BIM技術在裝配式建筑中的應用研究
——以火神山、雷神山項目為例

滿吉芳

（遼寧鐵道職業技術學院，遼寧錦州121000）

0 引言

新冠肺炎疫情肆虐武漢之時，為緩解定點醫院床位嚴重緊缺這一問題，武漢市參照北京小湯山醫院的模式，于1月23日開工建設火神山醫院（建筑面積34000m2，可容納床位1000張），并于2月2日正式交付。同時，于1月25日開工建設雷神山醫院（建筑面積75000m2，可容納床位1500張），并于2月5日正式交付[1]。在這令世界驚嘆的 “中國速度” 背后，不僅有數千名建設者的日夜鏖戰，更有著強有力的技術保障——BIM與裝配式建筑技術。

1 疫情下裝配式建筑BIM應用需求分析

疫情來勢洶洶，確診人數不斷上升，床位緊缺問題不斷加劇。時間就是生命，提前一分鐘交工，就多一分勝算。在工期如此緊迫的情況下，裝配式鋼結構因 “安裝速度快” 脫穎而出，成為了最佳選擇。但是，若采用常規的建設模式，仍無法滿足工期需要。特殊時期，只能打破常規，實施邊設計、邊加工、邊施工的 “三邊工程” 建設模式[2]。而BIM技術，為這種特殊的建設模式提供了可靠的平臺和有力的技術保障。

1.1 設計階段

目前，建筑規劃主要依據二維平面圖紙，設計人員很難從全局的角度統籌規劃，導致規劃效果不理想。同時，建筑設計為階段性、單向性的設計，只有上游設計完成后才能傳遞到下游[3-4]，設計過程中各專業相互獨立，缺乏溝通交流，致使設計中常常出現構件碰撞問題，影響后期施工。

BIM技術的可視化功能，可直觀顯示醫院與周圍場地之間的關系，有助于設計人員統籌全局，做出合理的空間規劃方案。同時，BIM技術為各專業的協同設計提供了平臺，各專業設計人員可在統一平臺上建立BIM模型，完成施工圖設計，避免因溝通不暢而產生錯、漏、碰、缺等問題[5]，大幅度提高設計精度和設計效率，縮短設計時間，為 “三邊工程” 的順利實施提供可靠的保障。

1.2 構件生產階段

裝配式建筑構件的常規加工流程為：人工統計構件數量和規格→深化加工圖→人工加工構件。該流程主要有兩大缺點：一是人工統計耗時長，影響施工工期；二是人工加工有誤差，容易導致現場裝配失敗。

而BIM模型將關聯的建筑信息分類存儲，構件加工廠可以直接通過BIM模型導出構件統計報表，并根據基于BIM的施工進度模擬制定構件生產計劃，確保生產計劃與施工進度相符。同時，基于BIM技術的數字化加工流程，不僅能提高構件的加工精度，而且可縮短構件的加工時間，為火神山、雷神山項目的按期交付提供了重要的時間保障。

1.3 施工階段

裝配式建筑施工的特點是構件數量多、吊裝工作量大、裝配精度要求高。若正式吊裝裝配前不能進行施工模擬，往往會在裝配過程中出現吊裝順序不當、構件相互碰撞、構件裝配有誤差等一系列問題，甚至需要返工，嚴重影響施工進度。此外，由于構件類型多、數量大，若施工場地平面布置不合理，也會在一定程度上影響吊裝效率，進而影響施工進度。

火神山、雷神山項目工期十分緊迫，決不允許出現半點差錯，更沒有返工的余地，而BIM技術可為高質量、快速施工保駕護航。正式裝配施工前，可利用BIM技術進行施工模擬，對構件吊裝順序的合理性進行驗證，以進一步優化施工技術方案，提高裝配施工的效率。同時，可通過施工模擬動畫找尋關鍵施工節點，以便對施工人員進行直觀易懂的可視化交底，確保構件裝配過程無差錯、無返工。此外，可視化的施工平面布置，可幫助施工管理人員優化場地布置，確保構件有序進場，合理堆放，為提高吊裝效率、加快吊裝施工進度提供保障。

2 BIM技術在火深山、雷神山項目中的應用

為加快建設進度，火神山、雷神山項目均采用了邊設計、邊采購、邊施工的 “三邊工程” 建設模式，三者同步推進，同步調整，這對資源統籌和協同配合提出了很大的挑戰。而BIM技術是贏得本次挑戰的催化劑。

2.1 BIM技術在項目設計中的應用

疫情如火，刻不容緩。中信建筑設計研究總院有限公司和中南建筑設計院股份有限公司臨危受命，勇擔重任。設計人員在公司領導的統一指揮和協調下，充分利用BIM技術，精準對接施工現場，日夜鏖戰，最終優質、高效、按時完成了設計任務。

2.1.1 可視化模擬，優化方案設計

設計人員利用BIM技術創建三維地形地貌模型，準確分析建筑與場地之間的關系，完成可視化的三維空間規劃。火神山醫院位于蔡甸區武漢職工療養院北側，東臨知音湖，為了與其保持一定的距離，且能夠容納更多的床位，另一側沿南北公路順序排列，故火神山醫院整體布局為 “L” 型，如圖1所示。

圖1 火神山醫院效果圖

雷神山醫院位于江夏區黃家湖畔的第七屆世界軍運會停車場上，建設用地面積約22m2，總建筑面積約7.9m2。根據用地情況，將東、西兩區分別規劃為隔離醫療區和醫護生活區，并配備有相關運維用房[6]，如圖2所示。

圖2 雷神山醫院效果圖

不同于一般的公共建筑，火神山、雷神山項目均為應急傳染病醫院，為了實現醫患分區，潔污分流，設計應符合 “三區兩通道（三區是指污染區、半污染區、清潔區；兩通道則是指病人通道和醫護通道）” 標準，內部布局錯綜復雜。為了更加直觀地分析醫院內部布局的合理性，設計人員利用BIM技術的3D漫游功能，對整個醫院內部進行全方位、多角度的觀察，并根據分析結果，完成內部空間布局的改進優化（圖3）。

圖3 雷神山醫院BIM模型渲染圖

2.1.2 BIM正向設計，服務 “三邊工程”

傳統裝配式建筑的建設流程為：基于二維圖紙的設計→建模分析計算→繪制施工圖→施工單位繪制加工詳圖→設計院認可→工廠加工→現場拼裝，該模式顯然不適用于 “時間就是生命” 的火神山、雷神山項目。這兩個項目均采用BIM正向設計，全過程都基于BIM三維模型完成，流程如下：設計單位搭建三維模型→結構分析計算→調整三維模型→導出施工圖→施工單位通過BIM平臺導出加工詳圖。BIM正向設計，使結構分析計算、施工圖繪制和加工詳圖繪制工作幾乎同時完成，更好地服務于 “三邊工程” ，為如期交付工程提供了保障。

2.1.3 多專業協同設計，提高設計精度

傳染病醫院建設中除了涉及到常規的基礎工程、土建及裝飾工程、給排水及消防系統、供配電系統、照明與監控、通風空調系統、通信弱電外，還涉及醫用氣體工程、凈化工程、污水處理等多個專業。若設計不當，將會出現大量的碰撞問題，而BIM技術完美解決了這一難題。BIM為各專業協同設計提供了平臺，各專業設計人員能夠同時基于同一個三維建筑模型進行設計和優化，對模型進行可視化碰撞檢查，避免由于各專業之間溝通不暢導致錯、漏、碰、缺等問題，大幅度提高了設計精度和設計效率。

2.2 BIM技術在構件生產中的應用

火神山、雷神山醫院建設期間， “云監工” 看到的是施工現場忙碌的身影，看不到的是構件加工廠的日夜奮戰。為了加快施工進度，減少現場作業量，火神山、雷神山項目均采用鋼結構箱式房裝配化施工，即主體為鋼結構裝配式施工，病房采用集裝箱式活動板房模塊化拼接。所有構件均由工廠加工、拼接完成后運往施工現場進行整體吊裝，與現場施工穿插完成。而時至春節，大批工人放假返鄉，構件加工面臨著前所未有的挑戰。

BIM技術的引入，輕松化解了 “艱巨的構件加工任務與有限的工人” 之間的矛盾。構件加工廠通過BIM模型導出構件統計報表后，立即排產，日夜奮戰，積極開展基于BIM技術的數字化生產，大幅度縮短了構件生產時間，提高了生產效率，為項目的按期交付提供了保障。

2.3 BIM技術在項目施工中的應用

疫情，不等人；與死神競速，間不容發。在中建三局的牽頭帶領下，各方迅速進入戰時狀態，奮戰在這場沒有硝煙的戰爭中。施工過程中，采用全過程BIM模擬，不斷優化施工方案。同時，實施基于BIM的信息化管理，將每一個節點精確到分鐘，堅決不浪費一分一秒時間。最終，兩所醫院如期交付使用。

2.3.1 全過程BIM模擬，優化施工方案

火神山、雷神山醫院的建設采用了全過程BIM模擬。對輕鋼結構安裝順序、施工機械走行路線及集裝箱式活動板房吊裝次序的合理性進行驗證分析，進一步優化施工方案，提高施工效率，縮短施工時間。同時，利用BIM技術對施工人員進行直觀的可視化交底，幫助施工人員更直觀地了解施工，為順利、快速施工提供了重要保障。

2.3.2 基于BIM的信息化管理，確保幾十道工序齊頭并進

火神山、雷神山項目均采用基于BIM的信息化管理，精確每一步施工計劃所需時間，確保現場幾千名工人和近千臺各種大型機械設備和運輸車輛有序作業，幾十道工序齊頭并進，現場施工和整體吊裝穿插進行，如圖4所示。同時，根據現場情況進行實時糾偏，做到有序對接，堅決不浪費一分一秒，為項目如期交付提供了保障。

圖4 火神山醫院現場有序施工

3 BIM技術與裝配式建筑深度融合的措施

我國自2015年起開始大力推廣BIM技術與裝配式建筑，二者已逐漸成為建筑行業關注的焦點，火神山、雷神山項目的神速完成，更進一步提高了人們對這兩項技術的關注度。但是，目前二者尚未完成深度融合，無法充分突顯BIM技術在裝配式建筑中的應用優勢，達不到 “1+1＞2” 的效果。因此，為加速BIM技術與裝配式建筑的深度融合，進一步拓展BIM技術在裝配式建筑中的應用，需采取一些切實可行的措施。

3.1 全面升級裝配式建筑產業鏈

BIM技術與裝配式建筑深度融合后，二者之間便構成了 “一榮俱榮，一損俱損” 的共生關系，只有二者均 “榮” ，才能真正達到 “1+1＞2” 的效果。而目前我國裝配式建筑尚未形成完整的產業鏈，各建設階段的技術管理水平參差不齊，各環節間相互牽制，嚴重阻礙了裝配式建筑的產業化發展[7-8]。因此，為實現BIM技術與裝配式建筑的完美融合，必須全面升級裝配式建筑的產業鏈，均衡提高各建設階段的技術管理水平，消除建筑設計、構件生產、裝配施工等各環節間的相互牽制，全面促進裝配式建筑產業化發展，為實現二者完美融合打下堅實的基礎。

3.2 大力推廣工程總承包模式

全過程統籌管理、全環節深度融合是發展裝配式建筑的重要前提。雖然BIM技術將設計、生產、施工、運行維護等各個環節集成了起來，但由于無統籌管理，使得全環節深度融合的難度較大[9]。若采用總承包模式，由項目總承包單位進行全過程統籌管理，可有效促進各環節的有機融合，更加充分發揮BIM技術的優勢，實現裝配式建筑全壽命周期數據共享和信息化管理。因此，筆者建議政府出臺一些強制性、激勵性政策，大力推廣工程總承包模式，促進工程管理由碎片化向集成化方向發展，為實現裝配式建筑產業化提供保障。

3.3 積極推進專業人才隊伍建設

促進BIM與裝配式建筑的深度融合，推動裝配式建筑智能升級，是裝配式建筑產業化的必由之路。因此，每一個從事裝配式建筑行業的企業，都應充分認識到BIM專業人才的重要性，建立健全人才培養保障體系和長效機制，加大BIM專業性人才的培養力度，積極推進專業人才隊伍建設，提升自身在行業中的競爭力。

4 結論

火神山、雷神山項目的順利建成，將裝配式建筑與BIM技術的優勢展現得淋漓盡致，但關于二者深度融合的研究才剛剛起步，我們應在此基礎上，進一步探索深度融合BIM技術和裝配式建筑的途徑，拓展BIM技術在裝配式建筑中的應用。同時，全面升級裝配式建筑的產業鏈，消除 “短板效應” ，大力推進BIM專業人才隊伍建設，為實現裝配式建筑產業化提供技術和人才保障。

圖片來源：

圖1、圖2：《人民日報》官方網站；

圖3：中國暖通空調網。