0 引言

随着建筑工程技术的飞速发展，BIM技术在工程建设领域的应用日益广泛，成为推动行业创新的重要动力。尤其在超高层建筑设计与施工中，BIM技术凭借其独特优势，为解决超高层建筑的复杂性和技术性难题提供有效途径。

BIM技术在国内超高层建筑项目中的应用也逐渐展现出巨大潜力。例如贾宝莹等^[1-4]利用BIM技术在超高层项目应用中显著提高施工效率，节约施工成本，缩短工程周期。石韵等^[5-7]利用BIM技术在超高层项目钢结构施工中的应用，实现工程的数字化建造。尽管BIM技术在超高层建筑中的应用取得一定成果，但仍面临诸多问题和挑战。

北京市住房和城乡建设委员会发布的《北京市住房和城乡建设委员会关于印发2024年工程施工质量管理工作要点的通知》^[8]京建发〔2024〕94号文明确指出，要有效运用BIM信息化技术和智能设备，以提升对特殊部位、关键工序的智慧化管控，实现智慧提质^[9]。这不仅是对建筑行业信息化、智能化发展的一种引领，也是对提高工程施工质量、确保建筑安全的具体要求。超高层建筑的结构复杂、系统繁多，对BIM技术的应用提出更高的要求。以工程施工难题为出发点，创建BIM技术与施工体系融合模式，以解决工程建造难题为根本，是探究新管理模式和发展新技术必然趋势。

1 工程概况

国家金融信息大厦项目位于北京市丰台区丽泽金融商务核心区，总建筑面积22.75万m²，地上39层，地下5层，工程造价18.99亿元，由东西对称双塔楼、1栋裙房组成，塔楼高度为203.4m，裙楼高度为29.2m。

工程作为北京市开展金融信息服务全面战略合作的重大成果，不仅是推进金融信息平台建设、提升在国际金融信息领域的话语权的重点工程, 而且是加强首都金融信息服务、支持首都金融业快速发展的重大举措，对维护我国金融安全和信息安全具有重要战略意义，工程效果如图1所示。

图1 工程效果

Fig.1 Engineering effect

2 工程重难点分析

1）全生命期BIM数据传递要求高

工程建设方对项目各阶段BIM及信息化应用关注度高，并明确要求项目采用正向设计，强调将BIM数据在设计、施工、运维阶段进行逐级传递，以确保工程最终建设成为绿色智能化信息大厦。

2）多专业深化管控难度大

工程项目建造体量庞大，其中涉及多道工序交叉作业和多个专业并行施工，这使施工管理异常复杂。此外，由于分部工程存在多标段分区实际情况，各参建单位BIM实施能力存在不均衡现象，增加统一各单位BIM实施标准和模型质量的难度。

3）参建方管理齐全BIM标准要求高

工程建设方重视大厦信息交付标准，通过打造全专业正向设计模型，确保项目在投资和设计阶段的精准性和高效性。工程建设方在施工建造中组建完整的组织管理链条，要求每个各参建单位均需设置专人负责BIM应用的实施，并定期对建造过程BIM实施成果进行核查，此项管理模式不仅提升BIM标准实践深度，而且对BIM实施质量提出极高要求。

4）BIM技术攻克复杂问题难度大

工程施工中机电、钢结构、幕墙、精装等工程面临超高、超重、超长的施工难题。不仅涉及复杂的施工技术问题，且包含多专业间的交叉与协调，基于BIM技术实现全面审查和解决施工难题的难度极大。

3 正向设计标准传递

3.1 正向设计标准

设计方案确定后，根据建设方对于各阶段BIM应用需求，制定详尽的项目全过程BIM实施标准，包括标准实施导则、文件命名原则、模型文件拆分方式、模型名称编码原则，以及构件编码标准等核心原则，为项目BIM数据在各阶段的高效传递奠定坚实基础，工程BIM实施标准如图2所示。结构和机电专业BIM出图如图3所示。

图2 工程BIM实施标准

Fig.2 Engineering BIM implementation standards

图3 结构和机电专业BIM出图

Fig.3 Structure and electromechanical professional BIM drawing

工程基于协作中心模型，实现多专业高效协同工作，确保设计过程顺畅进行。在设计图纸输出方面，在Revit文件中嵌入项目特定的出图标准，按模板直接生成CAD图纸，设计阶段结构专业和机电专业图纸模板如图3所示。同时利用Revit三维联动功能进行动态修改，显著减少校核不同视图图纸的生成时间，缩减设计工作所需周期，为项目顺利实施提供有力保障。

3.2 施工深化设计

针对机电工程施工深化设计，基于设计模型进行管线的排布优化。在深化设计过程中，确保重要功能走廊施工空间满足效果要求，同时考虑精装、砌体以及钢结构工程对管线安装的施工影响，通过精细的模型模拟，确定设计方案，从而输出吊顶标高数据。

工程正向设计标准模板以数据文件方式延伸至各专业深化设计。针对功能机房进行专项出图，包括专业平面图、轴测图等，为管理人员提供详实的施工指导。针对屋面工程施工进行详细的规划和实践，最终完成深化屋面构造节点、人防出入口、塔楼停机坪、塔楼屋面入口、采光顶、擦窗机基础以及裙房入口等屋面重点部位的模型深化出图工作。

4 关键施工技术攻关

4.1 大跨度多层桁架整体平行提升

在大跨度平行桁架安装过程中，利用BIM实现高效拼装和稳固的提升。桁架位于标高96.800～111.900m的高空，跨度达45.1m，单榀高15.1m，为避免原结构对桁架提升的阻碍，采用BIM模型深化桁架各个组件，以可视化的方式进行施工分析，确定最终桁架的安装方案。该方案在桁架两端采取斜切面+嵌补段的方式进行安装，每个分段以1弦杆、2斜腹杆为1个单元进行卧拼，随后与桁架整体组装，桁架深化设计模型如图4所示，不仅减少拼装过程场地的大幅度占用，还显著缩短桁架组装周期。

为确保拼装方案可行性和稳定性，对拼装模型进行稳定性力学分析。桁架起吊提升时，钢构件承载力均满足要求，提升架最大挠度1.9mm，杆件应力比≤0.6，200t吊具最大应力273MPa，最大竖向变形为0.02mm，满足提升要求，安装完成后，桁架最大挠度为1.4mm，稳定性符合要求，拼装桁架、提升架及吊具受力分析如图5所示。方案不仅为大型工程中大跨度平行桁架安装提供有效解决方案，也为BIM技术在施工领域应用提供经验。

图4 桁架深化设计模型

Fig.4 Truss deepening design model

图5 拼装桁架、提升架及吊具受力分析

Fig.5 Force analysis of assembled truss, lifting frame and spreader

4.2 斜挂式单层菱形网格圆管桁架施工

在斜挂式圆管桁架安装过程中，利用BIM技术实现对桁架杆件连接节点深化和精细设计。桁架杆件截面尺寸为φ600×16，采用Q355B材质，并以47°固定于多层桁架的顶部和底部，斜挂式桁架构件分解如图6所示。为确保连接节点的稳固性和安全性，对连接节点进行模型深化设计，并模拟桁架的安装步骤，以验证实施方案可行性，最终实现桁架顺利安装，桁架高空拼装施工如图7所示。

图6 斜挂式圆管桁架构件分解

Fig.6 Component decomposition of inclined hanging round tube truss

图7 桁架高空拼装

Fig.7 Overhead assembly of trusses

4.3 层叠发射式交叉桁架施工

工程层叠发射式交叉桁架结构位于塔楼顶部，是连接2座双子塔的关键支撑结构。桁架的底部为38层连廊，桁架与塔楼外框钢柱刚性连接，负有核心承载作用，连廊上方是连接2座双子塔核心筒的连体桁架，增加结构整体稳定性，连体桁架总计有2片，单片高度达7.95m、重达106t，由坚固的箱型杆件组成，层叠式发射桁架构造如图8所示。

图8 层叠式发射桁架构造

Fig.8 Cascade launch truss construction

针对多肢多截面腔体节点进行连接构造深化设计，以箱型钢柱作为主要杆件，依次进行主梁与钢柱、次梁与钢柱、圆管斜撑与钢柱以及水平撑与钢柱的节点逐级设计。为验证节点设计的合理性，对节点进行受力分析，并根据分析结果对节点进行相应的调整，输出设计图纸完成腔体定型，多肢多界面腔体节点设计如图9所示。为确保制作过程中的精度和质量，采用自动化设备或机器人进行制作，解决节点多向传力问题及制作过程中技术难题。

图9 多肢多截面腔体节点

Fig.9 Multi-limb and multi-section lumen segments

4.4 超长悬臂及超大跨度桁架体系施工

工程裙楼结构长度达104.4m、宽度达为42.1m的特点，借助BIM模型对桁架体系进行划分，提出对裙楼施工进行分组分段施工的方案，将裙楼整体钢结构划分为东西两侧框架、多功能面层以及多功能厅屋面桁架结构3部分，并对悬臂三角桁架区域根据钢结构自重、混凝土板安装完成、屋面装饰层安装完成3个施工阶段进行受力分析，确保悬臂三角区域桁架的各周期受力稳定性，桁架挠度计算值如表1所示，表内均表示11.900m标高处各轴线端部挠度值。悬臂三角区域桁架受力分析如图10所示。这种模型划分与受力分析实践方式，不仅有利于施工组织与管理，还能提高施工质量和安全性能。

图10 悬臂三角区域桁架受力分析

Fig.10 Force analysis of cantilever triangular area truss

5 重点部位创优策划

5.1 装饰专项创优

工程39层高14.7m，展览厅区域存在管道超高安装、双斜面跌级吊顶交接和超高吊装的情况，超高施工返工成本高，双向斜度吊顶定位精度高，为保证工程一次施工成优，对展览厅区域进行专项BIM建模，整合模型后对区域施工工序进行前置规划，优化超高管道施工所需的脚手架措施费用，将风管管道集中在核心筒四周布置，不仅可以将管道施工区域与跌级吊顶内支架区域分离，且大幅度降低管道施工的脚手架搭设面积，从而控制脚手架措施的费用，展览厅整合碰撞校核模型如图11所示。此项方案施工大幅度提升管道施工与超高吊顶的施工速度，实现一次定位安装成果的效果。

图11 装饰施工深化节点

Fig.11 Decorative construction deepens joint

5.2 机房专项创优

工程机房实施方案在策划阶段即对机房的管综模型和装饰模型进行细致的综合排版。机房装饰确保600mm×60mm0型号硅酸盖板铺设实现整块对齐或中心对称，从而提升机房装饰的整洁度。机电安装考虑机房的创优要求，布置除管线综合外的机组和阀件接电、线槽穿墙等细部构造，这些细节的优化设计，不仅明确机房接线标准，还增强其机房设计深度，机房细部构造如图12所示。

图12 机房专项构造设计

Fig.12 Special structural design of computer room

6 信息平台为施工赋能

工程采用自主研发的工程智慧管控平台，实现对项目管理的数字化升级。平台具备高效的计划管控系统，通过内置各类型工程的WBS模板^[10]，可实现工程任务智能分解，在输入工程基本结构类型信息后，平台自动匹配总进度计划，人工对下级计划与周期调整，确保线上各计划节点的准确性。平台具备对总控计划的监督预警功能，计划节点临期时，项目管控平台会以平台信息和短信形式进行提醒，确保项目节点按期完成。

7 结语

工程积极探索BIM技术在建筑工程设计向施工阶段过渡中的传递性，在工程设计阶段编制正向设计BIM模型的出图标准、模型数据标准，以统一的模型标准向竣工阶段传递，并在建造过程中根据施工、运维交付需要进行标准更新及补充，打造最终交付模型。正向设计BIM模型在转化设计和出图传递两方面具有突出的表现。在施工阶段通过模型搭建、过程校核完成技术准备，验证施工可行性，一旦完成出图，信息便能够迅速且有效地传递给专业施工人员，从而确保施工过程的顺利进行。

针对超高层建筑施工特性，以BIM技术为基石，发挥其在解决复杂技术攻关和重点部位创优提升方面的优势。在钢结构施工关键技术攻关中，基于钢结构BIM深化设计模型，对大跨度多层架整体平行提升、斜挂式单层菱形网格圆管架施工、层叠发射式交叉架施工、超长悬臂及超大跨度架组合体系关键施工共计四项技术进行攻关，解决超高、超大、超重钢结构施工安装难题。建立重点部位创优方案，基于各专业BIM深化设计模型，对顶层展览厅、功能机房等重点区域进行质量创优，实现以BIM模型成果驱动工程、技术、机电业务部门提升工程品质的效果。在小型化、精细化且管理链条紧凑的专项工程中，BIM技术的运用效果尤为显著，不仅提升施工效率，也保障工程质量。

施工计划管理是工程施工过程中的关键。工程搭建企业自主研发的智慧管控平台，将项目各业务工作信息化，实现项目施工过程中的信息匹配，并加强施工计划功能，实现总进度计划快捷生成，其他业务信息分配至各计划节点，提升施工计划体系决策精度。通过智慧管控平台大幅提升施工计划的管理效率，实现施工周期的显著缩短，为建筑行业的智能化升级提供新的路径。