BIM技術在裝配式建筑施工過程中的應用研究

徐林

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司）

1 引言

近年來，由于裝配式建筑綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效的特點，再加上政策利好，建筑行業(yè)在施工過程中都更愿意選擇裝配式的施工模式。所有預制構件按照設計要求進行預制生產，并確定出廠時間和運輸方式，在施工過程中，工人將各種構件材料進行組裝和裝配。但是，裝配式建筑構件的設計、生產、運輸、安裝環(huán)節(jié)對精準度的要求都很高，因此，為了更好地控制成本、履行綠色環(huán)保的責任，在裝配式建筑施工過程中引入BIM技術，將所有環(huán)節(jié)在數(shù)據(jù)模型中進行全過程模擬和精準控制，使工程項目的施工作業(yè)更加科學、合理、優(yōu)化、綠色、節(jié)能，體現(xiàn)較高施工水平。

2 裝配式建筑工程

2.1 裝配式建筑工程的概述

裝配式建筑工程從某種角度來說屬于系統(tǒng)工程，包括設計、生產、運輸、安裝等環(huán)節(jié)。選擇裝配式建筑，從設計一開始就要注意選擇預制結構構件，并限定結構構件的裝配工藝，經(jīng)過生產和運輸，最后，在具體的施工階段進行構件的組裝和裝配。從整個流程來看，在施工作業(yè)之前需要先設計好高精準度的預制構件，避免安裝和裝配環(huán)節(jié)由于尺寸不合適造成成本的提高、工期的拖延。由工廠進行預制構件的生產，既能提高資源的合理利用，也能改善因濕作業(yè)導致的施工工地環(huán)保不達標的情況。裝配式工程符合當前行業(yè)高質量發(fā)展的要求，符合綠色環(huán)保節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求[1]。

2.2 我國裝配式建筑工程的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國房地產業(yè)的高速發(fā)展給裝配式建筑工程的發(fā)展提供了契機。傳統(tǒng)的建造施工方式與人們持續(xù)增長的住房需求不匹配，存在較突出矛盾，這就要求建筑工程的建造模式必須革新。隨著科技的發(fā)展，裝配式出現(xiàn)在人們面前，經(jīng)過大量的工程實踐，裝配式建造水平得到提高，裝配式建筑工程成為建筑行業(yè)發(fā)展的大趨勢。

3 BIM技術

BIM概念最早由美國提出，全稱為Building Information Modeling。在概念剛提出的時候，BIM只是產品模型，包含的數(shù)字信息內容很少。隨著經(jīng)濟和數(shù)字化技術的發(fā)展，BIM應用日臻成熟，它成為可以囊括建筑工程項目全生命周期信息數(shù)據(jù)的三維模型，這里的信息數(shù)據(jù)種類繁多、格式多樣，包括進度管理、資源調配、項目內容等全方位的數(shù)據(jù)。

在建筑工程項目中應用BIM技術，可以基于三維數(shù)據(jù)模型呈現(xiàn)出項目的整體信息，各專業(yè)的設計、建造情況均可直觀看到，也便于各參與方進行溝通，更正、優(yōu)化設計方案，把控施工進度，提高施工質量。BIM技術高效的信息整合傳遞分享特點，可以避免傳統(tǒng)項目設計建造過程中費時、耗力的情況，給后續(xù)的施工提供很大便利[2]。

4 BIM技術在裝配式建筑施工過程中的應用

4.1 預制構件參數(shù)化處理

裝配式建筑中需要用到的構件有非常多的種類，為了方便對構件進行管理，提高構件精準度，需要使用BIM技術進行參數(shù)化建模。以疊合板為例，經(jīng)分析構件組成，可建立關于疊合板的嵌套族，疊合板的零件如各類鋼筋、預留預埋件、混凝土底板等作為子族；零件的合集作為父族；構件的信息以參數(shù)代表，在調用構件族文件時，將所需尺寸等信息導入文件中，即可生成所需構件模型。通過參數(shù)化建模建立產品族庫，在搭建工程BIM模型時可以明顯降低近似構件建模的工作量，同時方便統(tǒng)一修改某一種構件的參數(shù)。工程中的材料管理也可以依據(jù)構件庫的數(shù)據(jù)進行，對構件庫進行分類拆分，按照工程施工節(jié)點劃分模型、統(tǒng)計材料表和工程量，為工程的精細化管理提供數(shù)據(jù)基礎[3]。

4.2 預制構件深化設計

①基于BIM技術的裝配式建筑深化設計以構件的深化設計為核心，構件深化設計的精準度直接左右著整個項目的質量。在構件的深化設計中主要需解決構件和節(jié)點連接、構件與其他構件和結構間的干涉。

②預制件之間的連接節(jié)點是裝配式建筑最脆弱的環(huán)節(jié)。使用BIM模型研究預制件連接的情況，在軟件中對薄弱位置的構件連接節(jié)點進行模擬測試，檢查在該節(jié)點位置是否能夠順利連接。還需對預留鋼筋進行碰撞檢驗，并根據(jù)預制構件模型進行預留孔洞位置檢驗。

4.3 管線綜合深化設計

各專業(yè)BIM模型完成后需要拼裝在一起形成全專業(yè)模型，將建筑、結構、機電等單專業(yè)模型在三維環(huán)境中整合進行管線綜合深化設計。在傳統(tǒng)的裝配式建筑深化設計中，由于二維圖紙的限制，施工時會遇到大量的不協(xié)調、不合理問題導致返工；采用BIM技術將二維圖紙轉化為三維模型，使用Navisworks軟件對管線的碰撞問題進行修正，可減少節(jié)點、結構與管線沖突，保證機電管線在建筑中的協(xié)調。

基于BIM模型的三維空間展示解決了傳統(tǒng)二維圖紙空間信息缺乏的問題，便于提前發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，尤其在機電管線復雜的車庫和機房區(qū)域極大提高了綜合布線的效率，保證了深化設計的質量。同時，基于整合后的全專業(yè)模型可以使用軟件直接輸出任意位置的局部剖面圖，生成的剖面圖也會與模型保持實時的更新，有效保證了深化設計出圖的效率[4]。

4.4 場地布置模擬

①在工程施工的不同階段都可以通過BIM技術對施工場地布置方案進行優(yōu)化，例如重型機械的路線設計，施工過程中材料堆放的模擬等，通過計算機模擬的優(yōu)化方案可以有效減少二次場地布置造成的浪費[5]。

②在工程的準備階段，可以基于BIM模型建立施工場地模型，將場地內堆料場地、安全文明、加工區(qū)、交通路線等模擬綜合布置。在施工之前即可生成場地全景漫游，身臨其境的體驗施工場地的布置情況和參觀路線的模擬。

4.5 關鍵節(jié)點施工模擬

①應用BIM技術可視化的性質，可在編制施工方案時進行模擬仿真，對施工重點、難點進行可視化交底，BIM提供的三維模型，可以讓相關人員直觀了解節(jié)點施工方案細節(jié)和重點，使設計交底更準確。

②BIM技術的可視化交底內容還應包括對關鍵節(jié)點及施工關鍵環(huán)節(jié)的模擬動畫，以動畫的形式更好地展示施工方案，輔助進行最優(yōu)方案的遴選與后續(xù)的人員培訓工作。

4.6 預制構件管理

傳統(tǒng)模式下的預制構件生產流程為：模型設計→構件出圖→人工錄入→數(shù)控加工；而應用BIM技術進行的裝配式預制構件生產模式，由BIM生成的數(shù)據(jù)可直接導入工廠端進行生產。

新的生產模式流程為：BIM深化模型→數(shù)字化加工→生成加工料單。料單利用RFID技術，將預制構件與帶有構件信息的電子標簽相匹配，可作為構件出庫、運輸、堆放的管理基礎。

裝配式項目施工通常有堆場管理問題、預制構件發(fā)貨效率問題和構件運輸過程管理問題。

為解決預制構件的管理難題，將RFID技術與互聯(lián)網(wǎng)結合，以云端作為服務端，以構件信息為主線開發(fā)協(xié)同管理平臺，將構件的生產、運輸、堆場、吊裝等施工過程進行串聯(lián)，使構件信息可通過網(wǎng)頁端、移動端、系統(tǒng)管理端進行實時管控。在使用BIM技術進行裝配式建筑預制件生產時，可以在構件的料單和電子標簽中加入構件的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過黏貼或者RFID電子標簽的方式綁定在對應構件上，在協(xié)同管理平臺中就可以一物一碼的對構件進行運輸和庫存的跟蹤管理。

5 結語

綜上所述，將BIM技術應用在裝配式建筑工程施工中，二者特性的有機結合可以形成諸多優(yōu)勢，助力工程項目的高質量施工。首先，可以利用三維模型對各施工節(jié)點的情況進行可視化模擬，便于項目的各參建方及時了解流程和現(xiàn)場情況。其次，在預制裝配式結構構件中，用BIM進行深化設計可以提高預制構件的精確度。再次，基于BIM信息模型可以實現(xiàn)管線綜合的碰撞檢查，可以避免返工、修改、延誤工期等情況。最后，應用BIM技術進行各專業(yè)協(xié)同作業(yè)，可以進一步細化施工管理工作。