BIM技術在裝配式建筑中的應用研究

李 蕾 王 棟

（1.西安職業(yè)技術學院，陜西 西安 710077；2.陜西建工集團有限公司，陜西 西安 710003）

近年來，隨著我國城市化進程加快，為了滿足居民的住房需求，同時考慮到環(huán)保因素和建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化，我國政府加大了裝配式建筑的政策扶持，鼓勵地方政府和開發(fā)商在新建住宅中按照一定配比建造裝配式建筑。裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑形式，具有施工周期短、環(huán)境污染小、標準化程度高等優(yōu)點，是未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向。BIM技術又被稱作建筑信息模型，通過收集建筑信息創(chuàng)建三維立體模型，其具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬化、優(yōu)化性和可出圖性五大特點，可實現(xiàn)建設各階段互通，從而達到數(shù)據(jù)共享。將BIM技術應用在裝配式建筑中，一方面，可以集中管理煩瑣、龐大的數(shù)據(jù)信息；另一方面，可顯著提高信息共享效率，幫助工程技術人員實現(xiàn)裝配式建筑設計、施工的精細化管理。

1 裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑的優(yōu)勢

1.1 工程質(zhì)量的標準化

由于傳統(tǒng)建筑在現(xiàn)場施工中，施工人員素質(zhì)參差不齊，導致工程質(zhì)量控制一直是施工過程中的難點，而裝配式建筑采取標準化生產(chǎn)組裝，無論是車間的生產(chǎn)環(huán)境，還是施工人員的技術水平，都可以保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求，從源頭提高了建筑質(zhì)量標準。

1.2 提高建筑行業(yè)的安全生產(chǎn)水平

近年來，建筑施工現(xiàn)場成為我國安全生產(chǎn)領域重點檢查的場所之一，起因就是越來越多的安全生產(chǎn)事故發(fā)生在建筑領域。采取裝配式建筑可以提高現(xiàn)場的施工管理水平，由更專業(yè)的施工隊伍完成房屋現(xiàn)場組裝，提高建筑行業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

1.3 降低人力成本

由于建筑行業(yè)固有的臟、累特點，導致人力成本快速攀升，同時，施工人員年齡構(gòu)成趨于高齡化，不利于建筑行業(yè)的長遠發(fā)展。采用裝配式建筑，可以在工廠利用機械完成建筑構(gòu)件生產(chǎn)，不但提高了勞動效率、降低了建筑的生產(chǎn)時間，還能顯著減少生產(chǎn)過程中的人力成本，提高經(jīng)濟效益。

1.4 降低建筑物能耗，提升環(huán)保水平

我國建筑行業(yè)耗能巨大，施工過程中造成的揚塵等環(huán)境污染問題頻發(fā)，采用裝配式建筑可以將施工現(xiàn)場耗能高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到工業(yè)廠房內(nèi)，可以減少施工過程中的揚塵，也減少了現(xiàn)場作業(yè)的資源消耗。

2 BIM技術在裝配式建筑中的優(yōu)勢

2.1 建筑施工過程模擬化

BIM技術可以理解為建筑虛擬施工，利用裝配式建筑的各項技術參數(shù)，在電腦中實現(xiàn)建筑的全過程建造。通過BIM技術可全方位模擬裝配式建筑的整個建設周期，在此過程中可以發(fā)現(xiàn)裝配式建筑施工過程中可能會遇到的各種問題，以便技術人員進行監(jiān)督和及時解決問題，從而降低施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率，有效改進施工環(huán)節(jié)，節(jié)約建設成本，優(yōu)化裝配式建筑的整體質(zhì)量。

2.2 提高設計可出圖性

利用BIM技術可顯示建筑施工的全過程，因此，裝配式建筑的每一部分構(gòu)造、配件及施工環(huán)節(jié)都可以通過BIM展現(xiàn)。由于在設計時已經(jīng)將建筑的各項參數(shù)輸入到模型中，因此，在需要單個構(gòu)件或建筑模塊時，可以十分快捷地調(diào)出這部分圖紙，以供使用。BIM技術可利用模型進行評估試驗，以便根據(jù)問題及時改進工作，減少重復性、機械性的檢修工作，針對設計施工圖紙的出圖，可以減少反復修改，提高設計效率，提升預埋套管圖或管線綜合圖的出圖效率。

2.3 提高施工環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)性

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別就是需要在現(xiàn)場組裝建筑的各部分構(gòu)件，因此，需要施工技術人員互相配合。傳統(tǒng)建筑施工過程一般采用串聯(lián)的工作節(jié)奏，一個工序完成才能進行下一個工序，因此，施工環(huán)節(jié)只需要協(xié)調(diào)好關聯(lián)工序即可，裝配式建筑采用工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝，在縮短工期的同時，也要求設計、生產(chǎn)、現(xiàn)場組裝各個環(huán)節(jié)緊密配合。利用BIM技術可以模擬施工現(xiàn)場運行中的各個環(huán)節(jié)，使之相互配合、協(xié)調(diào)，避免后期操作中出現(xiàn)各種問題，節(jié)約經(jīng)濟成本投入的同時，顯著提升裝配式建筑的整體效率。

2.4 建筑三維立體的可視化

傳統(tǒng)建筑施工圖紙一般以二維平面形式展開，在涉及三維立體效果時，無法準確還原建筑的立體效果。裝配式建筑的施工過程中，是以搭積木的形式完成建筑施工過程，因此，要求設計人員在初始階段清晰地展現(xiàn)建筑的每一個施工模塊和施工環(huán)節(jié)。BIM技術所具有的三維設計，相比一般二維圖紙精確性、可靠性和指導性更強，可以幫助技術人員有效掌握裝配式建筑設計、施工、后期運行等階段的不同情況，提高裝配式建筑的裝配效率，降低施工難度，獲得更好的施工效果。

3 BIM技術在裝配式建筑設計中的應用

3.1 實現(xiàn)裝配式建筑功能模擬

BIM技術可以與其他建筑軟件協(xié)同設計，實現(xiàn)對裝配式建筑各項功能的模擬。在傳統(tǒng)設計中，對于建筑的日照分析、通風效果、暖通負荷、節(jié)能設計等參數(shù)依靠設計標準來確定，而裝配式建筑采用的建筑材料、戶型設計、技術參數(shù)與傳統(tǒng)建筑區(qū)別較大，采用BIM技術可以對建筑的各項指標進行模擬，預知建筑各項功能，通過三維立體成圖，實現(xiàn)建筑功能模擬。

3.2 實現(xiàn)裝配式建筑的深化設計

裝配式建筑的一大特點就是廣泛使用各類構(gòu)件。首先，構(gòu)件以二維圖形展開后，容易出現(xiàn)錯誤，采用BIM技術可以避免設計中出現(xiàn)設計盲點。其次，裝配式建筑構(gòu)件眾多，在現(xiàn)場施工中容易出現(xiàn)構(gòu)件組裝匹配問題，采用BIM技術可以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件組裝與設計中可能存在的問題，提前加以避免。最后，裝配式建筑的模板與構(gòu)件種類多，需要出圖的工作量大，采用BIM技術可以實現(xiàn)按照構(gòu)件類型和模板分類出圖，減少重復工作量，提高出圖效率。

3.3 建立裝配式建筑構(gòu)件BIM數(shù)據(jù)庫

建筑物主要包含梁、板、墻、柱、樓梯、建筑隔墻等構(gòu)件，裝配式建筑將各部分構(gòu)件提前預制好，然后在現(xiàn)場組裝完成。建筑的使用類型和使用功能千差萬別，為了減少裝配式建筑的現(xiàn)場施工難度，需要標準化的建筑構(gòu)件。應用BIM技術建立構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，可以豐富建筑結(jié)構(gòu)類型，提高裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)效率，減少因為重復設計構(gòu)件增加的工作量，有利于預制構(gòu)件標準化工作的開展，為裝配式建筑大規(guī)模生產(chǎn)提供支撐。

3.4 BIM技術下實現(xiàn)構(gòu)件的優(yōu)化設計

傳統(tǒng)的裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)是根據(jù)建筑設計圖紙完成后再進行生產(chǎn)，由于構(gòu)件的拆分導致后期施工質(zhì)量問題眾多，為了改變這種局面，構(gòu)件的深化設計應該參與到施工圖設計階段，采用BIM技術可以在初始階段優(yōu)化構(gòu)件設計，通過可視界面，確定構(gòu)件的生產(chǎn)尺寸和安裝效果，盡量減少構(gòu)件種類和尺寸數(shù)量。通過構(gòu)件的設計優(yōu)化，不但可以減少傳統(tǒng)設計下裝配式建筑質(zhì)量問題，還能夠有效提升后期的裝配質(zhì)量和效率。

4 BIM技術在裝配式建筑中的實踐應用

4.1 根據(jù)BIM系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)構(gòu)件

在生產(chǎn)裝配式構(gòu)件時，首先要基于設計階段BIM數(shù)據(jù)庫內(nèi)的構(gòu)件數(shù)據(jù)，制作出生產(chǎn)端的數(shù)據(jù)庫編碼，然后構(gòu)件生產(chǎn)車間從BIM數(shù)據(jù)庫調(diào)出生產(chǎn)端構(gòu)件數(shù)據(jù)庫編碼，按照規(guī)格、尺寸進行生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，還要隨時將構(gòu)件生產(chǎn)信息上傳到數(shù)據(jù)庫編碼中，設計人員進行仿真設計，驗證方案效果，以便設計人員再次優(yōu)化、設計構(gòu)件。在生產(chǎn)完成安裝構(gòu)件的過程中，可以隨時查詢到構(gòu)件的生產(chǎn)日期、安裝方式和尺寸等數(shù)據(jù)。

4.2 根據(jù)BIM系統(tǒng)模擬施工流程

利用BIM系統(tǒng)可以與Microsoft Project連接的特點，將施工計劃圖導入到Microsoft Project中，然后將BIM的3D模型圖與施工計劃圖相關聯(lián)，在構(gòu)件中加入時間因素，這樣就可以完成現(xiàn)場施工模擬。除此之外，還可以利用施工方案和BIM模型，采用Dassalt Delmia等軟件模擬項目的動態(tài)施工，通過輸入建筑數(shù)據(jù)，建立機械、建筑、人工之間的關系，然后在BIM系統(tǒng)中比較不同的裝配效率下吊裝機械和裝配式建筑之間的關系，在實際施工中采用合理的吊裝設備和人員機械配比。

4.3 利用BIM系統(tǒng)對施工現(xiàn)場遠程化監(jiān)控

在開始施工后，可以根據(jù)設計圖紙進行現(xiàn)場組裝作業(yè)。在吊裝工作開始后，運用BIM系統(tǒng)可視化操作特性，在施工現(xiàn)場按照BIM三維建模施工工序，安排施工人員進行建筑模塊吊裝。在每日施工進度確認時，要按照BIM系統(tǒng)安裝順序和進度要求檢查現(xiàn)場的吊裝施工，確保與系統(tǒng)要求一致，并且在每個建筑模塊與構(gòu)件安裝完成后，上傳到BIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行核對，確保每個建筑模塊與構(gòu)件的安裝無誤。在完成部分建筑模塊時，可以采用顏色渲染，確保與未安裝的部分區(qū)別開來，可以通過BIM系統(tǒng)直觀監(jiān)視現(xiàn)場的施工作業(yè)，以減少施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率，提高建筑質(zhì)量和安裝效率。

4.4 BIM施工現(xiàn)場布置模擬

裝配式建筑施工現(xiàn)場與傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場的區(qū)別就是對施工人員的需求較少，但對吊裝機械設備的需求較多，如何有效布置施工場地，保證各類吊裝機械設備的有序、安全工作，需要提前在BIM系統(tǒng)上進行模擬，以有效提高后期的機械設備安排，提高組裝效率。

BIM系統(tǒng)模擬施工場地內(nèi)道路、辦公區(qū)域、構(gòu)件放置區(qū)、吊裝設備位置安排等，需要將CAD圖紙導入到revit軟件中，按照每個單項的長、寬、高數(shù)據(jù)，確定各部分的面積和體積，然后確定道路、構(gòu)件放置區(qū)、辦公區(qū)、圍墻等，鏈接已經(jīng)繪制好的revit單體圖，將施工現(xiàn)場的三維立體圖顯示出來。通過BIM系統(tǒng)，可以提前合理布置施工現(xiàn)場的場地，模擬排放道路、辦公區(qū)域、構(gòu)件安置區(qū)等位置，使施工場地布置更加合理。

5 BIM技術在裝配式建筑中的成本控制

5.1 工程量計算準確，控制采購成本

傳統(tǒng)建筑中，由于建筑材料計算存在誤差，施工單位為了不影響工程進度，往往選擇按照最大工程量計算，以確保施工材料足量。而BIM系統(tǒng)可以精確計算施工中各項配件、構(gòu)件的使用數(shù)量，準確反映出采購所需要的成本。BIM系統(tǒng)所具有的分析梳理能力，可以幫助造價人員快速計算出工程量，通過關聯(lián)造價軟件，可以精確計算出裝配式建筑的總造價，避免重復計算帶來的數(shù)據(jù)誤差，有較高的準確性。另外，借助BIM系統(tǒng)，可以分析出裝配式建筑的成本構(gòu)成，有利于施工單位建造成本的核算梳理，為后期的成本優(yōu)化提供技術和數(shù)據(jù)支撐。

5.2 優(yōu)化施工流程，減少人力成本

由于建筑施工周期較長，為了保證施工質(zhì)量，往往需要技術人員現(xiàn)場指導、監(jiān)督，由于工作流程不規(guī)范所造成的人力資源和施工材料浪費十分常見，有時還會影響到施工質(zhì)量。施工過程中，產(chǎn)生的質(zhì)量報告、設計變更、驗收報告等大量信息需要專人負責出具，建筑施工過程中，需要技術人員在現(xiàn)場采用紙張記錄后，再回到辦公室專門整理，不但效率低下，還容易造成資料丟失。采用BIM技術，不需要現(xiàn)場記錄整理，利用手機就可以完成各類施工報告，通過手機終端數(shù)據(jù)庫內(nèi)構(gòu)件資料與現(xiàn)場的核對，即可完成技術交底和質(zhì)量檢查。在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)后，輸入BIM系統(tǒng)，就可以分析建筑整體質(zhì)量與建設進度，不但減少了反饋時間，還能節(jié)約施工周期與人力。

5.3 BIM裝配式建筑裝修一體化

傳統(tǒng)建筑在建成后還需要再次裝修，不但需要專門的裝修設計團隊重新設計，還要針對原有建筑結(jié)構(gòu)進行二次修改，既造成資源浪費和環(huán)境污染，又增加了業(yè)主的成本負擔。裝配式建筑采用BIM技術，可以在建設開始前就完成裝修設計，業(yè)主確定好裝修風格后，在BIM系統(tǒng)中顯示完成后的裝修效果，減少了后期的重復設計工作。在裝配過程中，對于室內(nèi)的水、電、暖通等提前開槽安裝，進行一體化設計施工，可以有效縮短工期，滿足業(yè)主拎包入住的需求。采用一體化裝修施工，不僅可以大大節(jié)約后期的裝修成本，還有利于提高建筑的整體質(zhì)量，避免二次裝修損害建筑質(zhì)量。

6 結(jié)語

我國建筑市場經(jīng)過過去四十幾年的粗放式增長，正在迎來新時期的變革。裝配式建筑在改變傳統(tǒng)建筑行業(yè)的生產(chǎn)模式時，也對我國建筑行業(yè)的設計與施工人才提出了新的要求，采用BIM技術可以實現(xiàn)對建筑從設計到施工全過程的仿真模擬，有效提高設計與施工效率，及時糾正施工中可能出現(xiàn)的各種問題。作為裝配式建筑行業(yè)的從業(yè)者，要認識到BIM技術帶來的技術革新，積累專業(yè)經(jīng)驗知識，推動建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展。