BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用探討

魏錕

（開封大學(xué)土木建筑工程學(xué)院）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。傳統(tǒng)建筑業(yè)因其能耗高、能源消耗大、環(huán)境污染大等問題而備受社會(huì)關(guān)注。而裝配式建筑由于資源利用率高，環(huán)境污染少，工期短，能夠有效地體現(xiàn)出系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)、工廠化的制造和構(gòu)件的安裝等建設(shè)方式，在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的應(yīng)用。。

2 BIM技術(shù)與裝配式建筑的相關(guān)概述

2.1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

BIM技術(shù)是基于建筑信息建立數(shù)字化信息模型的一種先進(jìn)的信息技術(shù)。BIM技術(shù)可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、分析，并根據(jù)分析的結(jié)果，生成相應(yīng)的模型，并將其應(yīng)用于施工項(xiàng)目。應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?qū)⑹┕?chǎng)地的具體情況、人員配置、施工中容易遇到的問題、施工方法等方面做出科學(xué)的展示和調(diào)整。同時(shí)，BIM技術(shù)還能對(duì)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理規(guī)劃，并在施工中標(biāo)注出關(guān)鍵的施工節(jié)點(diǎn)，便于施工人員選擇最優(yōu)的施工方案。同時(shí)，BIM技術(shù)也可以對(duì)項(xiàng)目的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和分析，從根本上減少風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，保證了整個(gè)施工過程的安全和穩(wěn)定。

BIM技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)越性：①BIM技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于智能化，它對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、進(jìn)度、安全、成本、質(zhì)量等進(jìn)行系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的管理，有效地提高工作效率；②協(xié)同工作，將BIM技術(shù)擴(kuò)展到設(shè)計(jì)階段，通過對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以將設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤最大限度地彌補(bǔ)，并將BIM技術(shù)推廣到施工中，形成一個(gè)完整、合理的工程方案。

2.2 裝配式建筑

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑有不同之處，它是利用混凝土澆筑技術(shù)將預(yù)制好的基礎(chǔ)構(gòu)件澆注，使構(gòu)件之間的聯(lián)系更加緊密。裝配式建筑把建筑工地上的一些工作轉(zhuǎn)移到工廠，比如零件的制造，然后運(yùn)輸?shù)焦さ厣?，這樣就可以省去很多中間的工作。裝配式建筑適應(yīng)了工業(yè)化生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)了智能化、信息化的管理，這與現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，給建筑業(yè)帶來了新的發(fā)展空間和機(jī)會(huì)。然而，近幾年在工程建設(shè)中，由于缺乏可視化管理、直觀管理等原因，往往會(huì)產(chǎn)生一些施工上的缺陷。裝配式建筑結(jié)構(gòu)可有效提高施工效率、縮短工期、保證工程總體質(zhì)量。

2.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.3.1 模擬施工，提高效率

BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用主要優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)仿真，可以有效地提高工程建設(shè)的效率。在BIM技術(shù)的運(yùn)用下，建立了三維空間數(shù)據(jù)的信息模型，增強(qiáng)了地基數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，保證了施工模型試驗(yàn)的可行性。通過對(duì)建筑信息模型進(jìn)行三維仿真試驗(yàn)，可以使工程方案的優(yōu)化和工作流程得到進(jìn)一步的推進(jìn)。

利用這種技術(shù)，可以對(duì)各種構(gòu)件的安裝和澆筑進(jìn)行可視化的指導(dǎo)，并能對(duì)施工中存在的設(shè)計(jì)變更風(fēng)險(xiǎn)、工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝等問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，避免出現(xiàn)這種情況，從而縮短施工周期[1]。

2.3.2 碰撞檢測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)

在裝配式建筑中，水電工程建設(shè)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于管線的數(shù)量多、覆蓋面大、延伸路徑復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)過程中容易發(fā)生沖突。而且，如果管線發(fā)生了沖突，那么，施工肯定會(huì)被暫停，工程停工必然會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度的延遲和經(jīng)濟(jì)的損失。而利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，能夠迅速、準(zhǔn)確地判斷出管道設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各種問題，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使其操作更加規(guī)范，從而促進(jìn)后續(xù)工程的順利進(jìn)行。

2.3.3 可視觀察，減少誤差

在實(shí)際應(yīng)用中，BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它的可視化。通過可視化技術(shù)，可以對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)計(jì)內(nèi)容更加完美，減少工程設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的概率。這樣既能有效地提高工程的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，又能保證預(yù)制件的制造與安裝位置的準(zhǔn)確性。

2.3.4 精準(zhǔn)計(jì)算，規(guī)范施工

在一般的建筑工程中，建筑結(jié)構(gòu)的施工大多是在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行，如果在工地上出了差錯(cuò)，就必須重新修建，造成工期的延遲和損失。而BIM技術(shù)在裝配式建筑中的運(yùn)用，不僅能保證工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，還能大大縮短預(yù)制件的制造周期，從而提高施工效率，加速項(xiàng)目的建設(shè)，同時(shí)還能節(jié)省工程造價(jià)。

2.3.5 施工管理數(shù)字化平臺(tái)

通過利用BIM技術(shù)搭建施工管理數(shù)字化平臺(tái)，可以在云端將工程的所有信息與資源共享到各建設(shè)部門，并利用最合適的方法建立預(yù)制構(gòu)件資源庫(kù)，并對(duì)構(gòu)件的尺寸和性能進(jìn)行有效管理，以提高其可視性和有序性。通過施工管理數(shù)字化平臺(tái)，可有效溝通、協(xié)調(diào)機(jī)電、結(jié)構(gòu)、建筑等專業(yè)之間的沖突，避免后期復(fù)雜的管道安裝和再開挖，提高工程的整體效率。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備階段的應(yīng)用

裝配式建筑在技術(shù)上要比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土更難實(shí)現(xiàn)，而且必須保證其在設(shè)計(jì)和安裝上的精確性。構(gòu)件安裝時(shí)，必須嚴(yán)格遵循一定的程序，以免造成鋼筋和套管的位置不合理，CAD圖紙難以直觀地反映以上的設(shè)計(jì)，無法對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、有效的指導(dǎo)。而將BIM技術(shù)運(yùn)用于裝配式建筑項(xiàng)目，可以有效地建立相關(guān)的模型，以便對(duì)項(xiàng)目中的管道、構(gòu)件等進(jìn)行適當(dāng)檢測(cè)，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。

3.1.1 族庫(kù)構(gòu)建

利用BIM技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)化的家族庫(kù)，有助于對(duì)BIM模型進(jìn)行改進(jìn)，使其更好地反映出裝配式建筑的實(shí)際狀況，大大縮短了前期的建設(shè)周期。利用BIM技術(shù)，將所有的數(shù)據(jù)都輸入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成一個(gè)三維模型，讓工作人員能夠更好地理解零件的尺寸和彼此之間的關(guān)系，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.1.2 預(yù)拼裝檢測(cè)

BIM技術(shù)在裝配式建筑準(zhǔn)備階段的應(yīng)用有助于降低構(gòu)件的檢測(cè)難度，在施工之前發(fā)現(xiàn)構(gòu)件本身和吊裝時(shí)可能發(fā)生的問題，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整與優(yōu)化，保持構(gòu)件尺寸、形狀的合理性，避免返工，節(jié)約了大量的資金。在采用BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)制裝配時(shí)，首先采用3D打印技術(shù)將產(chǎn)品和BIM模型打印出來，并根據(jù)裝配要求進(jìn)行預(yù)組裝，檢查有沒有問題，及時(shí)進(jìn)行記錄并進(jìn)行調(diào)試，直至所有的參數(shù)和位置都正確后，才能進(jìn)行預(yù)制件的制作。同時(shí)，還可以對(duì)工程的設(shè)計(jì)圖紙和工程的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)，為工程的施工提供依據(jù)[2]。

3.1.3 造價(jià)管控

利用BIM技術(shù)，可對(duì)施工項(xiàng)目的信息進(jìn)行快速采集和整理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，確保信息的全面性和及時(shí)性。然后利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)、歸類，通過對(duì)已有的資料進(jìn)行精確計(jì)算，從而為工程項(xiàng)目成本管理提供依據(jù)。采用BIM技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，避免人為誤差。另外，由于BIM技術(shù)的作用，可以保證早期評(píng)估的精確度和快速性，降低了不必要的損失，降低了預(yù)算外變更的發(fā)生。

3.1.4 重要節(jié)點(diǎn)的展示

在具體的施工中，常會(huì)出現(xiàn)一些較為復(fù)雜的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，利用BIM技術(shù)可對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效顯示，從而制定科學(xué)、合理的施工計(jì)劃，以保證節(jié)點(diǎn)的精確度。

3.2 施工階段的應(yīng)用

3.2.1 施工過程模擬

通過BIM技術(shù)，可以對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程仿真，使工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并參考工程的具體要求進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，從而降低施工中的危險(xiǎn)事故，合理調(diào)配資源和資金。在構(gòu)件吊裝仿真過程中，要充分考慮到各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和銜接，以保證仿真過程的流暢。在施工現(xiàn)場(chǎng)，遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工要求高的節(jié)點(diǎn)時(shí)，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的可視化顯示，便于施工人員根據(jù)三維模型進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的銜接，提高施工的精確度。

3.2.2 材料管理

在實(shí)際應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，必須對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行全面計(jì)算、分析，并以此為依據(jù)，科學(xué)、合理地安排施工材料、施工進(jìn)度，以保證施工的質(zhì)量，保證材料的供給不會(huì)受到影響。另外，為了科學(xué)、高效地判定材料的損失，還需要運(yùn)用BIM技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)材料損失的異常情況，以便對(duì)施工過程和方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，確保工程的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。此外，運(yùn)用BIM技術(shù)，可以對(duì)物料的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行規(guī)劃、計(jì)算，并能靈活地對(duì)物料進(jìn)行加工，避免物料長(zhǎng)期積壓。

3.2.3 碰撞檢測(cè)

通過BIM技術(shù)，可以在深化設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行碰撞檢測(cè)，檢驗(yàn)圖紙的設(shè)計(jì)內(nèi)容，確定結(jié)構(gòu)位置是否合理，管線布置是否合理，并能做到水平和垂直方向的檢驗(yàn)，降低矛盾的發(fā)生，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的連貫性。通過碰撞檢測(cè)，可以科學(xué)地評(píng)估圖紙的設(shè)計(jì)內(nèi)容，避免在實(shí)際操作中出現(xiàn)的碰撞問題，實(shí)現(xiàn)多個(gè)專業(yè)的協(xié)作，減少返工費(fèi)用，大大提高了工作效率。

3.2.4 動(dòng)態(tài)化管理

BIM由于其可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等多種功能特點(diǎn)，在裝配式建筑中運(yùn)用，一方面可以推動(dòng)工程平面圖向三維模型過渡，從而為管理者提供更為精確的決策支撐；另一方面，它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的可視化，增強(qiáng)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的進(jìn)度和安全。同時(shí)，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展和功能的不斷完善，5D模擬技術(shù)也逐步在工程建設(shè)中得到了運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)控制，及時(shí)調(diào)整工程內(nèi)容，充分發(fā)揮資源的最大利用價(jià)值，提高了施工質(zhì)量[3]。

3.2.5 構(gòu)件管控

目前，構(gòu)件管控應(yīng)用最多的就是BIM技術(shù)和RFID技術(shù)，這兩種技術(shù)在控制預(yù)制件時(shí)都能起到很好的作用。通過RFID技術(shù)將預(yù)制件的制造信息進(jìn)行傳輸，這是一種射頻識(shí)別技術(shù)，利用BIM技術(shù)可以有效地將生產(chǎn)信息集成到一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制件整個(gè)生產(chǎn)過程的管理。在此基礎(chǔ)上，施工技術(shù)人員可以充分、有效地掌握和監(jiān)測(cè)預(yù)制件的各項(xiàng)生產(chǎn)工藝參數(shù)，并能根據(jù)軟件的實(shí)際應(yīng)用，找出問題所在，制定出科學(xué)、高效的解決方法。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用是必然趨勢(shì)，兩者相結(jié)合，既可以減少工期，又可以提高設(shè)計(jì)精度，防止出現(xiàn)質(zhì)量問題，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)管理，確保工程的整體效果，減少施工的難度和復(fù)雜性，減少施工中的問題，提高施工的整體效率。