BIM在預(yù)制裝配式建筑住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

占升，賈瀟，劉剛

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

BIM技術(shù)指的是一種新型的建筑模型，該模型依靠數(shù)字化信息模擬還原真實(shí)的環(huán)境，為建筑人員提供工作便利。另一方面，該模型的功能非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的可視化特點(diǎn)與協(xié)議能力。預(yù)制裝配式是連接和裝配建筑的技術(shù)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制裝配式建筑，能夠達(dá)到理想的建筑施工效果[1]。

2 BIM技術(shù)相關(guān)概述

2.1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1.1 可視化

在建筑行業(yè)中應(yīng)用BIM技術(shù)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，以往的建筑工程施工，在取得施工圖紙后，通過(guò)觀察這些線條憑空想象建筑構(gòu)造，就當(dāng)前形狀不同、千變?nèi)f化的建筑而言，采用這種方法讀圖非常困難。BIM技術(shù)能夠以三維立體的方式顯示圖紙中的平面化線條，使施工人員充分了解該建筑的構(gòu)造，同時(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)，還可以在可視化的狀態(tài)下展開(kāi)工程的設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)等工作。

2.1.2 協(xié)調(diào)性

在整個(gè)建筑項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，施工單位、設(shè)計(jì)單位和業(yè)主之間需要積極配合，有效開(kāi)展協(xié)調(diào)工作。BIM技術(shù)具有的協(xié)調(diào)性可以更好地處理各方交流較少的問(wèn)題，BIM技術(shù)能夠提供協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，主要是協(xié)調(diào)建筑物建設(shè)初期出現(xiàn)的不同專業(yè)間碰撞的問(wèn)題，從而形成數(shù)據(jù)。另一方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以協(xié)調(diào)電梯井布置和其他設(shè)計(jì)布置及凈空要求，更好地處理地下排水設(shè)計(jì)和其他設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)等。

2.1.3 模擬性

BIM技術(shù)具有的模擬性并不是簡(jiǎn)單的模擬建筑模型，還可以模擬虛擬事物。例如，在建筑工程設(shè)計(jì)階段可以模擬節(jié)能、日照及熱能傳導(dǎo)等；在招投標(biāo)階段，利用BIM技術(shù)能夠模擬4D，主要根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)模擬具體施工[2]。另一方面，還可以進(jìn)行5D模擬，從而控制整個(gè)建筑工程的成本。同時(shí)，還可以模擬整個(gè)工程的后期運(yùn)營(yíng)階段，模擬部分緊急情況下人員的疏散等。

2.2 BIM技術(shù)的原理

BIM技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的應(yīng)用手段與思維模式，突破以往的工作流程與任務(wù)分配方式，推動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的快速發(fā)展。BIM技術(shù)是一種主要針對(duì)建筑設(shè)計(jì)的新型CAD技術(shù)，其與CAD相比具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，利用BIM技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中對(duì)建筑工程信息進(jìn)行完整描述，使BIM軟件從低級(jí)繪圖工具變?yōu)楦呒?jí)繪制系統(tǒng)，最終促使BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的改變。BIM軟件使用系統(tǒng)中的建筑構(gòu)件被不斷對(duì)象化，同時(shí)通過(guò)編碼的方式利用數(shù)字化描述建筑構(gòu)件，這個(gè)對(duì)象的屬性往往利用各種參數(shù)進(jìn)行描述，同時(shí)預(yù)先定義，按照有關(guān)擬定要求，這個(gè)對(duì)象的代碼中需要包含一些有關(guān)參數(shù)，這些有關(guān)參數(shù)信息就能代表各種建筑屬性信息。比如，對(duì)于墻對(duì)象來(lái)說(shuō)，其主要包含墻的各種屬性對(duì)象，如長(zhǎng)、寬、高等幾何尺寸信息，同時(shí)還包含墻體材料、保溫隔熱、規(guī)格造價(jià)及表層處置狀況等各種信息。

2.3 BIM在預(yù)制裝配式建筑住宅設(shè)計(jì)中的作用

2.3.1 模擬建筑模型的構(gòu)建

使用BIM技術(shù)構(gòu)建裝配式建筑的虛擬建筑模型，要求專業(yè)技術(shù)人員一定根據(jù)工程建筑的實(shí)際業(yè)務(wù)規(guī)模與經(jīng)營(yíng)狀況，利用高效的專業(yè)三維建模軟件，使BIM虛擬模式得到有效保障。在具體操作過(guò)程中，專業(yè)技術(shù)人員需要深入分析影響工程建筑的各種因素結(jié)構(gòu)，全面考量各個(gè)建筑的具體主要參數(shù)，分析獲得各種主要參數(shù)相對(duì)應(yīng)的工藝。

2.3.2 優(yōu)化施工設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員僅需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間建設(shè)虛擬工程建筑，最后利用建設(shè)好的虛擬工程建筑自動(dòng)形成設(shè)計(jì)圖紙，不用人為繪畫，這樣降低了工作強(qiáng)度，設(shè)計(jì)方案人員能夠按照工作要求隨時(shí)更改建筑的虛擬模型，進(jìn)一步優(yōu)化工程圖紙。另一方面，經(jīng)過(guò)對(duì)工程建筑的實(shí)際經(jīng)營(yíng)規(guī)模與總面積等信息進(jìn)行詳細(xì)分析，獲得BIM技術(shù)自動(dòng)形成的工程圖，這是以往圖紙技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的效果。

3 BIM在預(yù)制裝配式建筑住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 工程概況

崖州灣南繁科技城安置區(qū)項(xiàng)目地處于三亞市崖州灣南繁科技城。該項(xiàng)目規(guī)劃占地面積約為28917.00㎡，總建筑面積136876.64㎡，計(jì)容總建筑面積91687.48㎡，不計(jì)容面積45189.16㎡（其中，地下建筑面積45123.80㎡，架空層建筑面積65.36㎡）。主要以租賃住宅為主，底部均設(shè)置社區(qū)配套商業(yè)，打造5分鐘生活圈居住區(qū)，由3棟一類高層公共建筑（上部住宅、底部?jī)蓪由虡I(yè)或社區(qū)配套功能），2棟一類高層住宅建筑，兩層地下室含設(shè)備用房組成。同時(shí)配套建設(shè)室外鋪裝、圍墻、擋土墻、綠化、景觀、給排水、電氣、消防和監(jiān)控系統(tǒng)等工程。

3.2 BIM技術(shù)輔助預(yù)制構(gòu)件管理

在制造階段，BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于整個(gè)工程項(xiàng)目建設(shè)中，以便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理與工程化制造，設(shè)計(jì)完整的預(yù)制構(gòu)件，遵照相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式輸出，可以用在工廠進(jìn)行數(shù)字化制造。

在項(xiàng)目施工階段，BIM模型所構(gòu)建的預(yù)制構(gòu)件管理主要是管理預(yù)制構(gòu)件數(shù)量、使用位置、規(guī)格、數(shù)量，同時(shí)遵照相應(yīng)條件管理現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸、吊裝及堆放等環(huán)節(jié)。項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)可更改重要預(yù)埋件的各種信息，如安裝信息、施工信息及連接信息等；增添材料參數(shù)、生產(chǎn)廠家、出廠編號(hào)及技術(shù)參數(shù)等主要構(gòu)件產(chǎn)品信息。

在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM軟件，能夠深入設(shè)計(jì)建筑物中包含的構(gòu)件，以便于使生產(chǎn)及裝配等要求得到滿足，主要設(shè)計(jì)的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制樓梯梯段、預(yù)制外墻、預(yù)制內(nèi)墻等（見(jiàn)圖1-圖2）。

圖1 預(yù)制構(gòu)件詳圖設(shè)計(jì)

圖2 預(yù)制構(gòu)件鋼筋配置

做好預(yù)制構(gòu)件的深入設(shè)計(jì)之后，可以直接生成相關(guān)的BIM清單報(bào)表，以便工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.3 BIM技術(shù)在預(yù)制加工階段的應(yīng)用

在預(yù)制加工階段，需要加大管理力度，因室內(nèi)生產(chǎn)加工環(huán)境具有特殊性，重新調(diào)整建筑材料類型、生產(chǎn)工藝及施工比例等，避免水、電資源與能源的浪費(fèi)。因?yàn)轭A(yù)制裝配式建筑主要把構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，所以對(duì)預(yù)制構(gòu)件的形狀、尺寸等精準(zhǔn)度提出非常高的要求，這就需要通過(guò)BIM模型熟練掌握構(gòu)件的形狀尺寸、內(nèi)部構(gòu)造等，加大質(zhì)量管控的力度，提升預(yù)制構(gòu)件出廠合格率，防止因返工導(dǎo)致資源浪費(fèi)。與此同時(shí)，質(zhì)檢部門同樣需要加大對(duì)預(yù)制構(gòu)件廠的監(jiān)管力度，使構(gòu)配件的出廠質(zhì)量得到有效保障。該工程項(xiàng)目施工過(guò)程中通過(guò)應(yīng)用BIM管控平臺(tái)，借助RFID信息采集系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)對(duì)構(gòu)件的生產(chǎn)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，同時(shí)使用三維掃描檢測(cè)技術(shù)，把生產(chǎn)好的構(gòu)件與系統(tǒng)中的信息進(jìn)行嚴(yán)格校對(duì)，構(gòu)件信息符合要求后，方可出廠投入使用。施工單位還需要預(yù)先對(duì)構(gòu)件定位、吊裝、連接及安裝的方法與工藝進(jìn)行深入研究，在預(yù)制加工階段預(yù)埋相關(guān)的連接套管、抗剪鍵等，防止在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用植筋膠，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)灌漿用量，提升現(xiàn)場(chǎng)施工率，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，保證工程施工質(zhì)量，規(guī)避對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響[3]。

3.4 BIM技術(shù)在施工前準(zhǔn)備階段管理中的應(yīng)用

施工單位需要對(duì)施工前準(zhǔn)備階段的施工管理提高重視程度，將被動(dòng)改為主動(dòng)，防止在施工過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題。在這個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠預(yù)先從多個(gè)方面模擬整個(gè)施工過(guò)程，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)施工方案中出現(xiàn)的問(wèn)題，然后進(jìn)行相應(yīng)更改與完善，同時(shí)擬定有關(guān)預(yù)案。其中施工方案的精細(xì)程度可以對(duì)施工實(shí)施效果產(chǎn)生直接影響。經(jīng)過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)能夠精準(zhǔn)估測(cè)出該工程施工過(guò)程中需要耗費(fèi)的能源與資源，為施工單位采取相關(guān)節(jié)能手段提供根據(jù)。預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場(chǎng)可以采用多樣化的裝配施工方案，為了選擇符合本項(xiàng)目的施工方案，施工單位通常采取建設(shè)試驗(yàn)區(qū)段的方法展開(kāi)具體驗(yàn)證，從已經(jīng)實(shí)施的效果明確一種方案，接著進(jìn)行廣泛推廣與應(yīng)用。當(dāng)應(yīng)用BIM技術(shù)后，施工單位能夠模擬不同的施工方案，進(jìn)而讓施工人員快速選擇最恰當(dāng)?shù)姆桨?。?yīng)用BIM技術(shù)還能以三維方式模擬施工場(chǎng)地和有限范圍中的周圍環(huán)境，經(jīng)過(guò)合理計(jì)劃，重新調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)布局，留出充足的構(gòu)配件存放地，盡量減少對(duì)土地的占用[4]。

3.5 BIM技術(shù)在施工過(guò)程動(dòng)態(tài)管理中的應(yīng)用

許多預(yù)制裝配式建筑施工單位在施工過(guò)程管理方面依然沿用落后的施工管理模式，與新理念、新時(shí)代下的要求不相符。當(dāng)擬定施工方案后，需要依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)遇到的問(wèn)題展開(kāi)實(shí)時(shí)調(diào)整，不斷更新、修改與優(yōu)化，同時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)新BIM模型，使模型的有效性得到有效保障，為施工動(dòng)態(tài)管理提供技術(shù)支持，這樣可以全面實(shí)現(xiàn)施工。比如，在工程不斷建設(shè)過(guò)程中，施工場(chǎng)地呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)改變，所以這就需要把構(gòu)配件存放場(chǎng)地、停車場(chǎng)及塔吊等制定為參數(shù)化模塊，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體要求展開(kāi)實(shí)時(shí)調(diào)整，充分體現(xiàn)出施工現(xiàn)場(chǎng)在每個(gè)階段的具體分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工場(chǎng)地存在的布局問(wèn)題，同時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，盡量減少構(gòu)配件的再次搬運(yùn)，全面提升施工場(chǎng)地的使用效率。預(yù)制裝配式建筑是很多個(gè)構(gòu)配件組裝成一個(gè)整體，應(yīng)用BIM技術(shù)建立模型時(shí)，這些構(gòu)配件能被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)化的成品模塊，接著依據(jù)施工進(jìn)度方案合理分配，通過(guò)分階段、可視化模擬構(gòu)配件的裝配施工過(guò)程，同時(shí)實(shí)時(shí)生成工程量清單，如此一來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)材料、資源及設(shè)備的最大化分配，提升構(gòu)件運(yùn)輸、吊裝及安裝等環(huán)節(jié)的科學(xué)性與合理性，達(dá)到構(gòu)配件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)哪康模嵘總€(gè)施工流程的有效銜接，避免資源出現(xiàn)浪費(fèi)。另外，工作人員還可以直觀感受構(gòu)配件連接點(diǎn)，在施工過(guò)程中可以減少安裝問(wèn)題，為安裝工作的順利進(jìn)行提供有效保障。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)制裝配式建筑具有施工速度快、資源浪費(fèi)少及無(wú)污染等特點(diǎn)，符合綠色施工理念。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠加快裝配式建筑的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，提高企業(yè)在市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力，最終為社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展提供內(nèi)生動(dòng)力。