基于BIM的超高层复杂钢结构施工技术研究与分析

邓坚 李程林 陈达

(1 深圳深港科技创新合作区发展有限公司；2 中建八局第一建设有限公司）

随着城市化进程不断推进，高层建筑的建设越来越多，尤其是超高层建筑的兴建已成为现代城市建设的重要标志之一。然而，复杂的钢结构施工对施工工艺和技术水平提出了更高要求，也增加了更多的施工风险和挑战。此外，在如何提高施工效率、确保施工质量和安全方面，超高层建筑领域还存在亟待解决的问题。建筑信息模型（BIM）技术是一种数字化建筑设计和管理工具，它能够帮助建筑数字化管理全过程，并实现数据共享、协同设计和施工管理等功能。在超高层建筑领域，BIM技术已经得到广泛应用并取得很好的成果。

本文将重点研究BIM 技术在超高层复杂钢结构施工中的应用，通过对施工过程的建模和仿真，分析施工难点和安全问题，并提出相应的控制措施，以期提高施工效率，确保施工质量和安全。

1 超高层复杂钢结构施工中的重难点分析

⑴钢结构节点复杂，不便于施工。

超高层建筑的高度较大，因此节点所受荷载也会较大，需要更加复杂的节点设计来保证结构的稳定性和安全性。节点所处位置的复杂性也会导致超高层节点设计的复杂性增加，如会受到侧向荷载、地震荷载等多种不同方向的荷载，需要根据实际情况进行设计。同时，超高层建筑节点需要满足多种要求，如抗震、防风、防火等，需要考虑多种因素的影响，因此节点设计和制作更为复杂，难度较大，容易出现工程质量问题，需要更高水平的技术、工艺和更多的人力、物力资源，增加了工程成本和时间。此外，超高层建筑的节点所处的位置往往较高，需要采用复杂的施工工艺和设备及更高的技术水平和施工经验，不仅增加了施工难度，而且也存在安全隐患。针对这些问题，需要采取更加科学的施工方案和技术控制措施，以确保施工的质量、进度和安全性。

⑵节点精度要求高，安装难度大。

由于超高层建筑的高度和重量都非常大，节点部位需要承受巨大的荷载。因此，节点的几何尺寸和形状必须准确无误，以确保结构的稳定性和安全性。其次，节点部位还需要与其它构件精确配合，以确保整个结构的刚度和强度，避免出现偏差或失稳的情况。而由于超高层钢结构节点的精度要求，导致超高层钢结构节点的安装难度也非常大，安装过程需要进行多次测量和调整，以确保精度和配合度的准确性。这要求施工人员具备高超的技能和经验，以确保安装的准确性和安全性。

⑶多专业交叉施工，安全风险高。

超高层钢结构由于其复杂性，及其超高层钢结构的高度和形状，施工中需要结合各种工程技术，如高空作业、吊装、脚手架、脚手架搭设、拼装等。这些工作需要多个专业之间的紧密协作，因此超高层钢结构施工中涉及到的专业较多，如建筑、结构、机电、电气、给排水等。而这些专业之间的协作需要在设计、施工等各个阶段中进行沟通，协调各方面的工作。多专业交叉施工需要不同的施工团队同时在同一区域内进行作业，这就要求团队之间必须具备良好的协作和沟通能力，避免相互干扰和冲突。否则，就会导致施工过程中的混乱和错误，进而增加安全风险。其次，多专业交叉施工意味着现场的作业空间变得更加狭窄，这也增加了意外发生的可能性。不同施工团队在现场作业时，可能会出现工人人数过多、材料和设备存放不当、操作方式不当等问题，导致安全隐患增加。

2 BIM 技术在超高层复杂钢结构施工中的应用

2.1 基于BIM的复杂节点深化技术

超高层复杂节点深化技术是通过对超高层钢结构节点进行全面深化设计和模拟，以实现结构的高效施工。该技术将钢结构设计、模拟和施工各个阶段的信息集成到一个共享的BIM 模型中，实现了设计与施工的无缝衔接，确保施工方案的可行性，并降低了建筑的总体风险。

基于BIM 的复杂节点深化技术中，设计人员可以在建立的BIM 模型中对节点进行分析，确定节点的力学特性以及节点间的协调性。随后，通过BIM 软件中的参数化设计功能，对节点的细节进行优化设计，例如调整节点的尺寸、构件连接方式和构件材料等，以满足节点的设计要求。在进行节点深化设计时，BIM 技术还可以实现多专业协同。通过将结构、机电、管道等专业的模型进行整合，设计人员可以在一个模型中完成各专业之间的协调设计，避免各专业之间的冲突和重复设计，从而提高设计效率和准确性。此外，BIM 技术还可以实现节点模型的可视化展示，以便设计人员进行模型评审和沟通。同时，BIM 模型可以与其它模拟软件进行集成，例如风荷载模拟、地震模拟等，从而进一步验证节点设计的可行性。

BIM 技术的应用可以将复杂节点的设计过程直观化、可视化，使得设计者和施工方在协作过程中能够更好地沟通，更快地发现和解决问题。通过BIM 模型，设计者和施工方可以在虚拟环境中对节点进行分析和优化，找到合适的解决方案。在施工现场，施工人员可以通过BIM模型进行3D定位和数据交流，实现精确的节点定位和构件拼装，避免人为因素和施工错误的影响。此外，BIM 技术的应用还可以降低建筑项目的成本和风险。由于节点深化设计的精准性和准确性，可以大大降低施工中出现错误的风险，减少材料浪费和重复施工。此外，BIM 技术还可以在施工前通过虚拟建模和仿真，预先发现和解决潜在的问题，降低工程变更和延误的成本，实现工程的精准管理和控制。

2.2 基于BIM的复杂钢结构碰撞分析

BIM 技术可以有效地进行超高层钢结构与其它结构的碰撞分析，以减少施工中的安全隐患和优化工程进度。具体来说，BIM 技术可以将不同专业的设计数据集成到同一个三维模型中，通过模型的协同作用，实现不同构件之间的实时碰撞检测。在模型中，可以根据不同的视角和时间点进行模拟，以便更好地观察碰撞问题的发生情况。在实际应用中，BIM 技术可以对超高层钢结构的构件进行几何建模，并将建模数据与其它建筑元素进行整合，包括建筑物外围轮廓、电梯、管道、机械设备等。这样可以在设计和施工过程中，实现各个专业之间的信息交互和协同，保证构件之间的相互匹配和正确安装，从而减少碰撞和错误。

基于BIM 技术的超高层钢结构碰撞分析技术主要是为了避免在施工过程中出现各种碰撞和冲突问题。在超高层钢结构的施工中，钢结构构件密集，且各种管线、设备等专业的布置也很复杂，不同专业之间需要进行密切的协调配合，否则就会出现各种碰撞问题。在传统的施工模式中，通常需要在施工现场进行人工检查和调整，但是由于超高层钢结构的特殊性，人工检查和调整的难度很大，而且也很容易出现漏检和误检等问题，因此需要采用一种高效、精准的碰撞分析技术来解决这一问题。

2.3 基于BIM的复杂钢结构安装技术

BIM 技术可以帮助设计师对超高层钢结构进行数字化建模，使得设计、施工、监理、质量检测等各个环节都能够精准、高效地进行。首先，在超高层钢结构安装前，BIM 技术可以进行数字化预装、模拟施工等，有效地规避安全风险和减少材料的浪费。其次，BIM 技术可以对钢结构构件的准确位置、尺寸、数量等信息进行管理和监控，实现精准的施工进度控制和资源协调，可以帮助施工人员在工程现场进行实时监测和信息更新，进一步提高施工的准确性和安全性。

基于BIM 技术的超高层钢结构安装技术以对施工现场进行数字化建模和规划，提高施工的精确度和安全性。其次，BIM 技术可以实现数据的共享和交互，促进多专业间的协作和交流，有效避免施工过程中的错误和矛盾。此外，BIM 技术可以实现信息的实时更新和监控，提高施工进度的准确性和可控性。最后，BIM 技术可以在安装过程中进行碰撞检测和预装，提高钢结构构件的准确安装率，节约材料和成本。

2.4 基于BIM的复杂钢结构智能验收技术

超高层复杂钢结构在建造过程中，由于节点多、形状复杂、钢材规格大等因素，传统的验收方法存在许多缺陷，如周期长、难以实现精度控制、数据不够全面等。针对这些问题，基于BIM 技术的超高层复杂钢结构智能验收技术应运而生，该技术利用数字化技术提高验收效率和精度，进一步提高超高层钢结构建筑的质量与安全。

基于BIM 技术的超高层复杂钢结构智能验收技术主要包括三个方面：数据采集、数据分析、数据可视化展示。数据采集包括利用激光扫描、三维扫描仪、无人机等设备采集实际建筑物的数据，包括建筑物外部、内部结构和设备等方面的数据。数据分析则是通过数学和统计学方法对数据进行分类、筛选、比对等分析，从而判断超高层复杂钢结构的质量和安全性，如钢材的几何尺寸是否符合标准、节点的连接是否牢固等。数据可视化展示则是将数据以图形、表格等形式呈现，方便工程师、建筑师等人员对数据进行快速分析和理解。

与传统的验收方法相比，基于BIM 技术的超高层复杂钢结构智能验收技术通过数字化技术采集数据，不仅大大提高了验收效率，而且能够实现对数据的精确控制，有效降低了数据的误差。其次，利用数据分析方法，能够更全面地评估超高层复杂钢结构的质量和安全性，检测潜在的缺陷，提高了验收的准确性和全面性。最后，数据可视化展示，使数据更加直观化和易于理解，提高了验收人员对数据的感知和分析能力。

3 结论

本文研究了基于BIM 技术的超高层复杂钢结构施工技术。通过对超高层复杂钢结构施工过程中的难点和风险进行分析，提出了基于BIM 技术的多项解决方案。

首先，针对超高层钢结构复杂节点精度要求高、安装难度大的问题，本文提出了基于BIM 技术的复杂节点深化技术，通过数字化建模和多学科协同，实现复杂节点设计的优化和精细化。其次，针对超高层钢结构多专业交叉施工安全风险大的问题，本文提出了基于BIM 技术的碰撞分析技术，通过对各专业模型进行数字化模拟，有效预测和消除碰撞风险。此外，本文还提出了基于BIM 技术的安装技术和智能验收技术，通过数字化建模、全程跟踪和数据分析等手段，实现施工全过程的优化和智能化。实践证明，采用基于BIM 技术的超高层复杂钢结构施工技术，可以提高施工效率，减少误差，降低安全风险，提高工程质量，节约资源，为超高层钢结构施工提供了新的思路和方法。