談裝配式結構BIM模型仿真問題

蔣平安 鄧思華 郄 澤

(1.北京建筑大學土木與交通工程學院，北京 100044； 2.北京市建筑工程研究院有限責任公司，北京 100039)

1 概述

隨著全球工業化進程的加快，裝配式鋼筋混凝土結構成為了我國建筑結構發展的重要方向之一，它有利于我國建筑工業化的發展，提高生產效率，節約能源，發展綠色環保建筑，并且有利于提高和保證建筑工程質量。BIM技術也是現階段我國在大力推廣的創新型技術，其具有可視化，協調性，模擬性，優化性及可出圖形性五大特點。應用BIM技術取得成功的案例比比皆是，例如德國慕尼黑的寶馬世界(BMW Welt)、梅賽德斯—奔馳博物館(Mercedes-Benz Museum)，以及位于斯圖加特的保時捷博物館等。但經過調查，BIM與裝配式結構的結合在我國才剛剛起步，因此會有巨大的發展空間。兩者的有機結合可以保證裝配式建筑在全生命周期里的精細化管理以及效益最大化。

2 施工仿真

所謂施工仿真,就是通過數字圖像建立工程系統模型，并利用所建立的數字圖像模型對實際施工過程進行指導。基于BIM技術的施工仿真更是具有不可比擬的優勢，尤其是對于更加復雜的裝配式結構。

首先，傳統施工組織設計的圖紙存在許多先天的不足，比如會有許多的碰撞點，而這些碰撞點只有等到實際施工階段才會被發現，這就會導致圖紙的改動，會浪費大量的人力物力，同時導致工期延長。

其次，基于BIM技術的施工仿真更容易理解。與傳統施工組織設計中的網絡圖和施工進度計劃表相比，基于BIM技術的施工仿真更加直觀，它可以把三維可視化模型展示到實際施工中，使工作人員更易于理解，也便于甲方更清晰的領會乙方的意圖。

再次，基于BIM技術的施工仿真具有更高的自由度。基于BIM技術的施工仿真不僅僅是三維動畫那么簡單，其同時包含了更加完整的建筑信息，相對于傳統的施工模式，技術人員省去了去翻閱相關資料的繁瑣，直接可以通過模型了解到想要的各種信息。

最后，基于BIM技術的施工仿真使得施工過程更加規范化和精細化。傳統的施工管理模式對工作人員的個人能力有很高的要求，因為平面圖紙并不能將設計人員的所有意圖表現出來，這就需要反復的進行交底和技術溝通，這就勢必對現場技術人員能力有較高的要求。而基于BIM技術的施工仿真清晰的將各個施工過程和建筑細節表現出來，降低了對技術人員自身能力的依賴，有效的提升了施工的規范化和精細化。

總之，基于BIM技術的施工仿真全面提升了建筑施工階段的效率、質量，有效降低了工程造價和施工風險，見圖1。

3 動畫漫游

所謂動畫漫游，就是將“虛擬現實”技術應用在施工過程中，對實際的施工過程進行虛擬展示。近幾年，動畫漫游在國內外已經得到了越來越多的應用，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、大面積三維地形仿真等特性，都是傳統方式所無法比擬的。在動畫漫游中，人們能夠在一個虛擬的三維環境中，用動態交互的方式對施工區域進行身臨其境的全方位的審視：可以從任意角度、距離和精細程度進行觀察；可以選擇并自由切換多種運動模式，如：行走、駕駛、飛翔等，并可以自由控制瀏覽的路線。而且，在漫游過程中，還可以實現多種設計方案、多種環境效果的實時切換比較。

通過直觀的動畫漫游，首先，可以加深甲方對施工過程的了解，更好的理解設計人員的設計意圖；其次，可以讓工作人員更好的了解建筑物的細節構造，方便其進行施工。總之，動畫漫游可以提高工作效率，減少信息不對等與衰減等問題。

在實際工程案例中，通常運用Navisworks或者Lumion來實現動畫漫游，二者各有側重：Navisworks對細節的展示更加清晰，而Lumion的整體渲染效果比較好。

3.1 Navisworks動畫漫游

我們可以將BIM核心模型導入Navisworks軟件中來進行動畫漫游，幫助我們更加直觀的了解施工進度以及建筑物詳細的內部結構。

3.2 Lumion動畫漫游

我們可以將BIM核心模型導入Lumion軟件來進行動畫漫游的渲染與輸出。我們為了提高BIM核心建模軟件(Revit)與動畫制作輔助軟件(Lumion)之間的兼容性，可以采用API二次開發技術開發出的相應的導出插件(Revit To Lumion Bridge)。

導出設置如圖2所示。

導出完成之后，在Lumion中加載相關上述導出文件，并對導入后的模型進行優化完善，通過相關動畫制作設置，最終完成動畫制作(見圖3)。

4 結果輸出

4.1 平面圖紙輸出

盡管BIM模型中包含了許多建筑信息，但是由于某些條件的限制，其并不能廣泛的應用于施工現場，所以我們仍需將BIM模型轉換成圖紙以方便工作人員在施工現場查閱。

4.2 預制構件相關電子信息輸出

在完成了對裝配式結構BIM模型進行的碰撞檢查及施工仿真等工作后，BIM模型已實現了零錯誤，進而我們可以通過導出預制構件的相關電子信息(包括構件詳圖、構件編號、構件名稱、生產廠商等)，反饋給預制構件廠以指導其進行構件的生產加工。

同時，為方便構件的定位及質量追溯，可將每個構件的信息輸入相應的電子芯片(FRID)預埋至構建中。

5 跨平臺協作應用介紹

5.1 BIM云平臺

BIM在云平臺上具有輕松瀏覽，實時更新，數據全面，信息透明等特點。首先，用戶無需專業軟件,僅通過瀏覽器就可以對BIM模型、工程圖紙、工程數據、工程文件進行查看瀏覽，滿足業主、施工方、設計方的不同數據需求。其次用戶數據與本地BIM數據同步更新，方便不同角色及時查看、項目最新情況，隨時隨地監管項目，掌控項目進度。再次，項目模型、圖紙、信息屬性、造價數據、各種統計清單、工程量等BIM數據準確全面，能快速將數據轉化成價值。最后，可以實現業主、施工方、設計方、設計合作伙伴共享一份數據，讓BIM數據傳遞和共享無死角。

5.2 增強現實技術

增強現實技術是近年來興起的另一項新技術，“增強現實”即將虛擬事物放置到現實環境中以達到逼真的模擬效果。我們將該項技術與BIM技術相結合，可以實現BIM模型更直觀逼真的展示與表達，使得甲方或業主更輕松的理解我們的方案。

圖4為采用Augment實現的增強現實效果圖。

5.3 3D-PDF展示技術

通常情況下，由于BIM相關軟件對計算機硬件條件要求比較高(工作站級別)，在現場進行模型展示或者方案探討的時候我們可能無法直接使用原有BIM模型，為降低模型對軟件及硬件平臺的要求，我們將BIM模型通過相應的API插件轉換為基于PDF格式的3D模型，該PDF模型基本能夠實現BIM平臺上所有瀏覽與漫游功能，為BIM技術的廣泛應用提供了渠道。

圖5為通過3D-PDF技術實現的工程案例展示，在模型中可以直接實現旋轉、放大、縮小、選擇不同類別構件、測距等各種功能。

6 結語

裝配式結構和BIM技術作為近來國家大力支持的新型技術，分別有著各自的優勢。裝配式結構可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進場的工程機械種類和數量，消除工序銜接的停閑時間，實現立體交叉作業，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環境污染，為綠色施工提供保障。另外，裝配式結構在較大程度上減少建筑垃圾(約占城市垃圾總量的30%～40%)，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢竹木材、廢棄混凝土等。而BIM技術則可以提升項目生產效率、提高建筑質量、縮短工期、降低建造成本，將兩者有機的結合起來一定可以創造更大的價值，推動我國工業化進程。