BIM技术在超高层建筑工程深化设计中的应用

崔超英

（山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）

1 BIM技术特点

BIM技术即建筑信息模型，主要是利用计算机和数字化技术来构建三维立体模型，构建的建筑工程信息库有着完整且与实际情况一致的信息。利用BIM技术在建筑全生命周期中的应用，能使工程项目的所有信息和分析结果准确地呈现给工作人员，使工作人员能够及时、准确地沟通，快速获取工程项目的信息。BIM技术能够集成各个专业的设计内容，利用三维模型的碰撞检查功能，明确各个专业之间是否存在冲突。通过反复优化改进，使设计图纸具有较高的可行性，减少了施工阶段各专业之间的冲突，降低了设计变更发生的概率。

1.1 可视化

传统的建筑设计主要由人工完成，虽然可以借助计算机技术，但只能通过简单的2D、3D软件展示设计方案效果，模拟建筑场景，对规格尺寸进行合理设计。设计完成后，设计人员还要根据自己的想象力向业主阐述工程建设的实际效果。BIM技术应用于建筑行业，充分发挥了它的可视化特点，快速展示了建筑模型，设计人员通过模型向业主直观地介绍工程特点，即使不懂设计的人也能清晰地了解工程项目。图1为BIM技术构建的超高层立体模型，对快速完成讨论、设计优化、决策等工作起到了至关重要的作用。

图1 BIM技术构建的超高层立体模型

1.2 协调性

超高层建筑涉及专业技术、结构部件、材料、人员等各方面的因素，要做好协调工作才能充分发挥各项资源的作用。利用BIM技术可以形成系统、规范的文件，保证建筑内部各项资源与空间的合理地布置，有利于提高协调效果。例如，利用BIM技术可以明确灯具的布置、水管的布置、核心筒的布置是否合理。另外，通过BIM技术系统，工作人员可以实时查看工程的实际情况，提高沟通效率。

1.3 模拟性

超高层建筑施工过程中细节复杂，成本较高，应在前期设计阶段合理确定施工技术，消除施工阶段可能出现的问题。BIM技术可以搭建模型，分析建筑体形态及材料配比、承受应力关系等诸多参数，得到的参考数据非常准确，从而得到最优设计方案。可见，BIM技术在优化技术方案方面发挥着重要作用。工作人员可在仿真系统中输入数据信息，模拟建筑工程施工过程，明确施工过程中可能出现的问题，及时调整设计方案，确定最佳配比点。设计人员利用BIM技术进行仿真模拟，可提前消除某些不确定性因素，保证后续施工工作有序进行，有效降低偏差。

2 BIM技术的应用价值

2.1 提高设计方案的信息化功能

在现代信息技术的引领下，建筑行业不断向前发展，BIM技术作为典型代表对建筑行业产生了深远影响。超高层建筑信息数据是BIM技术应用的基础，是构建超高层建筑核心数据库的前提。与传统的多维度模型相比，BIM这一现代化数字技术的有效应用能够实现数字信息化，使设计人员和施工人员能够对超高层建筑信息进行动态化掌握。如果调整了建筑的设计报表，系统将及时更新数据，工作人员可以控制各项支出，保证对施工过程的准确分析。

2.2 正确调整图纸

在超高层建筑中应用BIM 技术可以根据模型进行合理的图纸调整、优化设计方案。设计人员、技术人员和施工人员能够根据图纸明确设计过程中的关键环节，查找施工过程中可能出现的问题。如果设计图纸需要调整，只需在设计时改变一个参数，系统就能自动完成与之相关的其他项目调整，使设计人员能够及时查看调整结果，从而节省时间成本、优化设计方案、提高施工方案的可行性。

2.3 提高监管质量

利用BIM技术规范地设定工程各项参数，避免随意调整或更换系统内信息，可大大减少人为随意修改图纸的不良现象，更好地体现监督管理的价值，优化监督管理。BIM虚拟模型涵盖了建筑规划、原材料用量、施工进度等多方面内容，监管部门可通过BIM技术动态化监管工程建设。同时，能够分析所有施工环节、共享建筑信息，实现整体施工品质的提升。

3 超高层建筑设计流程

超高层建筑往往需要将各个专业分包完成，设计图纸非常复杂。为了进一步深化设计图纸，需要运用BIM技术深化设计，加强工程变更管理。

（1）设计人员根据建筑工程各项资料搭建BIM平台，完成图纸的构建，利用系统检查设计方案的可行性。

（2）设计单位、施工单位、监管单位负责人共同审核图纸，提出各自的需求和建议，并指出设计方案的不足之处。

（3）各专业单位深化图纸设计，利用BIM技术综合布置各项内容，通过碰撞检查确定图纸的可行性。如图2中某工程管道设计存在冲突，经多次调整完善设计图纸后，再次审核。

图2 碰撞检查及调整

（4）审核无误，经负责人签字确认后，可向各单位下发确定的设计图纸，以支持各项工作的开展。

在建设超高层建筑中，为了充分落实设计方案，必须及时利用BIM平台构建的三维模型完成各项数据信息更新。为此，必须明确管理层次，提高设计图纸的完善性和高效性。另外，BIM模型的应用可以有力支持信息化工作模式，构建信息化协同工作环境，加强各单位之间的联系，将设计方案所要表达的内容传达给所有参建人员，避免因设计图纸理解不到位而引发质量、安全等问题和纠纷。

4 BIM技术在深化设计中的应用

4.1 设计研究阶段

在进行超高层建筑设计前，必须对工程的可行性进行分析，审定确认可行后才能进行方案设计。在设计研究阶段应用BIM技术可以科学地设计超高层建筑方案，有助于控制设计时间。设计人员应充分重视建筑物的使用功能，对建筑物建设的安全性、稳定性进行客观判定，明确工程质量要求。设计人员可利用BIM技术在设计研究阶段进行可行性研究报告的分析和编制，在报告获得批准后建立模型，直观地了解设计中存在的缺陷，提出改进建议。

4.2 构建设计阶段

在设计阶段，充分发挥BIM技术的可视化和碰撞检查等功能。

（1）设计人员可利用BIM技术进行建模操作，集成化开展各个结构的设计，并准确地说明具体参数。设计时可利用模型模拟设计方案实施过程，系统能够自动评价设计方案的可行性。

（2）自动化参数管理。在建立数据库模型后，系统内可以全面收集和储存工程各项数据信息，自动化完成参数的分类管理。设计人员还可以利用BIM技术自动转换各项参数，比较设计体系，结合BIM技术构建参数，说明具体参数的应用规则。

（3）碰撞检查。在超高层建筑设计完成后，系统碰撞检查功能能够模拟施工过程，对施工过程中是否存在工种冲突和构件冲突进行客观分析，从而为设计人员优化图纸设计提供有力支持。

4.3 工程设计过程

传统的设计模式多以二维图纸为主，数据不准确、疏漏，不能全面表达设计图纸数据信息，设计人员可能会受到各种因素的影响，思维混乱，对后续施工造成严重影响。在后期建设阶段，施工人员如果不能充分理解图纸内容，将很难有效、顺利地进行各项施工作业，从而影响工程质量、安全、进度和成本。利用BIM技术可以准确地计算出建筑物承载能力，对建筑功能布局进行客观分析。通过深化设计，设计人员可将相关软件加入时间维度，实现4D模拟超高层建筑的施工现场，直观地观察施工过程。最后，根据模拟结果及时发现缺陷，灵活调整设计施工方案，避免后期出现严重问题。在超高层建筑深化设计中，BIM技术充分体现了其自身的优势和特点，满足了现代建筑设计与施工的需要，充分利用其碰撞检查、可视化等功能，有助于提高超高层建筑的整体性能。

5 BIM技术在超高层建筑中的应用效益

某超高层建筑面积为18万m2，包括住宅楼、公寓楼、商业裙楼三种类型。其中，5#公寓楼是超过100m的超高层建筑。该工程采用广联达软件与Revit软件同时进行工程量计算分析，通过模拟对比，确定最优方案。

5.1 工程量对比

利用两款软件同时对预算量、到储量与实际量之间的关系进行比较和分析，得出如下结果：

（1）两款软件的计算结果表明，该公寓楼建设所用混凝土总量较为接近，而Revit软件计算的梁板混凝土用量明显低于广联达软件计算结果，这主要是因为Revit软件充分考虑了梁板交界处的构造情况，并对混凝土用量进行了校核。

（2）与广联达软件相比，Revit软件计算的混凝土用量更接近实际混凝土用量，说明该软件的计算结果更加精确，可以采用该软件建模，指导实际施工。

（3）由于广联达软件在建模和计算过程中难以自动检测实际冲突问题，因此，广联达软件建模计算的混凝土用量比设计所需混凝土用量偏大，这是该软件存在的不足之处。

作为建筑信息类模型，广联达软件与Revit软件都具有建筑信息模型可视化、精算化等优势。其中，Revit软件能够设置材质，渲染建筑材料，优化建筑模型外观，生成动画、漫游等图像，能够进行碰撞检查。因此，主要以建筑模型为主。广联达软件建模速度快、能快速识别CAD图纸、快速统计复杂工程量，主要应用于工程算量。

5.2 工程资料录入

为了进一步提高工程建设的准确性、及时性，确保工作人员能够快速查询数据信息，施工过程中要做好施工资料的收集整理工作。同时，及时将资料信息录入建筑信息模型，保证信息模型与实际施工情况同步。如发生设计变更，需及时在Navisorks软件中录入图纸信息，并同步完成建筑模型信息变更，便于资料收集。

5.3 BIM技术应用效益分析

BIM技术在该工程中有效地解决了返工问题，并节约了约5.8%的资金，比合同约定的工期缩短了9%，项目利润增加了约26.8%。在社会效益方面，BIM技术实现了施工总承包项目的精细化管理，保证了工期、质量和安全。实践证明，在施工总承包项目中应用BIM技术可以增强企业自身实力，促进企业发展。

6 结语

总之，随着科学技术的不断进步，我国建筑业取得了较大的进步，各种先进技术的应用对我国建筑业的发展起到了很大的推动作用。随着超高层建筑规模的扩大和功能的增加，对设计方案的要求越来越高。运用BIM技术进行超高层建筑设计图纸的深化设计，有助于减少施工冲突，协调各项工作，确保工程顺利完成。另外，BIM技术在超高层建筑设计中的应用，能充分发挥BIM技术的可视化、碰撞检查等功能，并可进一步推广应用于超高层建筑。