BIM背景下的裝配式建筑發(fā)展的應(yīng)用研究★

陳 蕾

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

1 BIM技術(shù)與裝配式建筑概述

裝配式建筑，簡稱PC，是指將在加工廠生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件直接運輸?shù)浆F(xiàn)場直接在工地裝配而成的建筑。PC構(gòu)件在加工廠進行生產(chǎn)制作，相比于施工現(xiàn)場，受氣候變化的影響很小，并且采用機械化的手段，也可以減少相當(dāng)數(shù)量的一線施工人員，節(jié)約勞動力提高建筑的速度和質(zhì)量。裝配式建筑的施工過程大致可以分為三階段：一為PC構(gòu)件的工廠生產(chǎn)加工階段；二為運輸機械的運輸階段；三為PC構(gòu)件的現(xiàn)場安裝階段。PC建筑最主要通過管控PC構(gòu)件的施工三階段來控制整個項目的質(zhì)量、進度、成本、安全幾大目標(biāo)，目前我國進行投產(chǎn)使用的主要有三種裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，分別是整體式裝配框架結(jié)構(gòu)、整體式裝配框—剪結(jié)構(gòu)、整體式裝配剪力墻結(jié)構(gòu)。PC建筑相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑，最大的優(yōu)點是可以實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式化、施工裝配化、管理信息化和裝修一體化。

建筑信息模型(BIM)技術(shù)于2002年帶入建筑業(yè)，到現(xiàn)在經(jīng)過了近二十年的發(fā)展，將信息化技術(shù)用在建筑產(chǎn)業(yè)上，用三維信息技術(shù)把建筑項目的各階段信息數(shù)據(jù)在信息化模型中進行一體化集成，并將建筑、結(jié)構(gòu)、機電、給排水、暖通、裝飾裝修等各專業(yè)工作進行協(xié)調(diào)，同時BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等優(yōu)點。

將BIM技術(shù)與裝配式建筑項目結(jié)合，可以使建筑項目中涉及到設(shè)計、施工、構(gòu)件加工、對接不足等因各種原因造成的資源浪費問題得到比較好的解決；另外通過建立BIM參數(shù)化的族構(gòu)件、對設(shè)計模型進行深化施工，利用場布、BIM5D、夢龍等BIM軟件進行三維施工模擬，有效提取工程信息；將產(chǎn)業(yè)化項目工程由現(xiàn)場粗放的現(xiàn)澆土建工程轉(zhuǎn)變成細致可控的裝配式結(jié)構(gòu)的安裝工程，在此建造中，能夠充分體現(xiàn)出縮短工期、控制成本、提高質(zhì)量、保證安全等目標(biāo)，實現(xiàn)快速有效地可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢。

目前國家在大力提倡建設(shè)項目總承包EPC模式，在裝配式的建筑項目中運用EPC模式，可以從建設(shè)項目的層面來達到全產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)籌規(guī)劃，EPC模式與BIM技術(shù)在建筑項目中的信息化管理模式的思路不謀而合，EPC模式能夠?qū)㈨椖吭O(shè)計采購施工等各方資源進行整合，最大限度的發(fā)揮各個環(huán)節(jié)的巨大優(yōu)勢，而BIM技術(shù)可以利用全生命周期的信息手段對EPC裝配式建筑進行各方法人溝通協(xié)調(diào)，多方位全覆蓋實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和信息化的深度融合。

2 基于BIM技術(shù)的建筑裝配化設(shè)計方法

BIM可以將裝配式建筑的核心思想“集成”串成一條主線，這條主線上有設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理各環(huán)節(jié)；可以通過工程量信息的交互和節(jié)點連接模擬及檢驗，實現(xiàn)信息化協(xié)同設(shè)計、可視化裝配、全過程、全方位的信息化集成；通過數(shù)字化信息化模擬，服務(wù)于整個項目的設(shè)計、施工、運行、拆除等全生命周期的每個過程。

2.1 建立BIM與標(biāo)準(zhǔn)化可視化設(shè)計

裝配式構(gòu)件可以進行標(biāo)準(zhǔn)化定義，可以利用BIM相關(guān)軟件的建族功能來逐步構(gòu)建裝配式預(yù)制構(gòu)件的種類、規(guī)格和數(shù)量，利用可視化設(shè)計實現(xiàn)人機交互和精細化模塊化設(shè)計理念；另外可以實現(xiàn)多個專業(yè)的協(xié)同設(shè)計和綠色節(jié)能環(huán)保設(shè)計，給各方參與者提供一個三維的信息集成平臺，包含建筑在材料、工藝設(shè)備、成本等方面的各層信息，促使無論是建設(shè)方、設(shè)計方、施工方、材料供應(yīng)方都能在此平臺上進行協(xié)同工作。

2.2 建立BIM與工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修的密切聯(lián)系

在工廠規(guī)模化生產(chǎn)方面，一是在通過BIM模型對建筑構(gòu)件進行信息化表達，將比較抽象的二維圖紙信息集中到一個模型中，更加緊密地實現(xiàn)與預(yù)制工廠的協(xié)同對接；二是借助機械化的生產(chǎn)方式，將BIM數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入大型的生產(chǎn)設(shè)備中，從而實現(xiàn)機械自動化生產(chǎn)。

在裝配化施工方面，一是在BIM模型中導(dǎo)入施工進度計劃，進行施工現(xiàn)場組織和工序模擬，將空間和時間信息進行有效整合，形成可視化的4D模型，利用VR技術(shù)預(yù)先掌握主要的施工控制方法，及時發(fā)現(xiàn)問題提出進行優(yōu)化，提前對安排的均衡性和工序的正確性進行合理評估判斷；二是施工安裝培訓(xùn)，安裝和施工管理人員可以通過VR虛擬建造技術(shù)，清晰地掌握裝配式建筑的組裝構(gòu)成，避免因為理解或溝通誤差造成的工期延誤；三是利用BIM三維技術(shù)模擬施工過程中的碰撞檢測對復(fù)雜節(jié)點進行施工模擬，對在二維各專業(yè)圖紙中不易察覺的碰撞問題進行收集更正，增加熟悉度，提高工作效率。

在一體化裝修方面，實行土建裝修一體化可以提高全過程的生產(chǎn)效率，通過可視化的便利進行室內(nèi)渲染、模擬安裝，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化和安裝指導(dǎo)，將室內(nèi)居室空間分解為類似廚房模塊、衛(wèi)生間模塊的獨立功能模塊，綜合考慮采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)進行設(shè)計，方便工廠化的生產(chǎn)。

2.3 建立BIM與裝配式建筑信息化管理模式

建立信息化的管理模式，主要體現(xiàn)在三個方面：一是經(jīng)濟算量分析，做到準(zhǔn)確估量，通過分類統(tǒng)計快速進行方案比選確定出項目的工程量清單，實現(xiàn)成本初步控制；二是在生產(chǎn)運輸、施工管理等重要環(huán)節(jié)利用提前在預(yù)埋構(gòu)件中的數(shù)字化芯片進行質(zhì)量狀態(tài)跟蹤記錄，及時發(fā)現(xiàn)問題，提高建筑質(zhì)量；三是利用BIM技術(shù)與云技術(shù)相結(jié)合，將信息在云端進行傳輸和共享，借助移動設(shè)備實時查看項目所需要的信息，實現(xiàn)可移動辦公，提高項目精度。

3 BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用案例

關(guān)于BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，下面以南通政務(wù)中心停車綜合樓項目為例來介紹，該項目總建筑面積48 972.21 m2，其中地下建筑面積6 886.94 m2，地上建筑面積42 085.27 m2，項目位于南通市政務(wù)中心北側(cè)地塊，建筑總高度57.15 m(見圖1，圖2)。

該項目采用裝配整體式框架—現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制率達到53.3%，圍護結(jié)構(gòu)及欄桿等部品部件裝配率達到93%。通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，“少規(guī)格、多組合”，從而達到減少預(yù)制構(gòu)件種類，降低施工難度，節(jié)約建造成本的目標(biāo)；裝配式結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工中進行創(chuàng)新模式，提前做好土建與裝修的一體化設(shè)計模塊，在一線現(xiàn)場實現(xiàn)無外腳手架和外模板、無抹灰和現(xiàn)場砌筑的環(huán)保綠色施工，減少安全事故的發(fā)生，同時縮短工期。

在建筑設(shè)計階段本項目以Revit軟件為軟件操作平臺，在此平臺上進行建筑性能和外觀設(shè)計、安裝工程機電給排水暖通等光線碰撞檢測，裝飾裝修空間模塊對比優(yōu)化，結(jié)合Lumion和3Dmax進行可視化空間渲染和漫游等BIM應(yīng)用，在項目設(shè)計方面提供了極大的前瞻性和精細化程度；對于裝配式項目中的重要構(gòu)件節(jié)點和預(yù)制裝構(gòu)件的深化設(shè)計，利用Cartier軟件平臺實現(xiàn)重要梁柱節(jié)點的內(nèi)部精細化設(shè)計和安裝模擬等一系列功能，來確保后期現(xiàn)場安裝施工能和前期設(shè)計吻合，少出現(xiàn)或者不出現(xiàn)施工碰撞和返工浪費；在施工階段，施工單位利用魯班或者廣聯(lián)達等相關(guān)軟件的VR模擬實現(xiàn)可視化模擬，節(jié)約項目工期，保證質(zhì)量提高效率(見圖3，圖4)。

本項目工程之所以能夠成功申報了國家住建部裝配式建筑科技示范項目和江蘇省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范項目，是因為在項目規(guī)劃設(shè)計的前期采用了充分的先進的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和技術(shù)，在建造過程中實現(xiàn)以最少的人力和物力資源投入，實現(xiàn)低碳環(huán)保高效有序的目標(biāo)。

4 BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中存在的問題和總結(jié)

目前BIM技術(shù)在裝配式項目運用中還是存在一些問題：一是軟件間的數(shù)據(jù)格式差異，在數(shù)據(jù)傳送中因為信息數(shù)據(jù)的丟失導(dǎo)致的返工率上升；二是設(shè)計人員還需要擺脫傳統(tǒng)刻板的設(shè)計思維，對BIM技術(shù)在裝配式建筑中如何實際有效的應(yīng)用掌握度還不夠；三是目前設(shè)計人員對于BIM軟件的應(yīng)用大多還停留在建模階段，對于具體在裝配式項目中如何高效的運用還有很多的不足。

針對以上出現(xiàn)的一些問題，目前國家已經(jīng)出臺了一些激勵政策，加快BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)，在高校內(nèi)開展了相關(guān)的課程，并且國務(wù)院出臺了一系列的政策在加強市場導(dǎo)向，提出大力發(fā)展裝配式混凝土建筑，另外在具備條件的地方提倡發(fā)展現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)體系建筑，堅持在建造方式上有所創(chuàng)新，堅持管理信息化、應(yīng)用智能化、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、裝修一體化，不斷提高裝配式建筑在未來新建建筑中所占據(jù)的份額。目前還需要加大建筑業(yè)技術(shù)研發(fā)投入的力度，政府增加科研機構(gòu)在這一領(lǐng)域的研究經(jīng)費，提高產(chǎn)品研發(fā)團隊的成果輸出；另外亟需盡快完善建設(shè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，為在項目中各階段可能出現(xiàn)的糾紛的處理提供保障和依據(jù)。