BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用研究

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)論文BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用研究隨著社會的不斷發(fā)展，人們對建筑物的要求越來越高，超高層建筑紛紛出現(xiàn)在大中型城市的各個角落。超高層建筑具有結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜性、功能多樣性、體型龐大等特點，傳統(tǒng)建筑的施工技術(shù)早已滿足不了現(xiàn)代超高層建筑的建設(shè)要求。而BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，更好地解決了超高層建筑建設(shè)出現(xiàn)的各種問題，為超高層建筑建設(shè)提供便利，使得建設(shè)人員對建設(shè)的全過程進(jìn)行控制，保證建筑設(shè)計方案安全有效地實施。本文通過查閱大量文獻(xiàn)，對BIM技術(shù)和超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析BIM技術(shù)在珠海某超高層建筑項目的應(yīng)用情況。珠海某項目在基坑施工、核心筒混凝土施工、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、垂直運輸?shù)确矫胬肂IM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，管線碰撞檢查、深化設(shè)計，讓超高層建筑施工在BIM技術(shù)的實施下變得更加高效，從而減少返工現(xiàn)象，節(jié)約成本，減少工期。關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)超高層建筑BIM應(yīng)用AbstractWiththecontinuousdevelopmentofsociety,people'sdemandsonbuildingsareincreasing,andinallcornersoflargeandmedium-sizedcities,super-high-risebuildingshaveemerged.Thestate-of-the-artbuildinghasthecharacteristicsofthecomplexityofstructuraldesign,Theconstructiontechnologyofthetraditionalbuildingcannotmeettherequirementsofthemodernhigh-riseforalongtime.ThepromotionandapplicationofBIMTechnologycanbettersolveallkindsofproblemsinsuperhigh-risebuildingconstruction,provideconvenienceforsuperhigh-risebuildingconstruction,makeconstructionpersonnelcontrolthewholeprocessofconstruction,andensurethesafeandeffectiveimplementationofarchitecturaldesignscheme.ThispaperstudiesBIMTechnologyandsuperhigh-risebuildingstructure,andanalyzestheapplicationofBIMTechnologyinasuperhigh-risebuildingprojectinZhuhai.AprojectinZhuhaiusesBIMTechnologyforconstructionsimulationinfoundationpitconstruction,coretubeconcreteconstruction,steelstructuredesign,verticaltransportation,pipelinecollisioninspectionandin-depthdesign,sothattheconstructionofsuperhigh-risebuildingsbecomesmoreefficientundertheimplementationofBIMTechnology,soastoreducethereturntowork,savecostsandreducetheconstructionperiod.Keywords:BIMtechnologysuperhigh-risebuildingsBIMapplication目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章諸論 11.1研究背景 11.2研究意義及目的 21.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.4研究的方法 4本章小結(jié) 5第二章相關(guān)定義概述 62.1BIM 62.2超高層建筑 6本章小結(jié) 6第三章超高層建筑的施工難點及BIM應(yīng)用情況 73.1我國超高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀 73.2超高層建筑的特點和施工難點 83.3BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用研究 9本章小結(jié) 13第四章案例分析 144.1工程項目概況 144.2工程特點及施工難點 144.3BIM技術(shù)在A項目的應(yīng)用 154.4案例總結(jié) 18本章小結(jié) 19第五章結(jié)論與展望 205.1結(jié)論 205.2展望 20參考文獻(xiàn) 21致謝 22附件：…… 23第一章諸論1.1研究背景隨著我國城鎮(zhèn)化率越來越高，加上一帶一路的推進(jìn)，我國建筑市場的發(fā)展空間急劇擴張，建筑行業(yè)競爭較為激烈。與此同時，社會對建筑技術(shù)的工藝和節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求，建筑施工技術(shù)也發(fā)生了天翻地覆變化。傳統(tǒng)的建筑技術(shù)難以緊跟建筑信息化的步伐，因此促進(jìn)了BIM技術(shù)、新能源材料、綠色節(jié)能建筑、裝配式建筑等建筑理念和技術(shù)在我國推廣及應(yīng)用。BIM技術(shù)的才有機會出現(xiàn)在建筑行業(yè)，越來越多地被應(yīng)用于建造的各階段。建設(shè)項目正在向大型化，規(guī)?；?，復(fù)雜化發(fā)展，超高層建筑也越來越受大城市的喜愛在建筑行業(yè)中占比越來越高。超高層建筑的興建不僅解決了大城市地少人多的問題，也為大城市創(chuàng)造一些獨特造型的地標(biāo)性建筑，將人類的生存空間的欲望向上開發(fā)和利用，緩解了住房緊張的局面?，F(xiàn)代建筑不拘泥于居住形式，人們追求的是復(fù)雜抽象的建筑設(shè)計理念，而超高層建筑是最具代表的現(xiàn)代建筑理念，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀形象、超然的建筑高度，比普通建筑的建設(shè)要求高得多，對傳統(tǒng)的施工工藝技術(shù)來來說，是一個巨大的挑戰(zhàn)。各參加建設(shè)的單位之間在超高層建筑的建設(shè)中溝通協(xié)調(diào)效率十分低，給施工管理帶來諸多不便。BIM不只是建筑模型，它也是一種管理工具，集操作可視化、數(shù)據(jù)共享、施工仿真模擬、動態(tài)管理等特點。BIM技術(shù)的核心理念是工作效率，給建設(shè)單位帶來的經(jīng)濟效益是傳統(tǒng)施工方式不可比擬的。BIM模型可以提前模擬建筑施工所經(jīng)過的各個階段，來反饋真實施工所出現(xiàn)的問題，讓施工單位提前對模型進(jìn)行修改，減少返工，提高效率。在超高層建筑建設(shè)過程中，BIM技術(shù)可以提前對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，將施工過程存在的問題找出來，并通過溝通協(xié)調(diào)，對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，便于施工管理人員管理現(xiàn)場施工。超高層建筑的管線可利用面積少，分布密集。建立BIM模型對各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢測和優(yōu)化綜合布置，通過在模型上多次檢測和完善施工圖紙，通過審批后就可以下發(fā)讓各個單位開始施工建設(shè)。在超高層建筑施工過程中借助BIM技術(shù)，對圖紙進(jìn)行深化設(shè)計，變更信息，建立協(xié)同工作環(huán)境，使管理層次明確，各個參建方可以在線上進(jìn)行有效交流，從而提高效率。在超高層建筑施工中應(yīng)用BIM技術(shù)讓管理組織工作更加高效，減少施工溝通障礙。更重要的是還可以模擬施工，精確計劃，減少資源浪費。中國作為全世界工程建設(shè)最活躍，工程量最多的國家，但是從事BIM相關(guān)工作的技術(shù)人員并不多。為了順應(yīng)信息化時代的發(fā)展，緊跟世界建筑潮流的腳步，我國已有部分城市規(guī)定大型建筑工程設(shè)計和施工過程，必須應(yīng)用BIM技術(shù)；在項目招標(biāo)中，越來越多的業(yè)主要求利用BIM技術(shù)來進(jìn)行投標(biāo)；部分大的設(shè)計院已經(jīng)開始用BIM模型直接出圖，而不是CAD，大大提高了設(shè)計效率，由此可見BIM技術(shù)在建筑設(shè)計施工中應(yīng)用已成必然趨勢。對建筑行業(yè)來說，既是機遇也是挑戰(zhàn)。鑒于以上分析，本文決定對BIM技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用展開研究。1.2研究意義及目的超高層建筑具有超強的剛度和抗震能力，施工單位在施工過程中要處理大量的信息，對施工單位的綜合能力要求非常高，使得超高層建筑施工對施工工藝技術(shù)要求頗高。由于超高層建筑建設(shè)周期短，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從施工開始到竣工驗收過程中面臨的不確定因素非常多，導(dǎo)致管理人員不能有效處理，導(dǎo)致施工返工、材料浪費、圖紙變更等現(xiàn)象。以上的問題都可以通過BIM技術(shù)來解決。本文分析了超高層建筑施工中存在的問題和特點進(jìn)行介紹，并對實際存在的問題提出解決方法。分析BIM技術(shù)在超高層建筑基坑施工、核心筒混凝土施工、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、垂直運輸?shù)确矫鎽?yīng)用，對BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用和推廣有重要的意義。希望本次研究能為超高層建筑的建設(shè)單位提供BIM技術(shù)借鑒。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀BIM可以給建筑行業(yè)注入新鮮血液，讓建筑行業(yè)進(jìn)入第二次大改革，被無數(shù)建筑企業(yè)瘋狂推廣應(yīng)用。而BIM理論的產(chǎn)生到正式公開使用，經(jīng)歷了一段非常長的時期。BIM的發(fā)展過程如圖1.1所示。1962年，美國麻省理工學(xué)院的艾爾薩塞蘭在他的博士論文中，開發(fā)了“S1962年，美國麻省理工學(xué)院的艾爾薩塞蘭在他的博士論文中，開發(fā)了“Sketchpad”系統(tǒng)，首先開創(chuàng)了建筑與計算機交互的先例。1975年，BIM之父-查克.伊士曼，借鑒制造產(chǎn)品模型，提出“BuildingDescriptionSystem”概念，建筑物也可以通過計算機智能模擬，這是BIM的起源思想。2002年，Autodesk公司的副總裁PhilBernrstein在國際建筑師協(xié)會上首次正式的提出了BIM概念，是第一次正式公開使用BIM時間。1982年，匈牙利ArchiCAD軟件發(fā)展，被認(rèn)為是BIM技術(shù)真正開始應(yīng)用時候。圖1.1BIM發(fā)展過程1.3.1國外的研究現(xiàn)狀美國是最早提出BIM概念的國家，也是BIM技術(shù)應(yīng)用最成熟的國家。2007年以后，得益于美國頒發(fā)得《BIM標(biāo)準(zhǔn)》，BIM發(fā)展速度直線上升，成為全世界BIM發(fā)展第一大國。從2009年BIM應(yīng)用率占總建設(shè)的16%增長到2013年的52%，四年間BIM應(yīng)用率增加了36個百分點。BIM作為建筑信息行業(yè)的排頭兵，為業(yè)主帶來的商業(yè)價值不可估量。BIM在美國政府示范和政策激勵下，BIM技術(shù)為美國GDP創(chuàng)造了價值超過800億美元。美國的BIM應(yīng)用指南一直在適應(yīng)市場，不斷更新。有了美國BIM應(yīng)用情況示范，一些發(fā)達(dá)國家紛紛效仿，歐洲、英國、日本、韓國等國家借鑒美國BIM標(biāo)準(zhǔn)，相繼推出符合本國建筑行業(yè)的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)BIM應(yīng)用軟件，國外BIM研究和應(yīng)用情況早已深入各個方面。為了完善建筑信息行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展BIM技術(shù)，國際非營利組織為了解決各種BIM技術(shù)軟件之間的格式兼容性，BuildingSMART制定了IFC標(biāo)準(zhǔn)，積極推進(jìn)BIM應(yīng)用。為了更好地了解國外BIM發(fā)展?fàn)顩r，列舉了一些典型國家BIM發(fā)展的時間節(jié)點。表1.1國外BIM發(fā)展時間節(jié)點美國1970s，BIM理念提出。2002年，Autodesk公司發(fā)表BIM白皮書，BIM在美國推廣2003年，美國聯(lián)邦總務(wù)署發(fā)起3D-4D-BIM計劃，要求其項目到2007年全面BIM化。2006年，CSI編制完成AEC萬用標(biāo)準(zhǔn)OmniClass。2007年，美國建筑科學(xué)院推出：美國BIM標(biāo)準(zhǔn)《NBIMS》第1版,推動美國BIM市場，為BIM提供標(biāo)準(zhǔn)支持。2012年，推出《NBIMS》第2版，所有項目招標(biāo)、發(fā)包和提交必須使用美國BIM標(biāo)準(zhǔn)。2015年，推出《NBIMS》第3版。2020年，在建設(shè)的全生命周期必須全部應(yīng)用BIM。英國1987年，成立BPIC（建設(shè)項目信息委員會）。1979年，英國BIM標(biāo)準(zhǔn)Uniclass發(fā)表。2007年，推出BIM實用指南。2011年英國政府發(fā)表BIM白皮書《政府建設(shè)戰(zhàn)略。》2013年，推出《PAS1192-2標(biāo)準(zhǔn)》。2015年，提出“英國數(shù)字建筑戰(zhàn)略”-BIM3級戰(zhàn)略計劃。2018年，英國權(quán)威發(fā)布《NBS國家BIM2017報告》，報告指出，72%的調(diào)查對象相信BIM可以節(jié)省成本，65%認(rèn)為BIM有助于提高效率，縮短工期。日本1990s，開發(fā)一系列BIM軟件，主流產(chǎn)品CADEWA軟件一直在發(fā)展，現(xiàn)在為CADEWAReal2020。2008年，BIM應(yīng)用急速發(fā)展。2009年，日本的“BIM元年”，成立了專門研究BIM理論和標(biāo)準(zhǔn)制定的部門。2012年，發(fā)布BIM應(yīng)用指南《JLABIMGuideline》。2014年，日本交通局發(fā)布基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的《BIM導(dǎo)則》1.3.2國內(nèi)的研究現(xiàn)狀目前為止，國外的BIM應(yīng)用情況已趨成熟，但是國內(nèi)的BIM應(yīng)用才剛剛起步。國內(nèi)于2005年引進(jìn)BIM，國內(nèi)建筑行業(yè)逐漸接觸到BIM，被人們認(rèn)知，落后于許多國家。隨著國內(nèi)部分建筑應(yīng)用BIM技術(shù)的成果得到良好的反饋，直到2012年，國內(nèi)住建部發(fā)布正式開始制定中國BIM標(biāo)準(zhǔn)，特別是近幾年，為了推廣國內(nèi)BIM應(yīng)用，政府出臺了一系列BIM標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如表1.2所示，由此可見，國內(nèi)政府正在大力推廣BIM，加速BIM在我國的發(fā)展進(jìn)程。近十年來，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用成果非常好，大家開始拋棄傳統(tǒng)的建筑觀念，對BIM的認(rèn)識從“BIM是什么”過渡到了“BIM怎么用好”的階段。表1.2中國2012年-2019年發(fā)布的BIM標(biāo)準(zhǔn)2012年1月住建部發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)2012年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定修訂計劃的通知》，宣告了中國BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作的正式啟動2007年4月發(fā)布《建筑對象數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)》2016年9月發(fā)布了《2016－2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，相關(guān)部門應(yīng)加快推動信息技術(shù)與建筑業(yè)發(fā)展深度融合2016年12月發(fā)布了《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》2017年5月發(fā)布了《建筑信息模型施工應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》2017年10月發(fā)布了《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》2018年12月發(fā)布了《建筑信息模型設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》2019年5月發(fā)布了《制造工業(yè)工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》1.4研究的方法本研究主要采用了以下研究的方法：一是理論分析法：對BIM技術(shù)的理論進(jìn)行分析，結(jié)合實際狀況研究BIM應(yīng)用情況。二是文獻(xiàn)研究法：通過搜集和閱讀大量相關(guān)資料案例，結(jié)合超高層建筑施工的特點，采取有效措施對超高層建筑進(jìn)行建設(shè)。三是案例分析法：通過分析珠海某超高層建筑的BIM技術(shù)應(yīng)用，為建設(shè)單位攻克了超高層建設(shè)難題，使得A項目建筑施工順利完成，為BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用提供參考。本章小結(jié)本章講述了在城市快速發(fā)展的狀態(tài)下，超高層建筑已經(jīng)成為解決城市地少人多問題的建設(shè)目標(biāo)。為了確保超高層建筑的安全性和經(jīng)濟效益，BIM技術(shù)逐漸被更多的超高層建設(shè)單位推廣應(yīng)用，成為輔助超高層建筑施工的重要工具，為超高層建筑創(chuàng)造更高的商業(yè)價值。第二章相關(guān)定義概述2.1BIMBIM是建筑信息模型(BuildingInformationModeling)的英文縮寫，其主要是將建筑的所有資料和數(shù)據(jù)收錄到計算機里，用計算機把建筑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，形成一個模型。通過建立三維模型，準(zhǔn)確傳達(dá)業(yè)主設(shè)計理念，是體現(xiàn)設(shè)計理念的高級表達(dá)方式。BIM模型將工程所需要的信息，如圖紙、工程量清單、統(tǒng)計表格等數(shù)據(jù)分享傳遞給設(shè)計師和施工員使用。這些施工數(shù)據(jù)信息由BIM模型全部自動生成，無需經(jīng)歷繁瑣人工數(shù)據(jù)分析。BIM可以實時共享建筑資源，支持各職責(zé)間協(xié)同作業(yè)，是建筑行業(yè)最有效率，最省成本的工具。BIM的特點有：（1）操作的可視化：BIM技術(shù)的操作都是可以直接演示出來的，給人身臨其境的感覺，真實可靠。在BIM模型上可以直接將工程施工的每個步驟、各個參建方負(fù)責(zé)的工作內(nèi)容全部呈現(xiàn)出來。（2）信息的完備性：創(chuàng)建BIM模型時把工程項目的所有信息儲存到模型中，數(shù)據(jù)信息獲取方便快捷，只需打開BIM模型即可查看建筑數(shù)據(jù)。（3）信息的協(xié)調(diào)性：建筑數(shù)據(jù)具有關(guān)聯(lián)性，如有修改某一建筑數(shù)據(jù)的操作，其與修改數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的地方也會隨之調(diào)整修改，避免協(xié)調(diào)沖突、碰撞問題，合理安排施工計劃。2.2超高層建筑不同國家對建筑的分類方法不同，沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國中《民用建筑設(shè)計通則》GB50352-2005規(guī)定：建筑高度超過100m時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑，如表2.1所示。表2.1我國建筑高度類別低層建筑1-3層多層建筑4-6層中高層建筑7-9層高層建筑10層以上（24米以上）超高層建筑100米以上（40層以上）本章小結(jié)在這一張章中，通過借助查閱大量文獻(xiàn)，主要闡述了本文研究超高層建筑過程中所涉及的相關(guān)定義，為文章開展工作打好基礎(chǔ)。第三章超高層建筑的施工難點及BIM應(yīng)用情況3.1我國超高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀自改革開放以來，中國經(jīng)濟的增長速度驚人。在這個過程中，建設(shè)行業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟價值不容忽略，同時建筑行業(yè)的發(fā)展上升到一個新的階段-信息技術(shù)化建設(shè)。而其中最為突出的是，在城鎮(zhèn)化建設(shè)的過程中，為了解決大量農(nóng)民工涌入城市，辦公居住用地緊張的問題，超高層建筑的建設(shè)成為城市發(fā)展的主要建設(shè)。受國外超高層建設(shè)的影響，我國于20世紀(jì)初正式步入現(xiàn)代高層建設(shè)行列。當(dāng)時，我國缺乏超高層建設(shè)的經(jīng)驗和技術(shù)，京、浙、瀘等地的超高層建設(shè)不得不依靠引進(jìn)西方的先進(jìn)技術(shù)來建設(shè)的。我國高層建筑的建設(shè)一直處于積極探索狀態(tài)。直到1934年，上?，F(xiàn)存最久的飯店-ParkHotel落成，榮登亞洲高層建筑的榜首，34年后才被比下去。國際飯店的建成展示了我國多年探索高層建造技術(shù)的成果，建造水平提升快。而后，我國開始自己設(shè)計和建造高層建筑，20世紀(jì)70年代開始進(jìn)入超高層建筑的發(fā)展階段。隨著經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展，城市建設(shè)的可用土地急劇減少，商業(yè)住房用地緊張，土地問題迫在眉睫。自2000s以來，超高層建筑的發(fā)展突飛猛進(jìn)，特別是沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，增加了很多600m以上的超高層建筑。通過20年來對超高層建設(shè)的探討，我國超高層建筑的高度越來越高，展示出了“欲與天公試比高”的想法。截至2019年，世界排名前十的超高層建筑中，包括在建和已建的高樓，其中有5座是中國的，如表3.1所示，中國超高層建筑的建設(shè)水平已超國際水平，超高層建筑的建設(shè)施工水平列入世界先進(jìn)行列。通過CTBUH的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，CTBUH的年度報告顯示2019年全世界封頂?shù)某^300米的建筑有26座，其中包含中國天津周大福金融中心。中國超高層建筑是世界上最多的國家，這個記錄至今已經(jīng)連續(xù)24年無人打破。2019年完成的200米以上的建筑占總數(shù)的47.8%，如圖3.1所示，讓其他國家望塵莫及，當(dāng)之無愧被稱為世界高層建筑第一大國。表3.1世界排名前十的高層建筑排名建筑名稱高度/米狀態(tài)1哈利法塔828已建成2武漢綠地中心636在建3東京晴空塔634已建成4上海中心大廈632已建成5天津高銀117大廈621已建成6麥加皇家鐘塔飯店601已建成7平安國際金融大廈600已建成8樂天世界大廈556已建成9世界貿(mào)易中心一號樓541已建成10天津周大福金融中心530已建成圖3.1按國家分類的2019年完工的200米以上的建筑,來源于CTBUH3.2超高層建筑的特點和施工難點超高層建筑不斷挑戰(zhàn)工程的極限，為了建筑的安全性能，結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，在建設(shè)施工過程中需要用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和施工技術(shù)，并對施工技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，才能滿足業(yè)主的要求。超高層建筑工程量大，涉及的人員非常廣泛，建筑質(zhì)量要求非常高，施工管理人員必須嚴(yán)格監(jiān)督施工操作按規(guī)范進(jìn)行。超高層建筑工程量大，建設(shè)成本高。建筑成本與設(shè)計要求、材料和施工周期息息相關(guān)，建設(shè)成本一定要進(jìn)行詳細(xì)的剖析計算，讓投資成本損失降至最小。施工管理人員要監(jiān)督施工，跟緊施工進(jìn)度，制定科學(xué)有效的施工方案，確保人、材、機的飽和，降低投資風(fēng)險，爭取最大的效益。與普通建筑相比較，超高層建筑具有結(jié)構(gòu)超高，設(shè)計復(fù)雜，功能繁多等鮮明特點。具體如下：1、規(guī)模龐大，工期成本高。超高層建筑上方的建筑復(fù)雜，地基承受荷載大，地基工程量比普通建筑大。超高層建筑的體量龐大，，建設(shè)單位的資金壓力非常大，一旦工程稍有差錯導(dǎo)致工程延期，建設(shè)成本急劇增加，建設(shè)單位損失巨大。2、基礎(chǔ)埋置深，施工難度大。超高層建筑地下空間必須滿足人防面積和停車位的規(guī)定，而且地上建筑體系大，所以超高層建筑的基礎(chǔ)埋深較大，基坑開挖深度也隨之增加，相應(yīng)的土石方開挖工程量也增加。3、作業(yè)面積小，施工組織難度高。一般超高層建筑周圍都有建筑物，超高層建筑可作業(yè)的面積小。超高層建筑的施工設(shè)備大且多，空間限制導(dǎo)致協(xié)調(diào)組織管理難度大。為了后續(xù)超高層的建設(shè)能有足夠大的作業(yè)面，超高層建筑的特點都是低大高小，樓層低的建筑面積大，越往上面積越小。4、垂直運輸量大。超高層建筑建設(shè)所需的材料、設(shè)備、施工人員全部都要借助機械來上下，運輸流量巨大，且輸送距離高，垂直運輸機械的選擇有著舉足輕重的位置。垂直運輸方案的高速有效已成為影響施工速度的主要因素之一。5、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，材料設(shè)備來源廣。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高，技術(shù)要求嚴(yán)苛，為了建筑的性能和特點，業(yè)主往往采用當(dāng)今世界上最新的技術(shù)和材料。超高層建筑分工繁雜，承發(fā)包等各參與建設(shè)單位多，總承包管理和協(xié)調(diào)工作量大。6、梁柱焊接量大，鋼結(jié)構(gòu)跨度大。由于超高層建筑的四至跨度大，節(jié)點復(fù)雜，焊接技術(shù)高，普通的鋼結(jié)構(gòu)滿足不了超高層建筑的需求。超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)需要在BIM模型上把鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段處理，通過工廠預(yù)制大型鋼結(jié)構(gòu)后，再進(jìn)行吊裝、焊接，施工難度非常大。一般施工場地作業(yè)區(qū)狹小，環(huán)境復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工方案一直是超高層建筑的難題。7、管線系統(tǒng)復(fù)雜多變，設(shè)計困難。在超高層建筑中，管線復(fù)雜，機電設(shè)備多、功能齊全。所有樓層的設(shè)備、管線都用同一線路，管線規(guī)劃難度大，不利于機電安裝工程的施工管理。機電管線設(shè)置不合理導(dǎo)致返工影響施工進(jìn)度和施工成本。8、施工周期長，不可預(yù)見因素多。超高層建筑的單體工期大約要2~4年，一年四季，大風(fēng)、高溫、暴雨等天氣，這些突發(fā)情況是施工作業(yè)阻礙。特別是季節(jié)的變化，不同季節(jié)的施工技術(shù)也隨之變化，合理安排施工工序，才能將風(fēng)險降到最低，減少成本。正因為超高層建筑的施工難點非常多，對施工技術(shù)要求非常高，一旦施工過程中出現(xiàn)少許偏差，都有可能降低整個建筑的施工質(zhì)量，影響施工進(jìn)度。而BIM技術(shù)的應(yīng)用則可以提高超高層建筑的施工精度，大幅度減少上述問題的發(fā)生。3.3BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用研究在傳統(tǒng)的二維平面建筑施工設(shè)計圖紙上，施工人員很難發(fā)現(xiàn)管線碰撞，也很難判斷施工方案的可行性；而運用BIM模型，可以讓建筑設(shè)計圖生動形象地呈現(xiàn)在眼前，精確到每一個螺絲釘?shù)奈恢?。通過建立BIM模型，將超高層建筑項目的相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建設(shè)各方實時對超高層建筑工程項目的建設(shè)過程進(jìn)行模擬，找到施工過程遇到的各種問題，并對潛在問題進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在傳統(tǒng)施工技術(shù)中，建設(shè)潛在的問題和風(fēng)險，需要在施工中才被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致施工變更增多。BIM技術(shù)可以提前演示施工的每一個節(jié)點，準(zhǔn)確找出施工問題，大大提高了超高層建筑的施工管理效率，縮短建設(shè)周期。超高層建筑的實施方案經(jīng)過BIM技術(shù)的模擬、碰撞檢查、優(yōu)化工作以后，就可以形成一個集建筑結(jié)構(gòu)-機電-鋼結(jié)構(gòu)-裝飾等數(shù)據(jù)網(wǎng)的集成平臺。通過BIM模型輔助，施工管理人員可以按各專業(yè)、分層、分段等各種組合方式提取施工圖紙和數(shù)據(jù)，將其分享給施工人員，有利于施工人員清晰地了解施工流程，為管理人員提供便利，確保每一道工序順利進(jìn)行，保證施工質(zhì)量和工作效率。相對于傳統(tǒng)施工技術(shù)，BIM技術(shù)更重要的是可以進(jìn)行施工模擬，尋找潛在問題，及時優(yōu)化方案。3.3.1BIM在超高層建筑的實施體系BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用主要分為三大體系：策劃體系、專項應(yīng)用體系、綜合管理體系。其各個體系的內(nèi)容如表3.2所示。BIM在超高層建筑應(yīng)用的工作流程,如圖3.2所示。表3.2三大體系內(nèi)容體系內(nèi)容策劃體系確定項目的應(yīng)用目標(biāo)、應(yīng)用范圍、實施標(biāo)準(zhǔn)、組織架構(gòu)、軟硬件配置等專項應(yīng)用體系模型創(chuàng)建、碰撞檢查、優(yōu)化設(shè)計預(yù)制加工、施工協(xié)調(diào)、三維算量等綜合管理體系計劃管理、生產(chǎn)管理、圖檔管理、合約管理等各專業(yè)B各專業(yè)BIM設(shè)計模型創(chuàng)建各專業(yè)模型綜合與完善基于BIM技術(shù)項目管理物資采購輔助管理4D施工進(jìn)度模擬鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化制造化安裝深化設(shè)計可視化應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)工廠化預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件圖紙會審、碰撞檢查，管線綜合圖紙鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計施工部署方案模擬效果展示完善施工進(jìn)度計劃數(shù)字化預(yù)拼裝出具物資材料統(tǒng)計清單，輔助編制施工預(yù)算施工文檔錄入BIM竣工管理平臺結(jié)合BIM模型形成基于BIM模型的工程交付圖3.2BIM系統(tǒng)工作實施流程圖3.3.2BIM在超高層建筑的應(yīng)用目標(biāo)1、圖紙復(fù)核建立模型之前，需要熟悉整理建筑、結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)的圖紙，將CAD圖紙底圖基準(zhǔn)點歸零，按圖紙創(chuàng)建各專業(yè)模型，將二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維，綁定模型的工作集。建模是一個高精度要求的工作，考慮的細(xì)節(jié)很多，所以建模過程中可以發(fā)現(xiàn)尺寸、高度標(biāo)注不清晰，圖紙有出入。通過建模發(fā)現(xiàn)此類問題，在施工前及時與甲方、設(shè)計單位溝通，對圖紙進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，避免后期返工現(xiàn)象。2、施工模擬BIM技術(shù)能夠模擬真實的施工場景，對施工的進(jìn)度、費用和施工作業(yè)步驟進(jìn)行提前預(yù)演，精確到每一個建筑構(gòu)件和工序，剖析施工過程所遇到的問題，在正式施工前就解決問題。一邊模擬工程的施工進(jìn)度，一邊不斷分析、優(yōu)化和完善施工方案，使整個施工工程更加科學(xué)有效。通過模型的分析和系統(tǒng)計算來編制施工方案，選擇最佳方案，最佳設(shè)計方案選定后，然后對現(xiàn)場施工環(huán)境遇到的不可抗力因素，如季節(jié)、氣候等進(jìn)行動態(tài)預(yù)測，提高施工計劃的可行性，縮短工期。3、碰撞檢查超高層建筑的管線布置密集，可利用空間小，很難辨別各專業(yè)設(shè)施設(shè)備的安裝路線，為施工增加了一定的難度。設(shè)計人員一旦溝通不到位，導(dǎo)致管線交叉分布、預(yù)留洞口位置有偏差、標(biāo)高錯亂等問題，影響施工進(jìn)度和增加施工成本。而BIM技術(shù)將各專業(yè)數(shù)據(jù)信息整合起來，集成模型，快速關(guān)聯(lián)各個施工節(jié)點，標(biāo)志出模型中的所有碰撞點。設(shè)計人員可以導(dǎo)出碰撞報告，配合設(shè)計變更或技術(shù)核定單提交監(jiān)理及設(shè)計院，共同協(xié)商進(jìn)行設(shè)計上的優(yōu)化，使施工圖設(shè)計實現(xiàn)零失誤。超高層建筑應(yīng)用BIM技術(shù)不僅大大降低了工程的難度和風(fēng)險，在保證施工進(jìn)度的同時又避免了材料浪費，節(jié)約工程成本。4、深化設(shè)計（1）機電工程深化設(shè)計在超高層建筑施工中，機電專業(yè)涉及的設(shè)備、管線相互交織，異常復(fù)雜，工序穿插難度大，對設(shè)備安裝精度、設(shè)備承壓和系統(tǒng)運行穩(wěn)定性要求非常高。機電專業(yè)圖紙各自分開設(shè)計，設(shè)計人員溝通困難，管線布置難免發(fā)生碰撞、走向排布不合理的情況，影響施工及維護(hù)檢查，導(dǎo)致返工，延遲工期。通過BIM技術(shù)，將機電專業(yè)的模型導(dǎo)入到revit軟件中，形成三維圖形，軟件的智能功能可以一鍵自動檢測碰撞位置，并標(biāo)記出來，支持實時修改管線標(biāo)高，優(yōu)化管線布置。現(xiàn)場管線通過計算機模擬深化管線設(shè)計圖紙，智能繞彎，合理規(guī)避各專業(yè)的交叉，讓機電工程各專業(yè)管線一目了然。如圖3.3所示優(yōu)化前優(yōu)化后圖3.3管線優(yōu)化對比（2）施工節(jié)點深化設(shè)計超高層建筑的體系復(fù)雜，節(jié)點拼接極為繁瑣。經(jīng)常出現(xiàn)柱鋼梁之間的連接方式不明確、錨固長度不合理、發(fā)生碰撞、焊接空間有限等出現(xiàn)各種交叉問題。節(jié)點的穩(wěn)固性是保證超高層建筑安全性能的重要途徑之一。BIM技術(shù)節(jié)點深化是利用Revit軟件對節(jié)點進(jìn)行排筋、布筋，進(jìn)一步深化設(shè)計模型，從而有效進(jìn)行現(xiàn)場施工。運用Revit軟件對節(jié)點進(jìn)行深化設(shè)計可以準(zhǔn)確了解構(gòu)件空間位置、明確節(jié)點問題、標(biāo)注部分節(jié)點的做法，解決二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的節(jié)點問題。（3）鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)空間關(guān)系復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計要考慮節(jié)點設(shè)置是否合理，能否實現(xiàn)加工制作、運輸、安裝施工。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的內(nèi)容主要是從實際施工方面考慮，為施工操作提供便利。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計一般利用TeklaStructures軟件，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，合理排布置鋼筋，預(yù)留洞口。通過現(xiàn)場模擬，選用合適的鋼結(jié)構(gòu)配件，提前將鋼構(gòu)件在生產(chǎn)工廠進(jìn)行三維數(shù)控加工，預(yù)先將鋼筋連接板和鋼柱一起加工，再運至施工現(xiàn)場拼裝。鋼結(jié)構(gòu)施工工藝還可以做成動畫，指導(dǎo)施工人員進(jìn)行焊接，減少漏焊、錯焊現(xiàn)象。這種工作方式可以有效控制鋼結(jié)構(gòu)施工管理，讓施工人員對鋼結(jié)構(gòu)施工操作了如指掌，更加明確各方的工作范圍，使得施工方案可行性增大，為鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展提高一個更大的平臺。本章小結(jié)本章闡述了超高層建筑的特點和施工難點，并分析了通過利用BIM技術(shù)可以解決超高層建筑施工存在的一些重難點問題，證明了BIM技術(shù)在超高層建筑施工的高效性，讓超高層建筑的施工計劃更具可行性和實用性，以此來說明BIM技術(shù)在超高層建筑的應(yīng)用優(yōu)勢。第四章案例分析4.1工程項目概況A工程項目位于珠海市香洲區(qū)，該項目的總建筑積146386.79m2，高度328.8米。地上66層，地下2層，36層以下為辦公層，37層以上酒店層，如圖4.1所示，屬于B級高度結(jié)構(gòu)，根據(jù)該項目的特點，建設(shè)單位決定采用伸臂桁架+腰桁架的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系，此體系的地上主要承重結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土核心筒。圖4.1項目效果圖4.2工程特點及施工難點A項目位于珠江入口，距離海邊不到50米，屬于人工填海造地，基坑地質(zhì)環(huán)境惡劣。A項目的工程難點及特點包括以下幾點：（1）項目建筑高度328.8米，屬于超高層項目。（2）基坑是臨海的，而且建筑高度高，需要設(shè)計超深基坑來穩(wěn)固建筑，支護(hù)條件復(fù)雜，對建設(shè)單位的技術(shù)要求高。（3）核心筒采用液壓爬模架體系，液壓爬模體系應(yīng)用困難，施工技術(shù)高。（4）鋼結(jié)構(gòu)跨度大，重量重，吊裝困難；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件多，節(jié)點焊接技術(shù)復(fù)雜。（5）曲面幕墻工程難度大，采用異形曲面雙層玻璃幕墻，制作安裝精度要求高。（6）機電工程系統(tǒng)安裝面積狹小，空間協(xié)調(diào)管理難度大。根據(jù)以上難點，建設(shè)單位決定利用BIM技術(shù)對該工程的特點和施工難點一一攻破，制定切實可行的施工方案。利用BIM技術(shù)提升超高層建筑的施工效率，減少設(shè)計失誤，實現(xiàn)施工零變更。4.3BIM技術(shù)在A項目的應(yīng)用3.3.1地下基坑工程A項目的基坑開挖面積18萬平方米，土方工程量為210萬平方米，基坑開挖深度12米-24米。由于本項目距離海邊僅50米，經(jīng)BIM模型分析決定采用樁錨支護(hù)體系。通過對基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和測試，創(chuàng)建了包括冠梁、拉梁、支護(hù)樁和錨索的基坑模型。同時在模型創(chuàng)建的過程中對圖紙進(jìn)行查漏補缺，并與各相關(guān)方溝通協(xié)調(diào)，通過修改設(shè)計，變更等方式來提前來優(yōu)化并制定最佳的基坑施工方案設(shè)計，避免后期返工。該項目利用BIM模型進(jìn)行基坑施工方案設(shè)計，統(tǒng)計工程量，便于技術(shù)人員探討施工方案，保證施工現(xiàn)場流暢，施工細(xì)節(jié)精確可靠，降低造價。圖4.2錨索交叉區(qū)域協(xié)調(diào)4.3.2核心筒混凝土施工核心筒結(jié)構(gòu)的形式極其復(fù)雜，筒體形狀隨高度不斷變化，對爬模架體系的制作和搭設(shè)提出更高要求。核心筒內(nèi)采用勁性混凝土，導(dǎo)致節(jié)點施工難度大。核心筒施工升降機、塔吊、爬模之間的工序安排是否恰當(dāng)，對項目的施工工期影響非常大。利用BIM技術(shù)，建立核心筒結(jié)構(gòu)、塔吊、爬模體系等模型，解決爬模架與鋼柱和鋼筋之間的連接點是否吻合。通過模擬施工工序，優(yōu)化爬模方案，保證爬模體系的穩(wěn)定性和安全性。調(diào)整各工序的施工時間，優(yōu)化工期進(jìn)度。在爬模加工階段，施工管理人員通過BIM導(dǎo)出加工圖及可視化模型，指導(dǎo)現(xiàn)場施工人員制作和安裝。圖4.3核心筒受力分析4.3.3鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計該項目的鋼結(jié)構(gòu)用量約18000t，鋼結(jié)構(gòu)跨度大，節(jié)點多。鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用D1800鋼管柱和600mX2400m矩形柱。通過BIM模型，對鋼節(jié)點進(jìn)行有限元分析，確定鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點位置。在BIM模型可視化狀態(tài)下，可以直觀地反映鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和布局，便于設(shè)計人員對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和修改。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計深化完成后，將項目鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)詳圖、工程量清單、工程量計算規(guī)則、預(yù)算、節(jié)點詳圖等導(dǎo)出，送去審核，為現(xiàn)場安裝提供參考。完成鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計后，在專家評審時對確定的鋼結(jié)構(gòu)施工方案進(jìn)行現(xiàn)場模擬，實時修改方案存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化方案。根據(jù)施工模擬，對整個鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段設(shè)計，確定吊裝構(gòu)件的分段方案，便于工廠預(yù)制和施工現(xiàn)場操作。安裝工程結(jié)束后，對現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D掃描，與確定的BIM模型方案進(jìn)行對比，檢測鋼結(jié)構(gòu)安裝工程是否與BIM模型方案一致，為以后的施工提供數(shù)據(jù)依據(jù)。圖4.4鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點深化4.3.4機電安裝工程機電工程涉及的系統(tǒng)非常繁多。本項目在機電施工前就收集了各個設(shè)計方的設(shè)計圖紙，通過BIM技術(shù)建立機電三維模型，如圖4.6所示，檢查各個專業(yè)之間的碰撞問題、管線是否交叉分布、各個樓層設(shè)備的標(biāo)高是否標(biāo)準(zhǔn)等問題。最后導(dǎo)出相關(guān)問題報告，并把BIM模型給出的修改建議，反應(yīng)給設(shè)計人員，與各自參見方溝通協(xié)調(diào)，對機電系統(tǒng)進(jìn)行修改優(yōu)化，確定方案后，BIM模型上進(jìn)行修改，各設(shè)計方在BIM模型上進(jìn)行協(xié)同驗證，修改目標(biāo)清晰可靠。本項目通過管線碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)碰撞2650處，優(yōu)化2480處。機電安裝優(yōu)化設(shè)計最終生成機電各種施工詳圖，利用鴻業(yè)軟件對各系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷驗算，保證管線參數(shù)滿足功能要求。通過BIM模型，根據(jù)設(shè)計施工詳圖提前模擬指導(dǎo)施工作業(yè)，進(jìn)一步優(yōu)化安裝方案，優(yōu)化優(yōu)化布置時側(cè)重考慮施工的先后順序，安裝操作距離，支、拖、吊架空間、檢修余地。圖4.5機電模型圖4.6管線優(yōu)化前后4.3.5幕墻深化設(shè)計本項目幕墻外立面為非標(biāo)準(zhǔn)雙曲體，外立面結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)連接部位較多；傳統(tǒng)的CAD技術(shù)無法滿足本項目的幕墻設(shè)計要求。通過采用BIM技術(shù)，將幕墻曲面導(dǎo)入Revit中，創(chuàng)建了可視化幕墻模型。將鋼結(jié)構(gòu)與幕墻進(jìn)行模擬安裝，把幕墻安裝誤差調(diào)控制在1毫米內(nèi)。4.3.6其他應(yīng)用數(shù)字化加工：應(yīng)用數(shù)字化信息完成金屬加工、鋼結(jié)構(gòu)制造、管道切割、設(shè)計意圖原型制作等建筑材料的制造或裝配，例如將項目施工所需的管材類型、壁厚、設(shè)備規(guī)格等參數(shù)輸入到BIM模型當(dāng)中，導(dǎo)出機電施工詳圖，輔助工廠預(yù)制加工；將大部分風(fēng)管制作工作轉(zhuǎn)移至預(yù)制廠內(nèi)，來減少現(xiàn)場風(fēng)管施工工作量。垂直運輸：由于A項目的施工方案復(fù)雜，作業(yè)面積小，運輸困難，導(dǎo)致材料、施工人員，設(shè)備的運輸成了施工過程中的一個比較棘手的問題。本項目運用BIM模型對每層的土建、機電工程量進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計分析，綜合考慮施工節(jié)點計劃，確定現(xiàn)場11臺垂直運輸電梯所負(fù)責(zé)樓層和使用功能，保障現(xiàn)場施工材料有序運送。4.4案例總結(jié)本項目利用BIM技術(shù)對設(shè)計圖紙進(jìn)行審批，發(fā)現(xiàn)了圖紙設(shè)計存在大量不合理現(xiàn)象，