基于BIM技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)件的應用

許藍月，單賀明，黃春陽

（1.安陽工學院土木與建筑工程學院，河南安陽455000；2.安陽師范學院建筑工程學院，河南安陽455000）

2017年3月23日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十三五”裝配式建筑行動方案》指出要建立適合BIM技術(shù)應用的裝配式建筑工程管理模式，推進BIM技術(shù)在裝配式建筑規(guī)劃、勘察、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修、運行維護全過程的集成應用，實現(xiàn)工程建設(shè)項目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理。在該目標的指引下，BIM技術(shù)越來越多地應用于裝配式建筑工程中，實現(xiàn)裝配式建筑工程項目信息的集成、管理、共享，促進裝配式建筑的推廣[1]。

隨著我國裝配式建筑市場規(guī)模的迅速擴張，2018年裝配式建筑市場占有量較2017同比增長將近60%，產(chǎn)值超過了4000億元。裝配式建筑的迅速發(fā)展，現(xiàn)行現(xiàn)澆式建筑的設(shè)計建造方法有逐漸被取代的趨勢，BIM技術(shù)已經(jīng)成為裝配式建筑發(fā)展過程中至關(guān)重要的技術(shù)手段[2]，它實現(xiàn)了對裝配式建筑構(gòu)件的精細化管理，提高了信息在各階段的傳遞和流轉(zhuǎn)效率、專業(yè)間的協(xié)同配合，也實現(xiàn)了對裝配式建筑構(gòu)件全生命周期的管理，不斷推動著裝配式建筑技術(shù)的日新月異以及我國建筑工業(yè)化的發(fā)展。

裝配式建筑的信息化已經(jīng)開啟，裝配式建筑的工業(yè)化正在形成，智能化的裝配式建筑正在萌芽[3]。自《“十三五”裝配式建筑行動方案》對近五年全國不同地區(qū)應建裝配式建筑占新建建筑的比例提出具體目標要求以來，我國裝配式建筑呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。大力發(fā)展預制裝配式建筑，實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級，成為“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下建筑業(yè)發(fā)展的不二之選?；贐IM技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)件，必然會引起一場預制裝配式建筑領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)性革新。

1 BIM技術(shù)

BIM(即 Building Information Modeling)技術(shù)是建筑信息模型的縮寫，它以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的可視化工程數(shù)據(jù)模型[4]。這種模型服務于建筑全生命周期管理 BLM(Building Lifecycle Management)，對建筑工程項目的設(shè)計、施工、運維等各個階段的工作進行指導，實現(xiàn)工程信息的共享與傳遞，是項目的實際管控者。

BIM技術(shù)是對建筑工程項目設(shè)計、施工以及運維階段情況的真實反應，它具有以下5個特點：（1）可視化：BIM技術(shù)可將平面圖紙轉(zhuǎn)化為3D立體呈現(xiàn)，也可對整個項目的建設(shè)全過程進行動畫演示，使建筑的設(shè)計、施工、運維過程等均在可視化環(huán)境下開展；（2）協(xié)同性：每個工程項目都包含大量的信息，BIM技術(shù)可將其分類整合處理，保證信息的協(xié)同，特別是在設(shè)計過程中對各專業(yè)間的碰撞問題進行協(xié)調(diào)處理，實現(xiàn)設(shè)計與實際施工信息的協(xié)同[1]；（3）可模擬性：在施工階段借助4D/5D模擬，實現(xiàn)項目成本控制并得到合理的施工組織設(shè)計，確保工程進度不受影響；（4）可優(yōu)化性：BIM技術(shù)可以將項目實際信息與計劃信息進行比較處理，經(jīng)過對施工計劃的科學優(yōu)化，為后期施工提供最優(yōu)的施工方案，實現(xiàn)各個施工工序的合理銜接；(5)可出圖性：BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了3D可視化仿真模擬與方案優(yōu)化之后，形成管線綜合圖和結(jié)構(gòu)孔洞預留的大樣圖，避免后期施工錯誤。

2 BIM技術(shù)在建筑各階段的應用

2.1 構(gòu)件設(shè)計階段

2.1.1 結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計階段

對建筑結(jié)構(gòu)進行拆分是裝配式建筑預制構(gòu)件設(shè)計過程中最重要的一個步驟，拆分方法的選擇直接影響構(gòu)件的種類多少、生產(chǎn)工藝與施工方式等[5]。利用BIM技術(shù)對裝配式建筑結(jié)構(gòu)進行拆分設(shè)計，并生成具體生動的模擬動畫，人們可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)等各方面的考慮不斷優(yōu)化拆分方式，實現(xiàn)對不足設(shè)計方案的及時修改，直至找到最合理的拆分方法，有效避免了不同專業(yè)之間設(shè)計的差異并減少了構(gòu)件的種類，滿足裝配式建筑“少規(guī)格，多組合”的設(shè)計原則。

2.1.2 構(gòu)件預留預埋設(shè)計階段

組成裝配式建筑的部分預制構(gòu)件要進行預埋預留設(shè)計，為后期安裝與裝修做準備，所以構(gòu)件交互節(jié)點處的設(shè)計不能出現(xiàn)任何差錯，要實現(xiàn)精細化、精準化設(shè)計?；贐IM技術(shù)構(gòu)建的裝配式建筑工程信息共享平臺，可以整合處理裝配式建筑工程的所有信息，構(gòu)建標準化的裝配式建筑構(gòu)件庫，設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計需要從中調(diào)用相關(guān)構(gòu)件，進行碰撞檢測，利用檢測結(jié)果靈活布置構(gòu)件或?qū)υO(shè)計方案中不合理的地方進行修改，及時補救，避免出現(xiàn)因設(shè)計問題造成的工期滯后。

2.2 構(gòu)件生產(chǎn)和運輸階段

2.2.1 構(gòu)件生產(chǎn)階段

構(gòu)件生產(chǎn)是裝配式建筑建造過程中十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，要嚴格按照設(shè)計標準進行生產(chǎn)，然而傳統(tǒng)的構(gòu)件設(shè)計圖都是平面二維的，很容易造成讀圖困難甚至出現(xiàn)讀圖錯誤。裝配式建筑構(gòu)件庫中的模型則是三維立體的，可以從各個角度進行觀察，同時相關(guān)的尺寸參數(shù)也直接在模型中顯示，在生產(chǎn)前把此構(gòu)件從構(gòu)件庫中提取出來傳送給生產(chǎn)廠家，方便快捷[6]，有效避免了廠家構(gòu)件識別錯誤導致生產(chǎn)錯誤這類事情的發(fā)生，降低了構(gòu)件生產(chǎn)風險。

2.2.2 構(gòu)件質(zhì)量檢測階段

利用BIM技術(shù)建立的構(gòu)件尺寸及質(zhì)量檢測系統(tǒng)，可以按照構(gòu)件庫中的設(shè)計要求嚴格監(jiān)控構(gòu)件的尺寸，將變形誤差控制在允許的范圍內(nèi)，避免了現(xiàn)場施工時出現(xiàn)裝配不合格進而需要返工或者是更為嚴重的質(zhì)量安全問題，有效減輕了工程承擔經(jīng)濟損失的風險。生產(chǎn)廠家每天將各種構(gòu)件的產(chǎn)量上傳到裝配式建筑工程信息共享平臺上，設(shè)計人員、施工人員據(jù)此作出反饋，廠家實時調(diào)整生產(chǎn)計劃，時刻做到滿足施工的需要。

2.2.3 構(gòu)件運輸階段

一般建筑工程的施工場地面積、范圍有限，可以存放的構(gòu)件數(shù)量同樣有限，且大多數(shù)場地環(huán)境條件較差，滿足不了構(gòu)件長時間儲存的要求，而構(gòu)件從生產(chǎn)廠家運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場又需要經(jīng)歷一定的時間，如何保證現(xiàn)場預備的構(gòu)件數(shù)量始終不會影響施工進度？借助BIM技術(shù)構(gòu)建的裝配式建筑工程信息共享平臺可實時監(jiān)控施工現(xiàn)場的構(gòu)件數(shù)量，幫助廠家制定構(gòu)件生產(chǎn)計劃，合理規(guī)劃出需要運送的各種構(gòu)件數(shù)、運輸車次，并且給出最優(yōu)裝載搭配方案，提升預制構(gòu)件倉儲水平，提高運輸效率的同時有效地防止了構(gòu)件在運輸過程中產(chǎn)生碰撞破壞，降低了運輸成本。

2.3 現(xiàn)場構(gòu)件裝配階段

2.3.1 構(gòu)件裝配階段

裝配式建筑施工工序的選擇，將對項目的工期、成本等產(chǎn)生很大的影響。因此，在施工之前，制定完善的構(gòu)件安全管理方案，應用BIM可視化的虛擬裝配技術(shù)對建筑裝配過程進行3D動畫模擬，多次模擬施工現(xiàn)場中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，提前做好安全隱患處理，掌握對施工過程有效的控制。在施工過程中，交互節(jié)點的連接可靠性關(guān)乎著整個工程的質(zhì)量安全，利用BIM可視化的構(gòu)件虛擬裝配技術(shù)，向施工人員展示構(gòu)件節(jié)點的施工流程，讓施工技術(shù)人員能夠真正掌握預制構(gòu)件裝配的關(guān)鍵操作技術(shù)，實現(xiàn)施工現(xiàn)場構(gòu)件無差錯安裝，提高施工精確度，使資源浪費最小化[7]。

2.3.2 施工進度與質(zhì)量控制階段

工程管理人員將以工期為依據(jù)編制的施工進度計劃導入到建筑信息模型當中，利用BIM技術(shù)對構(gòu)件裝配過程中的所有信息整合處理，得到四維詳細施工方案，對工程施工計劃進行合理地調(diào)整。在實際施工過程中，借助BIM 5D技術(shù)對施工進度和施工質(zhì)量進行跟蹤，將實際數(shù)據(jù)與計劃數(shù)據(jù)相比較，得出偏差，然后把偏差反饋到5D信息模型當中，不斷調(diào)整優(yōu)化，運用合理的方法投入資金和資源，對偏差進行糾正，確保施工進度與工程質(zhì)量不受影響[8]。利用數(shù)字化和信息化技術(shù)對整個施工過程進行管理，實現(xiàn)時間和成本的節(jié)約，達到提升項目管理效率的目的。

2.4 后期構(gòu)件運維階段

工程項目完成以后，對于建筑中預制構(gòu)件的監(jiān)測管理是一項很復雜繁重的工作，基于BIM技術(shù)的裝配式建筑工程信息共享平臺將發(fā)揮極其重要的作用，平臺中包括該工程項目中每一個構(gòu)件的信息以及最后位于的建筑結(jié)構(gòu)位置，通過它可以隨時監(jiān)測各種各樣的構(gòu)件以及建筑設(shè)備，準確地分析建筑構(gòu)件的耐久性、安全性和其他性能，方便進行維護和搶修，實現(xiàn)工程項目運維階段的智能化管理[9]。

利用裝配式建筑工程信息共享平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)庫，分析裝配式建筑的實際運營情況，及時給出反饋，保證裝配式建筑穩(wěn)定的運營[10]。同時，在建筑物達到設(shè)計使用壽命時，再次利用構(gòu)件質(zhì)量檢測系統(tǒng)確定各構(gòu)件是否還能繼續(xù)循環(huán)使用，實現(xiàn)了資源的節(jié)約，推進建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 總結(jié)

預制裝配式建筑構(gòu)件作為裝配式建筑的最小構(gòu)成單元，利用BIM技術(shù)實現(xiàn)了標準化、精細化設(shè)計，同時建立標準的裝配式建筑構(gòu)件庫，有助于構(gòu)件的標準化、規(guī)?；a(chǎn)；以構(gòu)件質(zhì)量檢測系統(tǒng)對構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量進行實時檢測，保障構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量；借助BIM技術(shù)建立裝配式建筑工程信息共享平臺，自動調(diào)配構(gòu)件生產(chǎn)速度、輸送數(shù)量，同時基于BIM技術(shù)協(xié)同性、可視性的特點，實現(xiàn)了對現(xiàn)場施工裝配過程的3D動畫模擬，有利于及時發(fā)現(xiàn)存在的施工隱患，掌握對實際施工過程的有效控制，同時也實現(xiàn)了對后期運維階段的高效監(jiān)測與管理。

以BIM技術(shù)對裝配式建筑構(gòu)件的全生命周期監(jiān)管控制，促使我國的預制裝配式建筑不僅達到了文明施工、安全管理的要求，還有利于節(jié)約資源，保護環(huán)境，是裝配式建筑發(fā)展的最優(yōu)前景，應積極推廣。在工程應用中，應根據(jù)實際情況不斷進行技術(shù)的改革與創(chuàng)新，實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)件不斷發(fā)展，加快推進建筑業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)我國建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化、信息化和智能化的跨越式發(fā)展。