基于BIM 技术的复杂结构工程施工模拟与优化策略

一、引言

（一）研究背景

近年来，随着城市化进程的加速和建筑设计理念的创新，大量具有独特造型和复杂结构的建筑工程不断涌现，如大跨度桥梁、超高层建筑、异形钢结构场馆等。这类工程在施工过程中面临着空间布局复杂、工序衔接紧密、多专业交叉作业频繁等问题，传统的二维图纸交底、经验化施工管理模式易导致施工冲突、进度延误、资源浪费等现象。据统计，复杂结构工程因施工方案不合理造成的返工率较常规工程高出 30% 以上，工期延误率平均达 25% ，严重影响工程效益。

（二）研究意义

BIM 技术作为建筑行业数字化转型的核心技术，通过构建包含建筑全生命周期信息的三维模型，实现了施工过程的可视化模拟与精细化管理。将 BIM 技术引入复杂结构工程施工阶段，能够在施工前对各环节进行虚拟预演，提前发现潜在问题并优化解决方案，从而提高施工效率、保障工程质量。因此，研究基于 BIM 技术的复杂结构工程施工模拟与优化策略，具有重要的理论价值和实践意义。

（三）研究现状

国内外学者已针对 BIM 技术在施工领域的应用开展了大量研究。在施工模拟方面，李慧等（2020）通过 BIM 技术构建了某超高层建筑的施工进度模拟模型，实现了进度计划与三维模型的联动，有效减少了工序冲突；王广斌等（2019）利用 BIM 技术对复杂钢结构的吊装过程进行动态模拟，优化了吊装机械选型和吊装顺序。在优化策略方面，张建平（2018）提出基于 BIM 的施工资源动态配置方法，通过模拟不同资源投入方案，实现了资源利用效率的最大化；刘照球等（2021）结合 BIM 与物联网技术，构建了复杂结构工程施工过程的实时监控与优化系统。尽管现有研究已取得一定成果，但针对复杂结构工程施工模拟的全流程整合及多维度优化策略的系统性研究仍有待深化。

二、BIM 技术在复杂结构工程施工模拟中的应用流程

（一）BIM 模型构建

1. 模型标准制定

复杂结构工程涉及建筑、结构、机电等多个专业，为确保各专业模型的兼容性，需先制定统一的 BIM 模型标准，包括构件命名规则、精度等级、信息录入要求等。例如，在某大型体育场馆项目中，项目团队参照《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212-2016），明确钢结构构件以“材质-类型-位置-编号”为命名规则，模型精度达到 LOD400，满足施工模拟对构件尺寸、连接方式等细节信息的要求。

2. 多专业模型整合

各专业团队基于Revit、Tekla 等软件分别构建专业模型后，通过Navisworks等平台进行模型整合，形成包含全专业信息的 BIM 综合模型。在此过程中，需通过碰撞检测功能排查各专业模型间的空间冲突，如管线与钢结构的碰撞、设备基础与结构梁的冲突等。某机场航站楼项目通过 BIM 模型整合，共检测出各专业碰撞点236 处，经提前优化后，现场返工率降低了 40% 。

（二）施工进度模拟

1. 进度计划关联

将施工进度计划（如 Project 编制的甘特图）与 BIM 模型进行关联，通过时间维度的叠加，实现施工过程的四维（4D）模拟。在模拟过程中，可直观展示各工序的开始时间、持续时间及空间占用情况，如某桥梁工程通过 4D 模拟，清晰呈现了主桥悬臂浇筑各节段的施工顺序和时间节点，为现场施工提供了精准指导。

2. 进度偏差分析

通过 BIM 平台实时录入现场施工数据，与模拟进度进行对比分析，当实际进度与计划进度出现偏差时，系统自动发出预警并生成偏差报告。例如，某超高层建筑项目利用 BIM 进度模拟发现核心筒施工滞后计划 5 天，通过分析滞后原因，及时调整后续工序逻辑，避免了工期进一步延误。

（三）资源配置模拟

1. 人力与机械配置模拟

基于 BIM 模型的工程量统计功能，结合施工进度计划，模拟不同阶段的人力、机械需求。通过输入劳动力数量、机械型号等参数，可直观展示资源在空间上的分布情况，避免资源扎堆或闲置。某钢结构厂房项目通过 BIM 模拟优化了吊装机械的布置方案，使机械利用率提高了 20% ，减少了机械闲置成本。

2. 材料供应模拟

利用 BIM 模型的构件信息，关联材料采购计划和库存数据，模拟材料进场时间、堆放位置及使用流程。当材料供应与施工进度不匹配时，系统自动提示调整采购计划，确保材料及时供应且不占用过多场地。某地铁站项目通过 BIM材料供应模拟，降低了材料库存积压率 30% ，减少了资金占用。

三、基于BIM 技术的复杂结构工程施工优化策略

（一）施工方案优化

1. 复杂工序虚拟验证

针对复杂结构工程中的关键工序（如大跨度钢结构吊装、高空作业平台搭建等），利用 BIM 技术进行虚拟施工验证，通过模拟不同方案的施工过程，对比分析其可行性和安全性。例如，某会展中心项目对屋盖钢结构的吊装方案进行 BIM 模拟，通过对比“分块吊装”和“整体提升”两种方案的施工时间、机械投入、安全风险，最终选择了更优的分块吊装方案，缩短了吊装工期15 天。

2. 施工空间冲突优化

基于 BIM 模型的碰撞检测结果，对各专业施工空间进行重新规划，明确不同工序的空间占用范围和时间窗口。例如，在某医院综合楼项目中，通过 BIM模拟发现机电管线与吊顶龙骨的空间冲突，经优化管线走向和吊顶标高，避免了后期返工，节省成本约20 万元。

（二）进度计划优化

1. 关键路径动态调整

利用 BIM 进度模拟功能，识别施工计划中的关键路径，通过调整非关键工序的开始时间，优化资源在关键路径上的投入。当关键工序出现延误时，结合BIM 模型快速评估对后续工序的影响，制定赶工方案。某商业综合体项目通过BIM 关键路径优化，将总工期缩短了12 天。

2. 多专业协同进度优化

通过BIM 协同平台，实现各专业施工团队的信息共享，基于统一的BIM 模型制定协同施工计划，明确各专业的交叉作业时间和责任划分。例如，某高铁站项目通过 BIM 协同模拟，协调了土建、机电、装修三个专业的施工顺序，减少了专业间的等待时间，提高了整体施工效率。

四、结论与展望

（一）结论

本文研究表明，BIM 技术在复杂结构工程施工模拟中具有显著优势，通过构建全专业 BIM 模型，可实现施工进度、资源配置的可视化模拟，提前发现施工冲突；基于模拟结果从施工方案、进度计划、资源管理三个维度进行优化，能够有效提高施工效率、缩短工期、降低成本。案例应用进一步证明，BIM 技术为复杂结构工程的施工管理提供了科学、高效的解决方案。

（二）展望

未来，随着 BIM 技术与物联网、大数据、人工智能等技术的深度融合，复杂结构工程施工模拟与优化将向智能化、实时化方向发展。例如，通过物联网设备采集现场实时数据，结合 BIM 模型进行动态更新和自适应优化；利用人工智能算法自动生成最优施工方案，进一步提升优化效率。此外，还需加强 BIM技术在工程全生命周期的应用整合，实现从设计到运维的一体化管理，推动建筑行业向数字化、智能化转型。

参考文献

[1] 李慧 , 赵雪峰 , 杨晓东 . BIM 技术在超高层建筑施工进度模拟中的应用研究 [J]. 建筑技术 , 2020, 51(3): 321-324.

[2] 王广斌, 张其林, 刘沈如. 基于BIM 的复杂钢结构施工吊装模拟与优化[J]. 施工技术 , 2019, 48(15): 68-72.

[3] 张建平 , 李丁 , 王勇 . 基于 BIM 的施工资源动态配置方法及应用 [J]. 土木工程学报 , 2018, 51(7): 93-101.