基于BIM技術的裝配式建筑建設過程探討★

朱 燁 朱從香 呼夢潔

(揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225000)

1 研究背景

改革開放以來，隨著國民經濟的騰飛，我國建筑業也得到了持續快速的發展，尤其進入21世紀后，建筑業在國民經濟中的支柱產業地位不斷加強，對國民經濟的拉動作用更加顯著。但隨著國家形勢的變化，傳統建筑業的弊端越發凸顯：1)隨著人口紅利的不斷下降，傳統建筑業出現了“用工難”的問題，建筑工人年齡普遍偏大，已少有年輕人愿意從事建筑行業；2)我國目前新建建筑中有95%仍屬高耗能建筑，建筑能耗占全國總能耗的近三成，不符合“低碳、節能”的綠色建筑理念，與和諧社會中建設節約型社會的指導思想相違背。而裝配式建筑在建造過程中，大部分構件由于經過標準化設計，在工廠制作完成后到現場采用機械吊裝的方法安裝到位，對周圍環境污染較低，施工迅速、高效，減少了施工工期，具有環保、節能、綠色、創新等特點。調查顯示，裝配式住宅相比傳統施工方式，每平方米能耗節約20%，用水節約63%，施工現場產生的垃圾減少91%[1]。因此，改革傳統建筑業建造方式，推進建設工業化，進而實現建筑產業化是非常必要的。

在此背景下，國務院辦公廳于2016年印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，意見中提出：“力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%。同時，逐步完善法律法規、技術標準和監管體系，推動形成一批設計、施工、部品部件規?；a企業，具有現代裝配建造水平的工程總承包企業以及與之相適應的專業化技能隊伍?！?/p>

基于以上可看出，裝配式建筑是未來行業發展的一個大趨勢，但目前，裝配式建筑在設計和施工中，面臨的難點較多，主要有：1)按傳統設計出圖后進行圖紙深化設計，每一個節點和構件都需考慮，出圖量大，設計出錯后修改圖紙不可避免，而動一發則牽全身；2)預制構件的連接區域鋼筋密集交錯，容易碰撞，對吊裝過程要求很高，一旦出錯，無論是現場調整或返廠維修，都會造成施工現場停工待料的現象，延誤工程進度，造成人工及材料的浪費；3)對各專業的協調設計程度要求更高，構件的深化設計時要考慮各方面的因素，既要考慮設備安裝管線綜合對于結構構件的影響，還要考慮為方便施工構件中預埋件的設置等問題。一個細節的疏漏就可能對施工吊裝的過程產生影響。由上可見，裝配式建筑對于前期設計和后期施工的要求比起傳統建筑的要求更高，容錯率更低。

為了解決以上重難點，在裝配式建筑中引入BIM技術已在一些工程實例中得到應用。

2 BIM技術的應用

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，它以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目從建設初期到后期運營整個階段各種專業的相關信息，這些信息附載于建筑模型上，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點[2]。目前，已有國內部分學者就BIM技術在裝配式建筑中的應用進行了研究。早期，周文波等以一棟試驗樓為例，將BIM技術應用于深化設計及施工進程管理，指出了構件參數化設計的必要性及BIM模型應用于裝配式建筑中未來的研究方向[3]。齊寶庫、李長福結合工程實例，分析了BIM技術在裝配式建筑全生命周期中的應用過程，結果表明BIM技術在裝配式建筑的設計、生產、建造以及運營維護環節的過程中，擁有巨大的應用前景[4]。常春光等將BIM和RFID技術相結合，建立現代信息共享技術平臺，在構件的制作、運輸、進場、儲放、吊裝的過程中，可利用BIM-RFID系統隨時讀取構件的信息(包括構件基本制作信息、運輸位置、施工進度等)，提高了施工過程的管理水平和安裝效率[5]。白庶等人則對BIM技術在裝配式建筑建造全過程中的應用價值進行了分析，分析結果表明利用BIM技術可有效提高裝配式建筑設計、生產和維護的效率[6]。

裝配式建筑建造過程中，如果以工廠生產的現有預制構件為主導，設計拘囿于已有構件形式，雖有利于建筑標準化的生產，但建筑體型較死板，空間分隔不夠靈活，因此，本文以設計為主導，基于BIM技術將裝配式建筑的設計施工流程做了歸納整理(如圖1所示)，分析了BIM技術在每個階段的應用優勢。

2.1 設計階段

目前，裝配式建筑設計前期仍沿用傳統的建筑設計方法，建筑結構設計完成后再進行構件拆分及二次深化設計。在構件拆分及深化設計過程中，BIM技術可視化等五大特性起到了關鍵作用，傳統CAD所繪制的數據孤立的2D圖紙，平面圖紙由線條構成，不承載任何信息，而由BIM技術所建立的三維模型，附載了建筑構件所有信息，一個部位的模型數據進行改動，與其相關的所有圖紙都將自動更新，大大降低了各專業協同設計的工作量。具體如下：

1)三維模型下構件拆分更為直觀，有利于構件的形體優化，并可借用“族庫”對拆分后的構件進行管理，建立構件庫，為今后裝配式建筑標準化的建設打下基礎。

2)深化設計中需考慮構件間的連接，節點處鋼筋較密，設計精度要求很高，采用傳統繪圖方式，短時間內無法完成大量出圖。借助BIM的智能化出圖功能，做簡單設置后能自動生成需要的深化設計圖紙，圖紙能精確表達構件中鋼筋的規格數量、構造做法，可直接指導預制構件的生產，整個出圖過程減少了人為工作量，大大提高了出圖效率。

3)裝配式建筑對于孔洞的留設比傳統現澆混凝土建筑更嚴格，預制構件澆筑成型后，不能任意開槽穿洞，這就要求指導構件在工廠制作的圖紙，所有預留洞口必須在其中清楚、準確地繪制出來，構件制作完成后直接運輸吊裝即可。所以，各專業必須密切配合進行協同設計，利用BIM模型可進行管線安裝與構件預留洞口位置的校核，出具精確的構件制作圖紙，減少施工中可能會出現的問題。

4)預制構件連接區，構件內部均有可能出現鋼筋與鋼筋、鋼筋與預埋件的碰撞沖突，基于BIM技術的碰撞檢測功能可對模型進行檢測，根據檢測結果調整完善各要素之間的關系，避免沖突。

2.2 構件制作階段

基于BIM技術的精確性和即時性，構件模型數據詳細，信息及時更新，項目設計階段所創建的構件模型即可直接用于構件的生產過程，生產廠家可隨時調用預制構件所需的材料、幾何尺寸等信息，安排構件生產計劃。生產過程中，可在每一個預制構件中植入RFID芯片，記錄構件的材料種類、幾何尺寸、安裝部位、用途等信息，并建立項目數據平臺，方便信息的上傳、調用、讀取和更改，為后期構件的運輸、存儲、驗收、吊裝過程中項目人員對構件信息的實時查詢和更新提供了快速的技術支持，提高了生產效率，加快了施工進程。

2.3 施工階段

裝配式建筑的構件種類多、數量大，對施工吊裝的精度要求高，對項目管理的要求高。規劃起重機位置及路徑、制定施工方案、確定吊裝順序，利用BIM技術對施工過程每一個步驟進行精細化仿真模擬，按時間計劃對各施工環節進行模擬，可提前查找出實際施工過程中可能存在的疏漏，從而及時調整吊裝計劃、優化施工方案，避免由于施工方案的不詳細導致各工種、各專業、各工序配合上出現矛盾，影響到施工工期。同時，借由仿真模擬可最終形成施工指導動畫，提前讓工程技術人員熟悉細節，對施工流程有直觀了解。

3 結論與展望

BIM技術的應用和裝配式建筑設計施工有良好的互補性，但目前僅有少部分設計院和建設單位將BIM技術應用到實際工程項目中，兩者的配合還處于應用探索階段，并未大面積推廣。在借由BIM技術建模的過程中，大量標準化構件如門、窗，部分尺寸的剪力墻等在不同項目中重復建模，建議行業建立統一的構件模型數據庫，方便不同項目的調用，從而提高設計效率，以利于裝配式建筑標準化的推廣。

[1] 李宗明，王三智，曹保平.裝配式住宅與住宅工業化[J].山西建筑，2011,37(10)：10-11.

[2] 何關培.BIM總論[M].北京:中國建筑工業出版社，2011:10-13．

[3] 周文波，蔣 劍.BIM技術在預制裝配式住宅中的應用研究[J].施工技術，2012(22)：72-74.

[4] 齊寶庫，李長福.基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問題研究[J].施工技術，2014(15)：25-29.

[5] 常春光，吳飛飛.基于BIM和RFID技術的裝配式建筑施工過程管理[J].沈陽建筑大學學報(社會科學版)，2015(2)：170-174.

[6] 白 庶，張艷坤.BIM技術在裝配式建筑中的應用價值分析[J].建筑經濟，2015(11)：106-109.

[7] 李亭亭，楊學會.BIM技術在預制裝配式工程中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2014(4)：62-65.