BIM技术在高层建筑结构施工中的应用分析

2020-02-28王云杰山东鼎元芳华工程项目管理有限公司

门窗 2020年11期

李艳王云杰山东鼎元芳华工程项目管理有限公司

1 BIM技术的概念及其在建筑结构设计中的发展现状

1.1 BIM技术的概念

BIM技术为建筑信息模型的简称，主要是一种以现代化信息技术为基础的软件工具，其具有大量功能，例如协调性、可出图性等，在建筑结构设计工作中可以对建筑信息资源进行收集与处理，并利用计算机技术将设计图纸转变为三维模型，对其进行参数设计。与此同时，BIM技术可以对建筑结构设计图纸的可实施性进行检查，也可以验证建筑结构设计中漏洞存在的情况，还可以对数据进行实时的调整，确保减少建筑施工过程中发生反复施工与重复施工的情况，以推动后续建设项目的顺利进行，减少建设项目成本。

1.2 BIM技术的发展现状

虽然BIM技术在我国建筑行业中具有十分广阔的发展空间，但是BIM技术的发展存在一定问题，例如建筑企业并没有对统一的建筑模型数据进行使用，使建筑施工会出现重复与浪费模型的现象，与此同时，各建筑企业为追逐经济利益，很难形成统一的标准。此外，在我国建筑行业中并没有广泛应用BIM技术，使BIM技术的应用范围较小，建筑设计工作人员只是应用BIM技术的软件建模，未能对其进行深入的理解与应用。BIM技术不仅是一项技术，也是一种设计理念，如果建设项目未对统一的建筑模型标准进行使用，会使各个环节之间的模型交互数据不够明确，甚至会发生多次返工返修的情况，从而使建设项目的施工工期被延长。

2 BIM技术概述及其主要功能

现代建筑工程项目是一项复杂的建筑工程综合体，它涉及到多个环节不同施工内容，同时在建筑工程施工过程中根据不同的施工项目存在多个施工参与者进行参与，这一工程实际情况使得建筑工程造价管理工作在信息处理上变得复杂起来。BIM技术的核心在于信息处理，它是一种以计算机技术和信息技术为基础的可视化建筑信息模型，通过利用统计学、几何学、建筑工程学等多种学科技术将建筑工程整体信息、施工操作工序、施工技术等多方面因素进行集中整合处理，并以数字模型的形式呈现出来，便于为相关建筑工程设计及施工管理人员提供清晰、准确的数据参考。在实际建筑结构设计过程中，BIM技术的主要功能大致分为以下几个层面的内容：一是设计图纸可修改功能。基于BIM技术应用下的建筑结构图纸，其所有的设计信息都是在建筑模型基础之上生成得出的。通过这种形式设计出来的结构图纸，在后期应用过程中在出现修改的情况时，设计人员只需要根据实际需要对某一数据信息进行修改，基于BIM技术下的整体图纸设计系统就会根据数据的变更自主的完善其他数据参数的匹配和修正，因此能够大大降低设计人员的图纸修改和数据修正工作量，从而有效降低工作负担。除了数据信息的自动修改，基于BIM技术应用下的图纸设计也具有自动修改的功能，其在减少设计人员工作量方面有着积极的促进作用，有助于设计人员将精力更好的兼顾把控全局和细部优化，通过BIM技术的自动数据比对和修正功能，得出最优的设计数据及方案，从而为后期施工质量的提升奠定良好的基础。二是设计数据信息化功能。BIM技术是一种基于现代化信息技术的应用工具，其核心内容就是信息。相较于传统形式的建筑结构设计过程，BIM技术背景下的工程设计具有可携带信息的特点。基于这种应用的背景，可以将BIM技术模型作为建筑工程设计的数据库使用，在建筑结构设计过程中的所需信息都可以从此数据库中进行查询，借助各种数据之间的有效关联，还可以获取最佳配置的数据信息。因此，在设计实践的应用过程中，设计人员在需要调取某一方面的数据信息时只需要点击特定的点，就可以获知全面的信息内容，大大提高了信息的获取效率，同时也能够迅速掌握相关的关联信息，提高获取信息的全面性。这种工作模式下的建筑结构设计过程可以帮助设计人员在最短的时间内获取系统的数据信息，有效避免了由于人工记录和输出数据时存在误差的情况，从而有效提升建筑设计的准确性和可靠性。三是工程结构设计一体化功能。基于BIM技术设计下的建筑工程结构模型，不仅可以直观地体现出建筑工程的外观特征，同时可以借助信息化技术的支持，将工程项目中的光源、热能传导以及相关材质信息的属性等内容具体的表现出来，便于相关设计和施工人员对工程项目的相关综合信息进行科学全面的掌握。BIM技术下的建筑模型是一种将建筑工程相关的各种信息进行综合汇总表现的设计过程，它不仅可以从建筑设计需要的角度对建筑结构的安全性进行科学的评估，同时可以从舒适性、光源以建筑节能等各个角度对建筑设计进行综合性的评估，从而达到提升建筑结构设计优化的目的。与此同时，BIM不仅具备CAD设计的基础功能，同时可以通过技术渲染完成建筑模型整体的渲染过程，借助设计软件系统的分析和处理功能，实现建筑结构设计出图、计算以及整体渲染的一体化目标。

3 BIM技术在高层建筑结构施工中的应用

3.1 三维碰撞检查（冲突检测分析）

高层建筑建设中管线布置复杂，设计人员在设计阶段进行电力电路、通信线路等大量管线的布设过程中，由于2D图纸往往不能全面反映个体、各专业、各系统之间的碰撞可能，经常会存在一些构件碰撞问题。因此，可以利用BIM技术进行碰撞检查，优化工程设计方案，减少乃至消除因设计原因造成的返工问题。利用BIM技术的碰撞检查功能进行冲突检测分析后，施工人员可得到优化后的3D结构方案，并根据3D结构方案进行施工模拟，可有效地提高施工质量。

3.2 模拟施工

由于高层建筑结构施工工程量大、工序多，故在实际施工中会出现各种各样的突发状况。BIM技术提供的虚拟施工平台可以在计算机上模拟整个建筑施工过程，减少施工中突发状况的发生。虚拟施工模型可以通过输入该工程实际数据信息资料进行整个施工过程的模拟以及施工方案的优化等。模拟施工可以及时发现设计错误，对设计图纸中存在的错误及时更正。并且，施工过程中存在着各种各样的风险，模拟施工可以对这些风险进行对比分析，确定采用不同施工方案的可行性，并且确定各方案的模拟施工周期。同时，在模拟施工的过程中，可以发现建筑施工过程中可能存在的质量和安全问题，减少施工过程中的突发状况，更好地促进施工的顺利开展。因此，BIM技术的虚拟施工应用使专业人员对施工现场和施工进度有了更全面的把控，更有利于施工质量和施工进度的保障。

3.3 4D施工模拟

随着建筑工程规模的扩大，施工项目管理变得越来越复杂。而建筑工程施工本身就一直处于一个动态变化的过程，任一环节出现问题，都只能重来，这样不仅会浪费材料和人力资源，还会对施工质量和安全产生很大的影响。高层建筑的施工项目管理就尤其复杂，而BIM技术提供的4D施工模拟技术将3D立体化模型与施工进度相链接，建立4D施工信息模型，即根据施工组织设计来进行模拟，通过模拟来确定最佳施工方案，实现工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理，使各个环节的施工进度安全、有效地得到保障，使施工项目管理由复杂变得简单、有序。

3.4 BIM技术在建筑结构设计中的应用难点

BIM技术在建筑工程结构设计中的应用主要是通过系统将所需要的模型发送到分析软件中去，然后利用特定的算法将建筑结构的设计信息进行计算，同时根据设计人员输入的相关指令生成动态的图纸和结构模型。在这一过程中，为了能够有效提升结构设计的准确性和合理性，需要相关设计人员对模型空间整体的真实性和BIM系统的物理建模能力进行综合的考虑。建筑结构的安全性是整个设计过程中首要考虑因素，由于建筑工程设计包含的内容范围较广，加上施工材料自身力学特征、荷载组合等内容都会对整体结构的安全性造成影响，因此在BIM设计应用过程中设计人员需要面对各种复杂的数据参数。除此之外，由于BIM模型的本质是物理模型、建筑结构分析模型以及施工图文的完全数据模型，在实际设计过程中只有采用完全符合标准或者相对较为简单结构构件才能实现上述多种数据模型之间的双向对接，一旦建筑结构的构建在整体设上没有达到相关规范要求，势必会导致其计算过程中出现数据丢失的情况。基于此，在BIM技术的实践应用过程中需要设计人员密切关注这一问题，不断优化物理模型和结构分析模型之间的双向对接问题，促进整体建筑结构设计质量的提升。

3.5 主体结构受力复核

复杂的建筑结构对建筑结构设计技术要求更高，尤其是建筑结构中的主体结构受力复核方面。以某高层建筑为例，要将两栋塔楼连成一个整体，在塔楼间采取高区位、中区位与低区位进行三道楼体连接，其中高区连体部分一共四层，最高点与地面间距离175m，中区位置连体四层，最高点与地面间距离125m。因楼体高度不符合标准，很难进行施工。此时应用BIM技术，降低了三道连体的施工项目难度，进而使工程顺利开展。BIM技术能专业模拟工程建设中的起吊过程，先对高区进行模拟，尔后模拟下2层位置，采用塔式起重机安装上2层。模拟中区时，先在地面初步拼接，拼接完成再进行起吊工作。确定以上所有方案后，利用BIM技术全面统计起吊点荷载，分析统计的数据结构，确保无误再向设计院提交，BIM技术的运用为主体结构受力复核提供了一定支持与参考数据。