BIM技術在新型裝配式綠色建筑中的應用

湯能文

江蘇蘇亞金誠工程管理咨詢有限公司 江蘇 南京 210009

現階段城市環境正在逐漸惡化，國家在可持續的發展中對于城市建筑方面有了更新更高的設計和建設要求，要有效促進資源的循環利用，建設“四節一宜居”建筑，不斷改善人居環境，為以后城市可持續發展奠定堅實的基礎。所以，對于全方位并且具有先進性的BIM技術在裝配式綠色建筑設計和建設中有積極意義。

1 項目概況

某市政務中心的停車綜合樓工程項目（下稱本項目或本工程），處在某市行政中心的繁華地段，建筑總高度57.15m，總面積為48972.21平方米，其中地上建筑際面積42085.27平方米，地下建筑面積為6886.94平方米，主體結構為鋼筋混凝土框架結構，屋頂為異型鋼結構，基本柱網6m×6m，內部安裝機械停車位約4000個。項目運用新型裝配式綠色建筑構架體系，預制率達到53.3%，圍護構架與欄桿等相關部件的安裝率高達93%。

由于項目位于市中心繁華地段，人員密集，行人車輛多，交通擁堵，安全文明環保施工要求高，速度要求快，作業場地狹窄，沒有材料堆放場和預制場。為此業主方要求結合BIM技術，采用裝配式建筑，免抹灰、少砌筑。結構方案設計和現場作業施工條件綜合考慮，土建和裝修一體化設計，盡量采用工廠化制作，減小現場濕作業[1]。

2 BIM技術的應用

2.1 方案階段的應用

根據業主方要求，為達到所見即所得的實際效果，本工程建筑師對項目周邊環境采用三維激光掃描儀進行信息采集和分析，將客觀環境詳細還原之后，得到了想要的基礎數據和具體參數。再結合這些參數和建設單位停車數量要求，對本工程建筑方案進行概念模型設計，反復優化和改進，特別是屋面異型鋼結構，最終生成1∶1的方案模型，各個方位外立面風格顏色和內部空間效果全部實景展現，并且可進行視角演示和虛擬漫游，真實地展示建筑效果，幫助業主從繁雜難懂的二維平面圖向三維立體空間實體轉變，清晰理解設計意圖，準確表達自己的想法，及時提出優化建議，高效準確做出決策，最終方案設計完全符合業主要求。

2.2 設計階段的應用

為更好地提高工程質量，本工程從設計開始，就運用了BIM技術對工程的形體詳細分析，分別進行土建、機電、鋼結構等形體建模。先后經過參數化設計、可視化設計、造型與性能優化、多專業協調、碰撞檢查、設計優化等階段，從最初的概念模型到施工圖的每一個預制構件，對每項參數都分別進行了細化與調整，將工程形體逐漸協調優化，使設計圖紙完全體現了設計方案思路，更加符合業主要求，更趨合理、便于施工。

建筑信息可視化：通過建立各相關建筑信息的三維模型，在項目施工前，完成對項目整體的虛擬演示，直觀地反映出建筑效果，使土建專業與水電、消防等安裝專業、參建方的溝通、協調、決策都在可視化的狀態下進行，更加直觀、清晰、準確。

專業協調：基于BIM的信息共享，一方面在工程初步設計和施工圖設計時，各專業在同一平臺進行，信息共享，可視化設計；另一方面同時協調建筑、結構、裝飾、安裝、鋼結構等相關專業，運用BIM技術的碰撞檢查功能，進行物理碰撞（硬碰撞）和規則碰撞（軟碰撞）檢查（如圖1），并生成協調文件，大大改善設計，減少審核工作，更早發現錯、漏、碰。

基于BIM技術的施工節點模板優化

圖1

設計優化：依據深化設計，通過BIM模型，執行全面的建筑分析、結構可靠性分析、建筑性能分析，直觀地顯示設計問題，以便對系統進行優化調整。

設計變更跟蹤，及時調整和完善出圖。設計人員應用BIM技術進行及時成效對比，通過查詢和對比的方式，即時掌握施工的具體情況；根據現場施工反饋或問題，設計人員第一時間通過BIM共享平臺進行復核、答復，提出修改意見或出圖，所有變更都在平臺上可視化進行并留痕保存，做到了自動實時更新，并形成變更造價對比，全程進行概算預控，各參建方均可查閱和打印。

2.3 施工階段的應用

裝配式建筑結合BIM技術的應用，不同于以往的施工管理模式，在本項目工程施工期間，總包BIM團隊配合項目部、專業化加工廠完成了以下一些工作。

（1）設計交底，預制構件深化設計： 進行系統圖分析，梁板柱預制構件、鋼筋節點、機電管線深化設計，利用BIM模型對特殊節點綜合施工工藝進行施工優化和交底；

圖2

圖3

（2）加上時間維度，模擬現場施工，進行運輸場地與工作面管理、施工分析，確定合理的施工工序，從而進行有效的施工管理。采用4D-BIM施工管理系統，集成BIM和移動技術、RFID技術以及GPS技術，實現現場施工情況動態跟蹤，對比計劃進度和實際進度，通過構件詳細信息，查詢進出場及安裝情況，實時追蹤當前的進度狀態，分析影響進度的因素，確定受影響的任務，受影響的部位，協調各專業，制定應對措施。

（3）構件深化設計和預制加工：本項目預制構件僅使用于地上結構，預制構件為：預制柱、疊合梁、鋼筋桁架疊合樓板、預制樓梯，累計預制柱402根，預制梁2768根，預制板4552塊，預制剪力墻2466塊。

制定構件拆分原則后，在Revit中調用Dynamo進行可視化編程，將Revit結構模型中的現澆構件拆分為零件，再將多個零件形成組件，完成構件拆分。所有拆分構件經深化設計后，圖紙發專業加工廠進行制作前聯審，根據生產能力和工況進行生產轉換、導入，全部實現BIM圖紙與數控制造集成的半自動化、流水線預制生產。

（4）總平面管理：通過5D-BIM模擬工程現場的實際情況，有針對性的布置起重設備、臨時設施、運輸路線、料場及其他設施位置，實現工程各個階段總平面各功能區的動態優化配置，可視化管理，避免了相互干擾，確保了構件按時到場，按計劃流水有序安裝施工。

（5）工作面劃分與交接協調：通過定義工作面，將各平立面劃分成獨立的管理區域；將進度、圖紙、合同、分包等信息分區獨立管理，提高總包管理的細度，加深總包管理的深度。

（6）構件運輸與安裝協同管理：根據現場構件吊裝的順序和運輸情況的分析，通過構件安裝計劃與裝車、運輸計劃的協同，明確裝車、運輸構件類型及數量，協同配送，保證滿足構件現場及時準確的安裝需求。

（7）施工工藝模擬與優化：在電腦上對每層構件安裝進行模擬，提前查找和處理各環節可能遇到的問題。預制件測量放線及墊片安裝→構件吊裝→找正固定→鋼筋連接、綁扎→節點封模→灌漿養護。

（8）現場進度可視化監控：在進度計劃編制過程，給每個計劃開工項添加樓層、分區、專業等屬性，與模型具體構件的屬性相對應，實現進度計劃與模型構件的自動關聯。

（9）成本和工期管理：BIM、施工計劃和采購計劃集成的5D模擬，對擬投入的人力、材料、機械進行反向計算和定量分析，以確保在滿足施工需要的前提下合理配置資源，加快進度，減少中轉和存儲時間，降低成本。

（10）運用BIM技術加強安全風險管理。在4D模型和4D模擬的基礎上，附加材料屬性、邊界條件和荷載條件，結合先進的時變結構分析方法、相應的有限元軟件接口，采用ANSYS或Etabs等通用有限元軟件，便可以將BIM、4D技術和時變結構分析方法結合起來，實現基于BIM的施工過程結構安全分析與支撐體系安全分析，有效捕捉施工過程中可能存在的危險狀態，指導安全維護措施的編制和執行，防止發生安全事故[2]。

（11）管理協調：通過BIM管理軟件建立一個模型數據管理平臺，實現項目各管理方（業主、設計院、總包、監理等）協同工作。項目各管理方基于網絡實現文檔、圖紙和視頻的提交、流轉、審核、審批及發放，實現信息共享。在項目施工過程中通過網絡進行工程協調，實現施工質量、成本和進度的可視化管控。

3 本項目應用BIM技術取得的效果

本工程通過BIM技術與裝配工建筑的緊密結合，取得了明顯效果。

①設計無錯漏，沒有變更。沒有因圖紙設計問題而無法施工或造成返工，構件尺寸和位置準確無誤，安裝精確，消除40%預算外更改；②解脫了煩瑣的工程算量和誤差，工程量精確到每根鋼筋、每根管線、每方混凝土，造價估算控制在3%精確度范圍內，造價估算耗費的時間縮短80%；③精準下料，工廠化加工，沒有錯、漏、廢或者推倒重來；所有安裝對號入座，防止了因為錯裝而導致返工浪費；沒有廢舊余料，實現了零庫存，環保節約，提高了效益。④通過碰撞檢查提前發現和解決沖突，將合同價格降低10%；⑤項目工期縮短17%。

4 BIM技術在裝配式建筑應用中還需要解決的障礙和問題

現階段BIM技術在裝配式建筑的運用中還存在一些問題，是相關工作者在未來的運用中需要引起注意的。

（1）目前專業化加工廠的信息化應用程度較低，特別是針對工作流和信息流的集成管理，以及各參與方的信息共享問題，已經逐步成為制約建筑工廠化進程的瓶頸問題。因此，如何通過引進最新的信息化技術，以改變原有的建筑工廠化生產管理模式，實現高質高效的施工管理。

（2）通過對建筑工廠化和BIM技術、物聯網等技術的深入研究和技術集成，研發具有自主知識產權的“基于BIM的建筑工廠化管理系統”（BIM-FC），實現基于BIM技術的模型快速設計與建模，將深化設計、預制加工、材料管理、物流運輸、現場施工等各個工作流環節有效鏈接，以BIM平臺為核心，實現各參與方協同合作，提高項目管理工作效率[3]。

5 結束語

在綠色建筑方面最重要的特點就是要保證可持續，把BIM技術廣泛應用到綠色的建筑設計當中有助于全面貫徹節能環保的良好理念，把BIM技術引用到綠色建筑中，能夠有效優化設計方案，確保工程整體質量，提升了作業實施時的效率，對裝配式綠色建筑有很大的積極作用，將這項技術應用在裝配式綠色建筑當中是非常重要的。