建立后，技術(shù)人員可將模型導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件GCL 中，通過(guò)應(yīng)用兩種先進(jìn)軟件，實(shí)現(xiàn)智能化三維算量，在一定程度上提高工程項(xiàng)目的施工效率。

圖2 華源國(guó)際中心項(xiàng)目三維建模流程示意圖

4.3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)技術(shù)模式下的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先要利用專(zhuān)業(yè)的力學(xué)計(jì)算軟件計(jì)算、設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的形式規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，然后通過(guò)大量的CAD 圖紙逐一說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息。然而，在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)桿件和節(jié)點(diǎn)眾多，單純依靠CAD 圖紙已經(jīng)無(wú)法清晰、全面地描述鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸信息與連接方式，以至于在鋼構(gòu)件制作和安裝過(guò)程中，容易產(chǎn)生不同形式的問(wèn)題，影響工程施工質(zhì)量。而利用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)則能夠有效應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題。例如，在華源國(guó)際中心項(xiàng)目中，技術(shù)人員利用BIM 平臺(tái)中的Tekla Structure 軟件來(lái)完成鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)。一方面，在軟件中對(duì)項(xiàng)目中的基礎(chǔ)性桿件、螺栓進(jìn)行三維建模，確定各自的設(shè)計(jì)參數(shù)和屬性，然后將這些模型整合形成基礎(chǔ)鋼構(gòu)件模型庫(kù)，在后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可隨時(shí)調(diào)用，不僅提高了設(shè)計(jì)效率，還能在一定程度上降低設(shè)計(jì)出錯(cuò)率。另一方面，借助軟件強(qiáng)大的圖紙整理和編輯功能，實(shí)現(xiàn)快速出圖。例如，當(dāng)施工人員需要柱角節(jié)點(diǎn)圖時(shí)，技術(shù)人員可隨時(shí)從模型庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)柱角三維模型，并利用軟件的“模型投影”圖紙編輯功能，快速生成完整的施工圖紙。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)輔助施工

BIM 技術(shù)具有強(qiáng)大的輔助施工功能，應(yīng)用在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，可顯著提高施工管理水平和施工質(zhì)量。例如，在華源國(guó)際中心項(xiàng)目中，技術(shù)人員將項(xiàng)目BIM 模型及相關(guān)施工數(shù)據(jù)輸入到BIM 平臺(tái)的Navisworks 軟件中，利用軟件強(qiáng)大的模擬分析能力，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的4D 模擬施工，以更加直觀(guān)、準(zhǔn)確地掌握工程進(jìn)度情況，更好地開(kāi)展進(jìn)度管理工作。同時(shí)，可利用Revit 軟件自帶的碰撞測(cè)試功能進(jìn)行單一專(zhuān)業(yè)施工內(nèi)容的碰撞測(cè)試，或利用Navisworks Manage 軟件進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)間的碰撞測(cè)試，以在施工前及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工圖紙中的錯(cuò)誤或?qū)I(yè)間的作業(yè)沖突點(diǎn)，通過(guò)事前處理的方式，有效減少施工過(guò)程中的工程變更、施工碰撞等情況，從而保證各專(zhuān)業(yè)施工的有序性和高效性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)是現(xiàn)階段建筑工程領(lǐng)域最為先進(jìn)的技術(shù)形式，因具有可視性、模擬性、協(xié)調(diào)性等特征，在建筑工程施工中應(yīng)用，可提高決策和計(jì)劃的編制效率與質(zhì)量、提高多專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同工作效率、減少工程變更和返工行為等?；诖耍瑸楦玫乇ＷC超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的施工品質(zhì)，施工單位應(yīng)積極引入和應(yīng)用BIM 技術(shù)，通過(guò)可視化呈現(xiàn)、三維建模、深化設(shè)計(jì)、輔助施工等應(yīng)用方式，最大程度地發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。