BIM技术在超高层建筑的应用研究

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业论文BIM技术在超高层建筑的应用研究随着社会的不断发展，人们对建筑物的要求越来越高，超高层建筑纷纷出现在大中型城市的各个角落。超高层建筑具有结构设计复杂性、功能多样性、体型庞大等特点，传统建筑的施工技术早已满足不了现代超高层建筑的建设要求。而BIM技术的推广应用，更好地解决了超高层建筑建设出现的各种问题，为超高层建筑建设提供便利，使得建设人员对建设的全过程进行控制，保证建筑设计方案安全有效地实施。本文通过查阅大量文献，对BIM技术和超高层建筑结构进行研究，分析BIM技术在珠海某超高层建筑项目的应用情况。珠海某项目在基坑施工、核心筒混凝土施工、钢结构设计、垂直运输等方面利用BIM技术进行施工模拟，管线碰撞检查、深化设计，让超高层建筑施工在BIM技术的实施下变得更加高效，从而减少返工现象，节约成本，减少工期。关键词：BIM技术超高层建筑BIM应用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目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章诸论 11.1研究背景 11.2研究意义及目的 21.3国内外研究现状 21.4研究的方法 4本章小结 5第二章相关定义概述 62.1BIM 62.2超高层建筑 6本章小结 6第三章超高层建筑的施工难点及BIM应用情况 73.1我国超高层建筑的发展现状 73.2超高层建筑的特点和施工难点 83.3BIM技术在超高层建筑的应用研究 9本章小结 13第四章案例分析 144.1工程项目概况 144.2工程特点及施工难点 144.3BIM技术在A项目的应用 154.4案例总结 18本章小结 19第五章结论与展望 205.1结论 205.2展望 20参考文献 21致谢 22附件：…… 23第一章诸论1.1研究背景随着我国城镇化率越来越高，加上一带一路的推进，我国建筑市场的发展空间急剧扩张，建筑行业竞争较为激烈。与此同时，社会对建筑技术的工艺和节能环保提出了更高的要求，建筑施工技术也发生了天翻地覆变化。传统的建筑技术难以紧跟建筑信息化的步伐，因此促进了BIM技术、新能源材料、绿色节能建筑、装配式建筑等建筑理念和技术在我国推广及应用。BIM技术的才有机会出现在建筑行业，越来越多地被应用于建造的各阶段。建设项目正在向大型化，规模化，复杂化发展，超高层建筑也越来越受大城市的喜爱在建筑行业中占比越来越高。超高层建筑的兴建不仅解决了大城市地少人多的问题，也为大城市创造一些独特造型的地标性建筑，将人类的生存空间的欲望向上开发和利用，缓解了住房紧张的局面。现代建筑不拘泥于居住形式，人们追求的是复杂抽象的建筑设计理念，而超高层建筑是最具代表的现代建筑理念，其结构设计、外观形象、超然的建筑高度，比普通建筑的建设要求高得多，对传统的施工工艺技术来来说，是一个巨大的挑战。各参加建设的单位之间在超高层建筑的建设中沟通协调效率十分低，给施工管理带来诸多不便。BIM不只是建筑模型，它也是一种管理工具，集操作可视化、数据共享、施工仿真模拟、动态管理等特点。BIM技术的核心理念是工作效率，给建设单位带来的经济效益是传统施工方式不可比拟的。BIM模型可以提前模拟建筑施工所经过的各个阶段，来反馈真实施工所出现的问题，让施工单位提前对模型进行修改，减少返工，提高效率。在超高层建筑建设过程中，BIM技术可以提前对施工环节进行模拟，将施工过程存在的问题找出来，并通过沟通协调，对施工环节进行调整，便于施工管理人员管理现场施工。超高层建筑的管线可利用面积少，分布密集。建立BIM模型对各专业进行碰撞检测和优化综合布置，通过在模型上多次检测和完善施工图纸，通过审批后就可以下发让各个单位开始施工建设。在超高层建筑施工过程中借助BIM技术，对图纸进行深化设计，变更信息，建立协同工作环境，使管理层次明确，各个参建方可以在线上进行有效交流，从而提高效率。在超高层建筑施工中应用BIM技术让管理组织工作更加高效，减少施工沟通障碍。更重要的是还可以模拟施工，精确计划，减少资源浪费。中国作为全世界工程建设最活跃，工程量最多的国家，但是从事BIM相关工作的技术人员并不多。为了顺应信息化时代的发展，紧跟世界建筑潮流的脚步，我国已有部分城市规定大型建筑工程设计和施工过程，必须应用BIM技术；在项目招标中，越来越多的业主要求利用BIM技术来进行投标；部分大的设计院已经开始用BIM模型直接出图，而不是CAD，大大提高了设计效率，由此可见BIM技术在建筑设计施工中应用已成必然趋势。对建筑行业来说，既是机遇也是挑战。鉴于以上分析，本文决定对BIM技术在超高层建筑中的应用展开研究。1.2研究意义及目的超高层建筑具有超强的刚度和抗震能力，施工单位在施工过程中要处理大量的信息，对施工单位的综合能力要求非常高，使得超高层建筑施工对施工工艺技术要求颇高。由于超高层建筑建设周期短，结构复杂，从施工开始到竣工验收过程中面临的不确定因素非常多，导致管理人员不能有效处理，导致施工返工、材料浪费、图纸变更等现象。以上的问题都可以通过BIM技术来解决。本文分析了超高层建筑施工中存在的问题和特点进行介绍，并对实际存在的问题提出解决方法。分析BIM技术在超高层建筑基坑施工、核心筒混凝土施工、钢结构设计、垂直运输等方面应用，对BIM技术在超高层建筑的应用和推广有重要的意义。希望本次研究能为超高层建筑的建设单位提供BIM技术借鉴。1.3国内外研究现状BIM可以给建筑行业注入新鲜血液，让建筑行业进入第二次大改革，被无数建筑企业疯狂推广应用。而BIM理论的产生到正式公开使用，经历了一段非常长的时期。BIM的发展过程如图1.1所示。1962年，美国麻省理工学院的艾尔萨塞兰在他的博士论文中，开发了“S1962年，美国麻省理工学院的艾尔萨塞兰在他的博士论文中，开发了“Sketchpad”系统，首先开创了建筑与计算机交互的先例。1975年，BIM之父-查克.伊士曼，借鉴制造产品模型，提出“BuildingDescriptionSystem”概念，建筑物也可以通过计算机智能模拟，这是BIM的起源思想。2002年，Autodesk公司的副总裁PhilBernrstein在国际建筑师协会上首次正式的提出了BIM概念，是第一次正式公开使用BIM时间。1982年，匈牙利ArchiCAD软件发展，被认为是BIM技术真正开始应用时候。图1.1BIM发展过程1.3.1国外的研究现状美国是最早提出BIM概念的国家，也是BIM技术应用最成熟的国家。2007年以后，得益于美国颁发得《BIM标准》，BIM发展速度直线上升，成为全世界BIM发展第一大国。从2009年BIM应用率占总建设的16%增长到2013年的52%，四年间BIM应用率增加了36个百分点。BIM作为建筑信息行业的排头兵，为业主带来的商业价值不可估量。BIM在美国政府示范和政策激励下，BIM技术为美国GDP创造了价值超过800亿美元。美国的BIM应用指南一直在适应市场，不断更新。有了美国BIM应用情况示范，一些发达国家纷纷效仿，欧洲、英国、日本、韩国等国家借鉴美国BIM标准，相继推出符合本国建筑行业的BIM应用标准，开发BIM应用软件，国外BIM研究和应用情况早已深入各个方面。为了完善建筑信息行业标准，发展BIM技术，国际非营利组织为了解决各种BIM技术软件之间的格式兼容性，BuildingSMART制定了IFC标准，积极推进BIM应用。为了更好地了解国外BIM发展状况，列举了一些典型国家BIM发展的时间节点。表1.1国外BIM发展时间节点美国1970s，BIM理念提出。2002年，Autodesk公司发表BIM白皮书，BIM在美国推广2003年，美国联邦总务署发起3D-4D-BIM计划，要求其项目到2007年全面BIM化。2006年，CSI编制完成AEC万用标准OmniClass。2007年，美国建筑科学院推出：美国BIM标准《NBIMS》第1版,推动美国BIM市场，为BIM提供标准支持。2012年，推出《NBIMS》第2版，所有项目招标、发包和提交必须使用美国BIM标准。2015年，推出《NBIMS》第3版。2020年，在建设的全生命周期必须全部应用BIM。英国1987年，成立BPIC（建设项目信息委员会）。1979年，英国BIM标准Uniclass发表。2007年，推出BIM实用指南。2011年英国政府发表BIM白皮书《政府建设战略。》2013年，推出《PAS1192-2标准》。2015年，提出“英国数字建筑战略”-BIM3级战略计划。2018年，英国权威发布《NBS国家BIM2017报告》，报告指出，72%的调查对象相信BIM可以节省成本，65%认为BIM有助于提高效率，缩短工期。日本1990s，开发一系列BIM软件，主流产品CADEWA软件一直在发展，现在为CADEWAReal2020。2008年，BIM应用急速发展。2009年，日本的“BIM元年”，成立了专门研究BIM理论和标准制定的部门。2012年，发布BIM应用指南《JLABIMGuideline》。2014年，日本交通局发布基于IFC标准的《BIM导则》1.3.2国内的研究现状目前为止，国外的BIM应用情况已趋成熟，但是国内的BIM应用才刚刚起步。国内于2005年引进BIM，国内建筑行业逐渐接触到BIM，被人们认知，落后于许多国家。随着国内部分建筑应用BIM技术的成果得到良好的反馈，直到2012年，国内住建部发布正式开始制定中国BIM标准，特别是近几年，为了推广国内BIM应用，政府出台了一系列BIM标准和规范，如表1.2所示，由此可见，国内政府正在大力推广BIM，加速BIM在我国的发展进程。近十年来，BIM技术在建筑行业的应用成果非常好，大家开始抛弃传统的建筑观念，对BIM的认识从“BIM是什么”过渡到了“BIM怎么用好”的阶段。表1.2中国2012年-2019年发布的BIM标准2012年1月住建部发布的《关于印发2012年工程建设标准规范制定修订计划的通知》，宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动2007年4月发布《建筑对象数字化标准》2016年9月发布了《2016－2020年建筑业信息化发展纲要》，相关部门应加快推动信息技术与建筑业发展深度融合2016年12月发布了《建筑信息模型应用统一标准》2017年5月发布了《建筑信息模型施工应用统一标准》2017年10月发布了《建筑信息模型分类和编码标准》2018年12月发布了《建筑信息模型设计交付标准》2019年5月发布了《制造工业工程设计信息模型应用标准》1.4研究的方法本研究主要采用了以下研究的方法：一是理论分析法：对BIM技术的理论进行分析，结合实际状况研究BIM应用情况。二是文献研究法：通过搜集和阅读大量相关资料案例，结合超高层建筑施工的特点，采取有效措施对超高层建筑进行建设。三是案例分析法：通过分析珠海某超高层建筑的BIM技术应用，为建设单位攻克了超高层建设难题，使得A项目建筑施工顺利完成，为BIM技术在超高层建筑的应用提供参考。本章小结本章讲述了在城市快速发展的状态下，超高层建筑已经成为解决城市地少人多问题的建设目标。为了确保超高层建筑的安全性和经济效益，BIM技术逐渐被更多的超高层建设单位推广应用，成为辅助超高层建筑施工的重要工具，为超高层建筑创造更高的商业价值。第二章相关定义概述2.1BIMBIM是建筑信息模型(BuildingInformationModeling)的英文缩写，其主要是将建筑的所有资料和数据收录到计算机里，用计算机把建筑数据关联起来，形成一个模型。通过建立三维模型，准确传达业主设计理念，是体现设计理念的高级表达方式。BIM模型将工程所需要的信息，如图纸、工程量清单、统计表格等数据分享传递给设计师和施工员使用。这些施工数据信息由BIM模型全部自动生成，无需经历繁琐人工数据分析。BIM可以实时共享建筑资源，支持各职责间协同作业，是建筑行业最有效率，最省成本的工具。BIM的特点有：（1）操作的可视化：BIM技术的操作都是可以直接演示出来的，给人身临其境的感觉，真实可靠。在BIM模型上可以直接将工程施工的每个步骤、各个参建方负责的工作内容全部呈现出来。（2）信息的完备性：创建BIM模型时把工程项目的所有信息储存到模型中，数据信息获取方便快捷，只需打开BIM模型即可查看建筑数据。（3）信息的协调性：建筑数据具有关联性，如有修改某一建筑数据的操作，其与修改数据相关联的地方也会随之调整修改，避免协调冲突、碰撞问题，合理安排施工计划。2.2超高层建筑不同国家对建筑的分类方法不同，没有明确的标准。根据国中《民用建筑设计通则》GB50352-2005规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑，如表2.1所示。表2.1我国建筑高度类别低层建筑1-3层多层建筑4-6层中高层建筑7-9层高层建筑10层以上（24米以上）超高层建筑100米以上（40层以上）本章小结在这一张章中，通过借助查阅大量文献，主要阐述了本文研究超高层建筑过程中所涉及的相关定义，为文章开展工作打好基础。第三章超高层建筑的施工难点及BIM应用情况3.1我国超高层建筑的发展现状自改革开放以来，中国经济的增长速度惊人。在这个过程中，建设行业创造的经济价值不容忽略，同时建筑行业的发展上升到一个新的阶段-信息技术化建设。而其中最为突出的是，在城镇化建设的过程中，为了解决大量农民工涌入城市，办公居住用地紧张的问题，超高层建筑的建设成为城市发展的主要建设。受国外超高层建设的影响，我国于20世纪初正式步入现代高层建设行列。当时，我国缺乏超高层建设的经验和技术，京、浙、泸等地的超高层建设不得不依靠引进西方的先进技术来建设的。我国高层建筑的建设一直处于积极探索状态。直到1934年，上海现存最久的饭店-ParkHotel落成，荣登亚洲高层建筑的榜首，34年后才被比下去。国际饭店的建成展示了我国多年探索高层建造技术的成果，建造水平提升快。而后，我国开始自己设计和建造高层建筑，20世纪70年代开始进入超高层建筑的发展阶段。随着经济技术发展，城市建设的可用土地急剧减少，商业住房用地紧张，土地问题迫在眉睫。自2000s以来，超高层建筑的发展突飞猛进，特别是沿海发达地区，增加了很多600m以上的超高层建筑。通过20年来对超高层建设的探讨，我国超高层建筑的高度越来越高，展示出了“欲与天公试比高”的想法。截至2019年，世界排名前十的超高层建筑中，包括在建和已建的高楼，其中有5座是中国的，如表3.1所示，中国超高层建筑的建设水平已超国际水平，超高层建筑的建设施工水平列入世界先进行列。通过CTBUH的调查数据显示，CTBUH的年度报告显示2019年全世界封顶的超过300米的建筑有26座，其中包含中国天津周大福金融中心。中国超高层建筑是世界上最多的国家，这个记录至今已经连续24年无人打破。2019年完成的200米以上的建筑占总数的47.8%，如图3.1所示，让其他国家望尘莫及，当之无愧被称为世界高层建筑第一大国。表3.1世界排名前十的高层建筑排名建筑名称高度/米状态1哈利法塔828已建成2武汉绿地中心636在建3东京晴空塔634已建成4上海中心大厦632已建成5天津高银117大厦621已建成6麦加皇家钟塔饭店601已建成7平安国际金融大厦600已建成8乐天世界大厦556已建成9世界贸易中心一号楼541已建成10天津周大福金融中心530已建成图3.1按国家分类的2019年完工的200米以上的建筑,来源于CTBUH3.2超高层建筑的特点和施工难点超高层建筑不断挑战工程的极限，为了建筑的安全性能，结构体系越来越复杂，在建设施工过程中需要用先进的生产设备和施工技术，并对施工技术进行不断优化，才能满足业主的要求。超高层建筑工程量大，涉及的人员非常广泛，建筑质量要求非常高，施工管理人员必须严格监督施工操作按规范进行。超高层建筑工程量大，建设成本高。建筑成本与设计要求、材料和施工周期息息相关，建设成本一定要进行详细的剖析计算，让投资成本损失降至最小。施工管理人员要监督施工，跟紧施工进度，制定科学有效的施工方案，确保人、材、机的饱和，降低投资风险，争取最大的效益。与普通建筑相比较，超高层建筑具有结构超高，设计复杂，功能繁多等鲜明特点。具体如下：1、规模庞大，工期成本高。超高层建筑上方的建筑复杂，地基承受荷载大，地基工程量比普通建筑大。超高层建筑的体量庞大，，建设单位的资金压力非常大，一旦工程稍有差错导致工程延期，建设成本急剧增加，建设单位损失巨大。2、基础埋置深，施工难度大。超高层建筑地下空间必须满足人防面积和停车位的规定，而且地上建筑体系大，所以超高层建筑的基础埋深较大，基坑开挖深度也随之增加，相应的土石方开挖工程量也增加。3、作业面积小，施工组织难度高。一般超高层建筑周围都有建筑物，超高层建筑可作业的面积小。超高层建筑的施工设备大且多，空间限制导致协调组织管理难度大。为了后续超高层的建设能有足够大的作业面，超高层建筑的特点都是低大高小，楼层低的建筑面积大，越往上面积越小。4、垂直运输量大。超高层建筑建设所需的材料、设备、施工人员全部都要借助机械来上下，运输流量巨大，且输送距离高，垂直运输机械的选择有着举足轻重的位置。垂直运输方案的高速有效已成为影响施工速度的主要因素之一。5、建设标准高，材料设备来源广。设计标准高，技术要求严苛，为了建筑的性能和特点，业主往往采用当今世界上最新的技术和材料。超高层建筑分工繁杂，承发包等各参与建设单位多，总承包管理和协调工作量大。6、梁柱焊接量大，钢结构跨度大。由于超高层建筑的四至跨度大，节点复杂，焊接技术高，普通的钢结构满足不了超高层建筑的需求。超高层建筑的钢结构需要在BIM模型上把钢结构进行分段处理，通过工厂预制大型钢结构后，再进行吊装、焊接，施工难度非常大。一般施工场地作业区狭小，环境复杂，钢结构的安装施工方案一直是超高层建筑的难题。7、管线系统复杂多变，设计困难。在超高层建筑中，管线复杂，机电设备多、功能齐全。所有楼层的设备、管线都用同一线路，管线规划难度大，不利于机电安装工程的施工管理。机电管线设置不合理导致返工影响施工进度和施工成本。8、施工周期长，不可预见因素多。超高层建筑的单体工期大约要2~4年，一年四季，大风、高温、暴雨等天气，这些突发情况是施工作业阻碍。特别是季节的变化，不同季节的施工技术也随之变化，合理安排施工工序，才能将风险降到最低，减少成本。正因为超高层建筑的施工难点非常多，对施工技术要求非常高，一旦施工过程中出现少许偏差，都有可能降低整个建筑的施工质量，影响施工进度。而BIM技术的应用则可以提高超高层建筑的施工精度，大幅度减少上述问题的发生。3.3BIM技术在超高层建筑的应用研究在传统的二维平面建筑施工设计图纸上，施工人员很难发现管线碰撞，也很难判断施工方案的可行性；而运用BIM模型，可以让建筑设计图生动形象地呈现在眼前，精确到每一个螺丝钉的位置。通过建立BIM模型，将超高层建筑项目的相关信息数据作为基础，建设各方实时对超高层建筑工程项目的建设过程进行模拟，找到施工过程遇到的各种问题，并对潜在问题进行改进和优化。在传统施工技术中，建设潜在的问题和风险，需要在施工中才被发现，导致施工变更增多。BIM技术可以提前演示施工的每一个节点，准确找出施工问题，大大提高了超高层建筑的施工管理效率，缩短建设周期。超高层建筑的实施方案经过BIM技术的模拟、碰撞检查、优化工作以后，就可以形成一个集建筑结构-机电-钢结构-装饰等数据网的集成平台。通过BIM模型辅助，施工管理人员可以按各专业、分层、分段等各种组合方式提取施工图纸和数据，将其分享给施工人员，有利于施工人员清晰地了解施工流程，为管理人员提供便利，确保每一道工序顺利进行，保证施工质量和工作效率。相对于传统施工技术，BIM技术更重要的是可以进行施工模拟，寻找潜在问题，及时优化方案。3.3.1BIM在超高层建筑的实施体系BIM技术在超高层建筑的应用主要分为三大体系：策划体系、专项应用体系、综合管理体系。其各个体系的内容如表3.2所示。BIM在超高层建筑应用的工作流程,如图3.2所示。表3.2三大体系内容体系内容策划体系确定项目的应用目标、应用范围、实施标准、组织架构、软硬件配置等专项应用体系模型创建、碰撞检查、优化设计预制加工、施工协调、三维算量等综合管理体系计划管理、生产管理、图档管理、合约管理等各专业B各专业BIM设计模型创建各专业模型综合与完善基于BIM技术项目管理物资采购辅助管理4D施工进度模拟钢结构工业化制造化安装深化设计可视化应用钢结构工厂化预制钢结构深化设计钢结构构件图纸会审、碰撞检查，管线综合图纸钢结构深化设计施工部署方案模拟效果展示完善施工进度计划数字化预拼装出具物资材料统计清单，辅助编制施工预算施工文档录入BIM竣工管理平台结合BIM模型形成基于BIM模型的工程交付图3.2BIM系统工作实施流程图3.3.2BIM在超高层建筑的应用目标1、图纸复核建立模型之前，需要熟悉整理建筑、结构、机电专业的图纸，将CAD图纸底图基准点归零，按图纸创建各专业模型，将二维图纸转化成三维，绑定模型的工作集。建模是一个高精度要求的工作，考虑的细节很多，所以建模过程中可以发现尺寸、高度标注不清晰，图纸有出入。通过建模发现此类问题，在施工前及时与甲方、设计单位沟通，对图纸进行优化调整，避免后期返工现象。2、施工模拟BIM技术能够模拟真实的施工场景，对施工的进度、费用和施工作业步骤进行提前预演，精确到每一个建筑构件和工序，剖析施工过程所遇到的问题，在正式施工前就解决问题。一边模拟工程的施工进度，一边不断分析、优化和完善施工方案，使整个施工工程更加科学有效。通过模型的分析和系统计算来编制施工方案，选择最佳方案，最佳设计方案选定后，然后对现场施工环境遇到的不可抗力因素，如季节、气候等进行动态预测，提高施工计划的可行性，缩短工期。3、碰撞检查超高层建筑的管线布置密集，可利用空间小，很难辨别各专业设施设备的安装路线，为施工增加了一定的难度。设计人员一旦沟通不到位，导致管线交叉分布、预留洞口位置有偏差、标高错乱等问题，影响施工进度和增加施工成本。而BIM技术将各专业数据信息整合起来，集成模型，快速关联各个施工节点，标志出模型中的所有碰撞点。设计人员可以导出碰撞报告，配合设计变更或技术核定单提交监理及设计院，共同协商进行设计上的优化，使施工图设计实现零失误。超高层建筑应用BIM技术不仅大大降低了工程的难度和风险，在保证施工进度的同时又避免了材料浪费，节约工程成本。4、深化设计（1）机电工程深化设计在超高层建筑施工中，机电专业涉及的设备、管线相互交织，异常复杂，工序穿插难度大，对设备安装精度、设备承压和系统运行稳定性要求非常高。机电专业图纸各自分开设计，设计人员沟通困难，管线布置难免发生碰撞、走向排布不合理的情况，影响施工及维护检查，导致返工，延迟工期。通过BIM技术，将机电专业的模型导入到revit软件中，形成三维图形，软件的智能功能可以一键自动检测碰撞位置，并标记出来，支持实时修改管线标高，优化管线布置。现场管线通过计算机模拟深化管线设计图纸，智能绕弯，合理规避各专业的交叉，让机电工程各专业管线一目了然。如图3.3所示优化前优化后图3.3管线优化对比（2）施工节点深化设计超高层建筑的体系复杂，节点拼接极为繁琐。经常出现柱钢梁之间的连接方式不明确、锚固长度不合理、发生碰撞、焊接空间有限等出现各种交叉问题。节点的稳固性是保证超高层建筑安全性能的重要途径之一。BIM技术节点深化是利用Revit软件对节点进行排筋、布筋，进一步深化设计模型，从而有效进行现场施工。运用Revit软件对节点进行深化设计可以准确了解构件空间位置、明确节点问题、标注部分节点的做法，解决二维图纸中难以发现的节点问题。（3）钢结构深化设计钢结构空间关系复杂，钢结构深化设计要考虑节点设置是否合理，能否实现加工制作、运输、安装施工。钢结构深化设计的内容主要是从实际施工方面考虑，为施工操作提供便利。钢结构深化设计一般利用TeklaStructures软件，对钢结构进行力学分析，合理排布置钢筋，预留洞口。通过现场模拟，选用合适的钢结构配件，提前将钢构件在生产工厂进行三维数控加工，预先将钢筋连接板和钢柱一起加工，再运至施工现场拼装。钢结构施工工艺还可以做成动画，指导施工人员进行焊接，减少漏焊、错焊现象。这种工作方式可以有效控制钢结构施工管理，让施工人员对钢结构施工操作了如指掌，更加明确各方的工作范围，使得施工方案可行性增大，为钢结构发展提高一个更大的平台。本章小结本章阐述了超高层建筑的特点和施工难点，并分析了通过利用BIM技术可以解决超高层建筑施工存在的一些重难点问题，证明了BIM技术在超高层建筑施工的高效性，让超高层建筑的施工计划更具可行性和实用性，以此来说明BIM技术在超高层建筑的应用优势。第四章案例分析4.1工程项目概况A工程项目位于珠海市香洲区，该项目的总建筑积146386.79m2，高度328.8米。地上66层，地下2层，36层以下为办公层，37层以上酒店层，如图4.1所示，属于B级高度结构，根据该项目的特点，建设单位决定采用伸臂桁架+腰桁架的钢框架-钢筋混凝土核心筒的结构体系，此体系的地上主要承重结构是钢筋混凝土核心筒。图4.1项目效果图4.2工程特点及施工难点A项目位于珠江入口，距离海边不到50米，属于人工填海造地，基坑地质环境恶劣。A项目的工程难点及特点包括以下几点：（1）项目建筑高度328.8米，属于超高层项目。（2）基坑是临海的，而且建筑高度高，需要设计超深基坑来稳固建筑，支护条件复杂，对建设单位的技术要求高。（3）核心筒采用液压爬模架体系，液压爬模体系应用困难，施工技术高。（4）钢结构跨度大，重量重，吊装困难；钢结构构件多，节点焊接技术复杂。（5）曲面幕墙工程难度大，采用异形曲面双层玻璃幕墙，制作安装精度要求高。（6）机电工程系统安装面积狭小，空间协调管理难度大。根据以上难点，建设单位决定利用BIM技术对该工程的特点和施工难点一一攻破，制定切实可行的施工方案。利用BIM技术提升超高层建筑的施工效率，减少设计失误，实现施工零变更。4.3BIM技术在A项目的应用3.3.1地下基坑工程A项目的基坑开挖面积18万平方米，土方工程量为210万平方米，基坑开挖深度12米-24米。由于本项目距离海边仅50米，经BIM模型分析决定采用桩锚支护体系。通过对基坑结构进行受力分析和测试，创建了包括冠梁、拉梁、支护桩和锚索的基坑模型。同时在模型创建的过程中对图纸进行查漏补缺，并与各相关方沟通协调，通过修改设计，变更等方式来提前来优化并制定最佳的基坑施工方案设计，避免后期返工。该项目利用BIM模型进行基坑施工方案设计，统计工程量，便于技术人员探讨施工方案，保证施工现场流畅，施工细节精确可靠，降低造价。图4.2锚索交叉区域协调4.3.2核心筒混凝土施工核心筒结构的形式极其复杂，筒体形状随高度不断变化，对爬模架体系的制作和搭设提出更高要求。核心筒内采用劲性混凝土，导致节点施工难度大。核心筒施工升降机、塔吊、爬模之间的工序安排是否恰当，对项目的施工工期影响非常大。利用BIM技术，建立核心筒结构、塔吊、爬模体系等模型，解决爬模架与钢柱和钢筋之间的连接点是否吻合。通过模拟施工工序，优化爬模方案，保证爬模体系的稳定性和安全性。调整各工序的施工时间，优化工期进度。在爬模加工阶段，施工管理人员通过BIM导出加工图及可视化模型，指导现场施工人员制作和安装。图4.3核心筒受力分析4.3.3钢结构深化设计该项目的钢结构用量约18000t，钢结构跨度大，节点多。钢结构主要应用D1800钢管柱和600mX2400m矩形柱。通过BIM模型，对钢节点进行有限元分析，确定钢结构节点位置。在BIM模型可视化状态下，可以直观地反映钢结构的结构和布局，便于设计人员对钢结构进行检查和修改。钢结构设计深化完成后，将项目钢结构的结构详图、工程量清单、工程量计算规则、预算、节点详图等导出，送去审核，为现场安装提供参考。完成钢结构深化设计后，在专家评审时对确定的钢结构施工方案进行现场模拟，实时修改方案存在的问题，进一步优化方案。根据施工模拟，对整个钢结构进行分段设计，确定吊装构件的分段方案，便于工厂预制和施工现场操作。安装工程结束后，对现场钢结构进行3D扫描，与确定的BIM模型方案进行对比，检测钢结构安装工程是否与BIM模型方案一致，为以后的施工提供数据依据。图4.4钢结构节点深化4.3.4机电安装工程机电工程涉及的系统非常繁多。本项目在机电施工前就收集了各个设计方的设计图纸，通过BIM技术建立机电三维模型，如图4.6所示，检查各个专业之间的碰撞问题、管线是否交叉分布、各个楼层设备的标高是否标准等问题。最后导出相关问题报告，并把BIM模型给出的修改建议，反应给设计人员，与各自参见方沟通协调，对机电系统进行修改优化，确定方案后，BIM模型上进行修改，各设计方在BIM模型上进行协同验证，修改目标清晰可靠。本项目通过管线碰撞检查，发现碰撞2650处，优化2480处。机电安装优化设计最终生成机电各种施工详图，利用鸿业软件对各系统进行负荷验算，保证管线参数满足功能要求。通过BIM模型，根据设计施工详图提前模拟指导施工作业，进一步优化安装方案，优化优化布置时侧重考虑施工的先后顺序，安装操作距离，支、拖、吊架空间、检修余地。图4.5机电模型图4.6管线优化前后4.3.5幕墙深化设计本项目幕墙外立面为非标准双曲体，外立面结构与主体结构连接部位较多；传统的CAD技术无法满足本项目的幕墙设计要求。通过采用BIM技术，将幕墙曲面导入Revit中，创建了可视化幕墙模型。将钢结构与幕墙进行模拟安装，把幕墙安装误差调控制在1毫米内。4.3.6其他应用数字化加工：应用数字化信息完成金属加工、钢结构制造、管道切割、设计意图原型制作等建筑材料的制造或装配，例如将项目施工所需的管材类型、壁厚、设备规格等参数输入到BIM模型当中，导出机电施工详图，辅助工厂预制加工；将大部分风管制作工作转移至预制厂内，来减少现场风管施工工作量。垂直运输：由于A项目的施工方案复杂，作业面积小，运输困难，导致材料、施工人员，设备的运输成了施工过程中的一个比较棘手的问题。本项目运用BIM模型对每层的土建、机电工程量进行了详细的统计分析，综合考虑施工节点计划，确定现场11台垂直运输电梯所负责楼层和使用功能，保障现场施工材料有序运送。4.4案例总结本项目利用BIM技术对设计图纸进行审批，发现了图纸设计存在大量不合理现象，