BIM技术在中国尊建筑工程施工中的应用研究

 高  成  赵学鑫  高世昌  郭泰源  李鹏宇

 （中建钢构有限公司，北京  100026）

摘  要：针对工程工期紧、时间短、任务重、技术要求高以及现场施工场地狭小等重、难点，结合建筑行业的未来趋势，运用BIM相关软件对中国尊建筑工程建立三维可视化模型，对深化设计、施工过程进行4D模拟及钢结构辅助施工进行分析。基于BIM技术的应用，提出了BIM工程管理的组织架构。BIM技术在该超高层建筑工程中成功运用，提高了生产效率，缩短了工期，并节约了成本。

关键词：趋势；建筑信息模型；超高层建筑；成本  DOI:10. 13206/j.gjg201606020

 建筑信息模型( Building Information Model-ing，简称BIM)，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础，建立建筑模型，并通过数字信息来仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，是应用于建筑业信息技术发展到今天的必然产物。BIM技术本身具有三维可视化程度高，数据储存兼容性好，信息整合能力强等特点，它促进了建筑信息一体化的跨越

式发展，是建筑企业实现项目精细化管理与企业集约化管理的重要支撑，是行业走向绿色低碳、智慧制造的必由之路。

 在BIM飞速发展的大背景下，国内的建筑施工企业迎来了新的机遇与挑战，全国各地的新建地标性建筑均局部或全部应用BIM技术，同时住建部、上海市政府、北京质量监局与规划委、广东省住建厅等在2014年纷纷发文，明确提出要重点推广BIM技术应用，有些城市进一步给出了关于如何推广的具体指导意见。

 借此良机，结合北京BIM技术的创新环境，本超高层建筑建立了项目BIM工程管理的组织架构，探索了其在工程施工中的优势所在。

1  工程概况

 工程位于北京朝阳区东三环商务中心区CBD核心区中轴线，东至金和东路，南至规划绿地，西至金和路，北至光华路。项目总建筑面积43.7万m2，地上建筑面积约35万m2，地下约8.7万m2，建筑高度528 m，地上108层，地下7层，基础埋深37.3 m。该工程是一栋集甲级写字楼、高端商业及观光等功能于一身的超高层建筑。215地块项目布置如图1所示。

 工程结构形式为巨型框架+型钢混凝土核心筒结构体系，巨型框架由巨柱、转换桁架、巨型斜撑和重力柱组成，核心筒由钢板剪力墙、钢暗柱、钢暗梁、钢楼梯、阻尼器组成，总用钢量约12万t。整体结构概况如图2所示。

2  工程施工重、难点

2.1  工期紧、任务重

 该超高层建筑工程施工投入的人力、物力、财力和技术设备数量巨大，作为特大型项目，需确保获得北京市长城杯金奖和鲁班奖。钢结构工程结构体量大，结构复杂，安装难度大，工期短，仅36个月完成结构封顶，平均7d完成一层，技术要求高。

 在施工过程中，设计单位的设计变更多，图纸量大，如何在较短的工期内，减少设计变更带来的经济损失和工期延误，并保证工程质量成为项目部最大的难题。

2.2  狭小场地平面组织及协调管理

 215地块项目空间狭小，地下施工时基坑北侧的光华路无法使用，对构件的进场安排、施工阶段的堆场规划与布置成为项目部考虑的重点。项目的现场实地拍摄，如图3所示。

3  BIM技术的应用

3.1  钢结构三维模型构建

 BIM技术的发展，让工程师不必局限在传统的二维图纸设计，而是利用现有的建模信息建立建筑物的三维参数化模型，进而利用模型的可视化功能指导现场的施工。传统的二维施工图不能快速地反映建筑结构的空间几何关系和各专业交叉工作的影响情况。通过建立建筑物的BIM模型，使钢结构的构件尺寸、位置与土建、机电、幕墙等专业的关系能在模型中清晰地表达出来，从而对模型进行各种模拟分析，实现BIM技术的应用。

3.2  钢平台设计方案

 项目部考虑到现场空间狭小，堆料场安排受限的情况，进行了多次方案论证，利用BIM建立了钢平台的三维模型，对行车路线、人行路线、堆场划分以及机械设备安置都有明确规划。钢平台BIM模型如图4所示。

 经专家论证，确定了钢平台的设计标准和施工区域，满足了工程的实际需求。钢平台现场实际情况如图5所示。

3.3  钢结构深化设计

 在钢结构的深化设计过程中，传统的二维图纸在细节问题上无法做到预先解决，只能等到现场发生问题后才提出变更的方案，这样既耗费工期又产生经济损失。然而，BIM的应用可以给出良好的解决方案，通过将现有的模型进行合并，并进行碰撞检查，发现设计缺陷和漏洞从而及时修改模型，进行合理的深化设计。

 工程中，应用BIM模型解决了大量的碰撞问题，也解决了交叉作业中出现的问题，减少现场施工的错误，大大缩短了工期。钢梁连接处的碰撞检查如图6所示。

3.4  钢结构4D施工模拟

 在传统的工程进度中，大多采用横道图对进度的实际情况进行掌控，虽然直观但是工序之间的逻辑关系不易表达清楚，同时没有通过进度计划时间参数计算，不能确定关键工作和关键路线，计划调整时的工作量较大，难以适应进度计划系统。

 而BIM模型快速解决了这些问题，将已建好的三维模型导入Navisworks中，对关键工作进行施工顺序模拟，变更过程只需要直接移动位置或调整参数的开启和关闭便可达到所需要的施工效果，并以动画的形式展现出来，易于理解和沟通，从而优化安装细节。BIM整体施工模型如图7所示。

3.5  钢结构辅助施工

3.5.1  钢板墙施工顺序

 工程的钢板墙施工分为4个区，每个区域的钢板墙在安装过程中会影响其他钢板墙的安装位置，这样就需要在吊装之前确定好施工顺序。

 BIM模型根据现场的实际情况，按照需求生成的动画可以直观地表达钢板墙的整体施工流程，确保了施工安装的进度计划。

3.5.2辅助交底

 传统的施工技术、安全交底都是管理人员直接按图纸给施工人员进行讲解，难免在交流过程中造成理解错误，导致发生施工差错。

 通过BIM模型向施工人员交底，便于施工人员直观地领悟到交底的意图，减少了错误的发生。

3.5.3焊缝统计

 钢结构工程不同于其他土建、机电、幕墙等专业，它包含两大部分：安装和焊接。焊缝长度的计算较为复杂，传统的二维图纸焊缝长度累加将会耗费大量的人力和时间，而取得的效果却很差。

 BIM模型可以在电脑上直接得到累加的数据，并能很好地区分不同位置的薄板和厚板，更快获取所需数据。

3.5.4异型件验收

 构件进场验收是金曲结构施工的首要关口，构件尺寸是否标准决定了构件安装和焊接的质量，传统的构件都是现场直接按图测量，较为容易。该工程中，桁架层的构件大多都是异型构件，多角度变换，在深化图纸上不能直接查看构件的尺寸。

 而BIM模型是三维参数化模型，空间测量是其最大的优势，量取的位置可自由选择，这样为监理和总包的验收工作带来了巨大的便利和实用性，确保了异型构件的进场验收质量。

4 BIM组织架构

 特大型工程需要建立良好的工程管理组织架构来满足项目BIM工作的开展，进而达到BIM技术的广泛应用。按照实际需求，对项目BIM整体概况进行深入研究，制定了相应的组织架构，如图8所示，取得良好效果，提高了现场的生产效率，缩短了工期，节约了成本。

 BIM工作分为BIM深化设计、模型整合协调、进度及节点管理和信息维护等4大方面，项目设有BIM总负责人，专门指导BIM团队的工作，下设一个BIM协调负责人，负责组织协调项目BIM团队开展有效的工作。

 BIM深化设计是运用三维参数化模型进行可视化分析，发现钢结构相关问题并及时沟通设计方，及时修改模型，减少不必要的返工。

 模型整合协调是将修改好的钢结构模型和其余各专业模型合并，进行碰撞分析，解决各专业之间存在的问题，减少现场施工的相互影响。

 进度及节点管理是项目按照自身实际情况进行关键节点和关键工艺的施工模拟，对工期的进度预先了解，保证进度有条不紊的实施。

 信息维护是BIM技术的后期管理，所有的信息都可以在BIM模型砷查询，方便竣工验收工作和未来的物业维护，确保了BIM技术给业主带来的延续性便利，使业主的投资成本达到收益率最大化。

5  结束语

 项目部创新性地将BIM技术应用到钢结构领域，运用Tekla、Revit，Navisworks等软件成功建立了建筑钢结构模型，对工程进行可视化分析、钢平台设计、钢梁的深化设计、钢结构施工模拟分析、碰撞分析和辅助交底等，甚至在质量方面寻求了突破，成功地运用到焊缝统计和异形构件的进场验收工作，成为工程项目中的亮点，不仅优化了部分施工方案，缩短了工期，也降低了工程成本，效果显著。

 根据项目部提出的BIM工程管理组织架构，更加扎实了BIM技术工作的开展和落实，做到“凡事有依据，信息全共享”的创新管理思路。总之，BIM在超高层建筑工程钢结构领域的应用还处于起步的初级阶段，未来的每一步还需要更多的BIM技术人员不断地创新，不断地在实际工程中寻求发展。