基于BIM的可視化技術在超高層建筑結構設計中的應用

袁旭晨

（常州現代傳媒中心管理有限公司 江蘇 常州 213000）

0 引言

超高層建筑提高了土地使用效率，滿足城市發展建設需求，因此近些年超高層建筑越來越多，屬于較為普遍的建筑工程項目。此類建筑結構設計十分復雜，對各個環節的精細化程度要求有所提高，因此需要借助BIM的可視化技術應用，提高建筑水平和質量。以往大多采用平面二維圖紙設計，其相比較于BIM三維可視化技術，存在諸多不足。BIM可視化技術，讓超高層建筑結構設計朝著三維的方向發展，對調整、優化建筑方案有著關鍵性作用。

1 概念闡述和技術分析

1.1 BIM技術概述

BIM技術即建筑信息模型，它是一種在信息技術高度發展與完善時期所研發出的3D數字化技術，在建筑施工的整個流程和周期中都能夠發揮較為明顯的作用。它能夠將工程設計中的各項數據以直觀的方式來進行呈現，有助于建筑工程的設計管理。在傳統的建筑圖紙設計過程中，一旦發現某一設計環節與實際工程建設存在不相符的狀況，唯有推翻最初設計的圖紙進行重新修改，才能使得設計工作得以持續進行。但在BIM技術使用過程中，這種大動干戈的修改方式得到了進一步的革新。技術人員只需進行參數的調整，便能夠通過BIM技術進行細小環節的修繕和調節。相比較傳統的設計圖紙返修方式而言，這種修改模擬參數值的方式顯然更為方便快捷。

1.2 基于BIM的可視化技術分析

BIM技術的運用打破了三維限制，作為數字化技術，能夠有效收集建筑工程信息，模擬整個施工流程，為后續工程提供充分保障[1]。BIM的可視化技術，結合了現代計算機圖像處理技術，可以把數據文字轉換成圖像，同時基于可視化屏幕上展開交互，建筑工程主要應用數字虛擬圖像技術，以此來模擬真實的工程效果，模擬施工現場等，擺脫傳統二維圖紙，讓建筑物未來的真實場景直觀、具體地呈現。

2 BIM技術在超高層建筑結構設計中應用的意義

超高層建筑在結構設計上相對特殊，由于面積大、樓層高，并且在功能上十分復雜，所以存在著安全、空間規劃以及能耗等多種問題，對結構設計要求極高，如果在設計上存在問題，很容易造成不必要的浪費。運用BIM可視化技術，有利于全方位思考、分析，充分提高建筑設計效率和質量。BIM屬于現代信息化技術，可以應用在整個建筑施工流程，借助三維模型的構建，大大減少施工過程中的各類設計問題，為建筑質量提供有效保障[2]。其次，三維模型有利于建筑設計優化，通過真實反映出建筑物，讓設計人員能夠更加精細化觀察，針對結構設計不斷完善。從多個方面看，BIM技術在超高層建筑結構設計中，都能發揮出重要作用，尤其在傳統平面設計無法滿足建筑發展需求的情況下，更要充分利用BIM技術。通過立足于三維模型，對高層建筑結構設計展開深入探索，同時加強施工過程動態監控，及時完善建筑設計方案，從而增強建筑設計精準度[3]。

3 BIM技術在超高層建筑結構設計中應用的功能

3.1 設計數據信息化功能

相比較傳統超高層建筑設計圖紙，BIM技術的應用在數據信息方面更有優勢，首先BIM運用到現代大數據與計算等信息技術，無論在數據信息收集、處理還是分析，都展現出較為強大的功能性，有利于設計時盡快設計出不同方案，及時完善超高層建筑設計圖紙中的不足[4]。BIM作為現代數字化技術，在收集、整理數據信息上面，展現出非常高效的速率，而這也間接提高了建筑設計效率和質量，同樣有利于后續施工，因此BIM技術的信息化功能將成為關鍵因素。

3.2 對設計圖紙進行更改的功能

當下建筑行業BIM技術的運用逐漸成熟，不僅能夠獲取詳細的建筑數據信息，同時借助數據針對設計圖紙進行更改，對超高層建筑設計方案展開完善。尤其在發現施工過程中存在問題后，通過及時修改并在設計圖紙上做好標記，讓施工人員能夠順利完成任務，并符合建筑結構質量要求。建筑施工每個階段都要做好檢測、分析，這是減少施工錯誤的必要途徑，而BIM技術圖紙更改功能，優化了施工流程，解決各類可能存在的錯漏問題，因此建筑質量將會得到顯著提高，由此可見在BIM技術的支持下，超高層建筑結構設計更為專業、規范。

4 BIM技術使用下的超高層建筑設計特征分析

4.1 能夠進行基礎數據的實時共享

在進行超高層的建筑結構設計過程中，為了達到最理想的設計狀態和設計效果，不同設計部分通常會邀請專業人士給予指導性意見，甚至是通過進行不同分工派遣的方式，組建設計團隊共同進行超高層建筑的結構設計。但由于施工前設計時間較為緊迫，因此在傳統的分工派遣是圖紙設計過程中，各部分工作人員很難進行完全的溝通和實時交流。但所進行的設計工作難免具有重疊性，在缺乏交流和溝通的情境下，最終所設計出的超高層建筑結構，很容易在施工可行性方面出現問題，最終導致設計圖紙不得不進行一次返修甚至二次返修。而使用BIM技術來進行超高層的建筑設計，那么就意味著不同專業不同設計部分的工作人員，可以在同一個數據庫中進行各自的設計工作。不同專業的設計人員可以通過在線的數據分析和參數共享的方式進行在線實時交流，這能夠有效地規避不同專業設計人員在進行重疊部分結構設計過程中可能出現的矛盾，讓超高層建筑結構設計變得更為順利，有效節約建筑設計一次返修和二次返修的時間，使得超高層建筑設計效果得到進一步的保障。這便是BIM技術使用過程中存在的，較為明顯的優勢。

4.2 進行工作流程的進一步優化

由于超高層建筑結構較為復雜，因此即便使用BIM建筑設計方式，工作人員也需要在每一個設計階段告一段落之后，進行設計可行性的檢測與分析。并根據BIM技術所搭建的逼真模型，來進行設計成果和質量的深入檢測與討論，只有如此才能使得工作流程得到進一步的調整與優化。在模型搭建的過程中，無論哪一階段的預想設計存在不合理之處，都可以通過參數的調節來進行施工流程和方法的調整。這種流程和方式優化的理念，遠遠優于施工項目啟動后推翻原有設計思維方式，重新制作。能夠在很大程度上節約施工成本，節約施工所耗費時間，使得超高層建筑設計施工在合理工期內完成。

4.3 進行施工質量的進一步優化

在傳統的施工設計過程中，雖然工作人員能夠通過圖紙的繪制來進行超高層建筑設計整體方案架構的調整，使施工質量得到更為全面的保障。但需要注意的是，并非所有的施工環節尺寸參數都能夠通過先前的圖紙繪制來進行精細標注，因此以圖紙繪制的方式來進行超高層的建筑設計施工，難免會存在誤差。一旦出現誤差，就很容易影響到最終的施工效果和施工質量。BIM技術的使用，則完全杜絕了這一現象的發生，使用BIM技術來進行逼真模型的建設和構造，能夠預測模擬出最精細的尺寸和參數，在BIM技術使用背景下進行超高層建筑的施工，夠達到施工建筑的實施步驟和細微處的施工參數尺寸，與逼真模型預測毫無二致的理想化狀態。這樣一來，超高層建筑的施工質量就得到了更進一步的保障，這也是BIM技術使用過程中較為顯著的特點。

5 基于BIM的可視化技術在超高層建筑結構設計中的應用

5.1 對建筑功能進行分析

BIM可視化技術的功能全面，借助三維模型就能展開工程結構設計、建造管理，屬于現代化數字工具，能夠貫穿在整個施工流程。以往平面設計無法對建筑功能展開分析，包括明確建筑如何維護、保養結構體，在BIM技術應用后，可以全面性分析建筑功能，并在建造階段合理調整。如果設計建筑結構時，只是簡單完成每個環節的設計，再調換各個部分，在結構設計要求上很難達到標準。另外，傳統結構設計方法資金、人力消耗大，需要借助人力詳細分析建筑結構性能，所以會存在較為顯著的誤差，難以保證數據信息精準性，不僅無法為建筑工程提供依據指導，甚至容易引發負面影響。BIM技術的運用嚴格遵循系統規范，可以充分完善建筑功能，在設計過程中只需要將數據信息導入BIM模型中，即可自動分析出建筑結構的不同功能數據，不但提高了建筑設計效率，質量上也會得到保障，還能夠更進一步地減少人力資源的使用和設計資金的浪費。從這一方面來看，BIM可視化技術的運用，還能夠有效地降低建筑施工成本。

5.2 利用BIM設計圖紙

當下超高層建筑結構設計中，BIM技術的運用成為關鍵，能夠起到建筑信息集成、設計與管理的作用，有利于提高建筑施工效率、節約投資成本，實現可持續性發展目標。目前BIM技術主要運用在圖紙設計方面，通過提前建立模型獲取更多完整、專業的信息數據，從而設計出詳細的圖紙[5]?；贐IM可視化技術設計出的圖紙，在立體感與層次性上面較為顯著，相比于傳統二維圖紙，這也是BIM技術的最大優點。BIM可視化技術在使用過程中，由設計人員完成建模，并在后續調整、優化其中的細節，從而制作出具有色彩的設計圖紙，施工人員能夠直觀看到建筑結構情況，包括具體的施工理念等。即使在建筑規模較大的情況下，仍然可以借助BIM技術放大細節，利用小范圍結構圖紙明確施工要求，并且圖紙考慮到建筑比例關系與外觀等因素。由此可見，BIM可視化技術的優勢，只要能夠充分融入超高層建筑結構設計中，發揮出其本身的作用與價值，就會為建筑質量提供保障，同時有效減少施工過程中的各類風險。因此使用BIM技術進行施工圖紙的繪制和設計這一方式，應當得到更廣泛的使用，不同施工單位和企業都需要對BIM技術在圖紙繪制中的運用，引起足夠的重視。

5.3 創建3D模型

BIM技術的運用主要以數據信息為前提，借助建筑工程的數據信息構建3D模型，以此來模擬最真實的三維建筑，憑借模型的優勢對超高層建筑結構設計進行全方位完善。傳統建筑結構設計知識將信息簡單結合，并沒有發揮出真正的作用，而BIM可視化技術將信息技術作為仿真模擬基礎，并應用在設計、施工以及管理當中。目前來看，BIM技術創建的3D模型有著巨大價值，有利于完善超高層建筑的局限性，所以很多建筑單位都在積極運用BIM技術，提高建筑管理水平與自身的核心競爭力。相比傳統二維平面設計，3D模型無疑更能表現出超高層建筑結構的復雜性，包括梁墻與梁柱的連接點、各項施工節點以及安裝方法等?？梢哉f整個施工過程充滿了挑戰，如果沒有合理運用施工技術，不僅會影響施工進度，建筑質量同樣會隨之降低，甚至為建筑工程留下安全隱患。BIM可視化技術的運用，充分降低了建筑設計與施工難度，憑借3D模型的創建，能夠直接模擬超高層建筑整體、部分項目，包括建筑中的管線位置，為施工提供了更多依據。但需要注意的是，3D模型的創建，需要具備專業技術水平工作人員的參與，因此進行具有綜合實力的高素質人才聘用，成為了未來施工單位應當重視的問題。

5.4 開展虛擬施工

在超高層建筑施工中，存在一系列的影響因素，設計方案往往與實際施工存在差異性，往往會對建筑工程造成顯著影響。BIM技術具有可視化特點，基于三維模型明確項目設計、建造以及管理運行，整個過程都被包含在內，從而便于后續的溝通、討論以及決策等。其次，還可以借助BIM技術模擬施工，及時發現設計方案中存在的問題，確保與施工形成匹配，充分保障超高層建筑質量。虛擬施工需要利用BIM可視化技術來完成，借助計算機對施工環節展開超前預測，結合虛擬現實、參數化設計等重要功能，使施工環境能夠更加真實展現，讓施工人員能夠及時發現潛在的問題。例如借助模擬施工做好碰撞檢測，避免后續出現大量返工，同時解決空間內關系沖突，針對性完善施工方案，確?？茖W合理降低誤差現象，避免后期返工造成較大損失。其次，建筑模擬施工有利于完善管道、線路設計，并且基于三維可視化功能，與施工進展形成清晰對比，這樣每個建筑項目都能得到掌握，有效降低了建筑質量問題。虛擬施工功能的開發，還能夠有效地降低施工設計完善和改進的成本，讓目標建筑呈現出最為完美的施工效果。

5.5 環保方面的應用

BIM可視化技術在建筑行業中的應用，其價值不僅僅是優化施工過程，還可以提高建筑的綠色環保性能，目前來看設計師基于BIM技術，除了關注施工流程是否滿足需求外，在其他領域同樣能夠創造價值。我國現代建筑行業全面倡導綠色發展，因此環境保護將成為趨勢，尤其在超高層建筑中已經融入綠色理念，為了順應時代發展潮流，應借助BIM技術的全面使用，合理規劃超高層建筑綠色環境、性能。例如通過BNP技術合理設計超高層建筑位置、朝向，分析出最佳的通風與采光，從而提高建筑內部舒適度，在滿足日常生活條件的同時，借助布局實現綠色發展目標。在超高層建筑結構設計中，可以把BIM技術與Ecotect軟件結合使用，并分析出光照、太陽輻射等重要因素，充分滿足現代綠色建筑設計需求。通過實踐運用發現BIM可視化技術，確實能夠在綠色環保方面起到作用，只要發揮出BIM技術的最大化作用，我國建筑行業必然實現綠色發展目標。這與我國可持續發展的工業生產和經濟建設理念不謀而合，因此從這個方面來看，BIM技術具有遠大的發展前景和發展空間。

6 結語

科技發展為我國建筑行業注入了更多驅動力，憑借著先進的技術手段，大幅提高建筑水平與質量，尤其是BIM技術的引入，改變了傳統平面設計中的缺陷和不足，通過打造3D模型模擬施工，制定詳細的施工流程。近年來高層、超高層建筑越來越多，其在結構設計上存在一定難度，為了保證安全性和穩定性，必須借助BIM技術完善施工流程，并且超高層建筑結構設計運用BIM技術已經成為必然的趨勢。由此可見，BIM技術的作用不可替代，有利于增強現代高層建筑水平，充分保障建筑質量，因此要根據建筑實際合理運用，推動我國建筑行業快速發展。