BIM技術在裝配式建筑施工過程中的應用研究

徐林

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司）

1 引言

近年來，由于裝配式建筑綠色、環保、節能、高效的特點，再加上政策利好，建筑行業在施工過程中都更愿意選擇裝配式的施工模式。所有預制構件按照設計要求進行預制生產，并確定出廠時間和運輸方式，在施工過程中，工人將各種構件材料進行組裝和裝配。但是，裝配式建筑構件的設計、生產、運輸、安裝環節對精準度的要求都很高，因此，為了更好地控制成本、履行綠色環保的責任，在裝配式建筑施工過程中引入BIM技術，將所有環節在數據模型中進行全過程模擬和精準控制，使工程項目的施工作業更加科學、合理、優化、綠色、節能，體現較高施工水平。

2 裝配式建筑工程

2.1 裝配式建筑工程的概述

裝配式建筑工程從某種角度來說屬于系統工程，包括設計、生產、運輸、安裝等環節。選擇裝配式建筑，從設計一開始就要注意選擇預制結構構件，并限定結構構件的裝配工藝，經過生產和運輸，最后，在具體的施工階段進行構件的組裝和裝配。從整個流程來看，在施工作業之前需要先設計好高精準度的預制構件，避免安裝和裝配環節由于尺寸不合適造成成本的提高、工期的拖延。由工廠進行預制構件的生產，既能提高資源的合理利用，也能改善因濕作業導致的施工工地環保不達標的情況。裝配式工程符合當前行業高質量發展的要求，符合綠色環保節能可持續發展的戰略要求[1]。

2.2 我國裝配式建筑工程的發展現狀

近年來，我國房地產業的高速發展給裝配式建筑工程的發展提供了契機。傳統的建造施工方式與人們持續增長的住房需求不匹配，存在較突出矛盾，這就要求建筑工程的建造模式必須革新。隨著科技的發展，裝配式出現在人們面前，經過大量的工程實踐，裝配式建造水平得到提高，裝配式建筑工程成為建筑行業發展的大趨勢。

3 BIM技術

BIM概念最早由美國提出，全稱為Building Information Modeling。在概念剛提出的時候，BIM只是產品模型，包含的數字信息內容很少。隨著經濟和數字化技術的發展，BIM應用日臻成熟，它成為可以囊括建筑工程項目全生命周期信息數據的三維模型，這里的信息數據種類繁多、格式多樣，包括進度管理、資源調配、項目內容等全方位的數據。

在建筑工程項目中應用BIM技術，可以基于三維數據模型呈現出項目的整體信息，各專業的設計、建造情況均可直觀看到，也便于各參與方進行溝通，更正、優化設計方案，把控施工進度，提高施工質量。BIM技術高效的信息整合傳遞分享特點，可以避免傳統項目設計建造過程中費時、耗力的情況，給后續的施工提供很大便利[2]。

4 BIM技術在裝配式建筑施工過程中的應用

4.1 預制構件參數化處理

裝配式建筑中需要用到的構件有非常多的種類，為了方便對構件進行管理，提高構件精準度，需要使用BIM技術進行參數化建模。以疊合板為例，經分析構件組成，可建立關于疊合板的嵌套族，疊合板的零件如各類鋼筋、預留預埋件、混凝土底板等作為子族；零件的合集作為父族；構件的信息以參數代表，在調用構件族文件時，將所需尺寸等信息導入文件中，即可生成所需構件模型。通過參數化建模建立產品族庫，在搭建工程BIM模型時可以明顯降低近似構件建模的工作量，同時方便統一修改某一種構件的參數。工程中的材料管理也可以依據構件庫的數據進行，對構件庫進行分類拆分，按照工程施工節點劃分模型、統計材料表和工程量，為工程的精細化管理提供數據基礎[3]。

4.2 預制構件深化設計

①基于BIM技術的裝配式建筑深化設計以構件的深化設計為核心，構件深化設計的精準度直接左右著整個項目的質量。在構件的深化設計中主要需解決構件和節點連接、構件與其他構件和結構間的干涉。

②預制件之間的連接節點是裝配式建筑最脆弱的環節。使用BIM模型研究預制件連接的情況，在軟件中對薄弱位置的構件連接節點進行模擬測試，檢查在該節點位置是否能夠順利連接。還需對預留鋼筋進行碰撞檢驗，并根據預制構件模型進行預留孔洞位置檢驗。

4.3 管線綜合深化設計

各專業BIM模型完成后需要拼裝在一起形成全專業模型，將建筑、結構、機電等單專業模型在三維環境中整合進行管線綜合深化設計。在傳統的裝配式建筑深化設計中，由于二維圖紙的限制，施工時會遇到大量的不協調、不合理問題導致返工；采用BIM技術將二維圖紙轉化為三維模型，使用Navisworks軟件對管線的碰撞問題進行修正，可減少節點、結構與管線沖突，保證機電管線在建筑中的協調。

基于BIM模型的三維空間展示解決了傳統二維圖紙空間信息缺乏的問題，便于提前發現施工中可能出現的問題，尤其在機電管線復雜的車庫和機房區域極大提高了綜合布線的效率，保證了深化設計的質量。同時，基于整合后的全專業模型可以使用軟件直接輸出任意位置的局部剖面圖，生成的剖面圖也會與模型保持實時的更新，有效保證了深化設計出圖的效率[4]。

4.4 場地布置模擬

①在工程施工的不同階段都可以通過BIM技術對施工場地布置方案進行優化，例如重型機械的路線設計，施工過程中材料堆放的模擬等，通過計算機模擬的優化方案可以有效減少二次場地布置造成的浪費[5]。

②在工程的準備階段，可以基于BIM模型建立施工場地模型，將場地內堆料場地、安全文明、加工區、交通路線等模擬綜合布置。在施工之前即可生成場地全景漫游，身臨其境的體驗施工場地的布置情況和參觀路線的模擬。

4.5 關鍵節點施工模擬

①應用BIM技術可視化的性質，可在編制施工方案時進行模擬仿真，對施工重點、難點進行可視化交底，BIM提供的三維模型，可以讓相關人員直觀了解節點施工方案細節和重點，使設計交底更準確。

②BIM技術的可視化交底內容還應包括對關鍵節點及施工關鍵環節的模擬動畫，以動畫的形式更好地展示施工方案，輔助進行最優方案的遴選與后續的人員培訓工作。

4.6 預制構件管理

傳統模式下的預制構件生產流程為：模型設計→構件出圖→人工錄入→數控加工；而應用BIM技術進行的裝配式預制構件生產模式，由BIM生成的數據可直接導入工廠端進行生產。

新的生產模式流程為：BIM深化模型→數字化加工→生成加工料單。料單利用RFID技術，將預制構件與帶有構件信息的電子標簽相匹配，可作為構件出庫、運輸、堆放的管理基礎。

裝配式項目施工通常有堆場管理問題、預制構件發貨效率問題和構件運輸過程管理問題。

為解決預制構件的管理難題，將RFID技術與互聯網結合，以云端作為服務端，以構件信息為主線開發協同管理平臺，將構件的生產、運輸、堆場、吊裝等施工過程進行串聯，使構件信息可通過網頁端、移動端、系統管理端進行實時管控。在使用BIM技術進行裝配式建筑預制件生產時，可以在構件的料單和電子標簽中加入構件的數據參數，通過黏貼或者RFID電子標簽的方式綁定在對應構件上，在協同管理平臺中就可以一物一碼的對構件進行運輸和庫存的跟蹤管理。

5 結語

綜上所述，將BIM技術應用在裝配式建筑工程施工中，二者特性的有機結合可以形成諸多優勢，助力工程項目的高質量施工。首先，可以利用三維模型對各施工節點的情況進行可視化模擬，便于項目的各參建方及時了解流程和現場情況。其次，在預制裝配式結構構件中，用BIM進行深化設計可以提高預制構件的精確度。再次，基于BIM信息模型可以實現管線綜合的碰撞檢查，可以避免返工、修改、延誤工期等情況。最后，應用BIM技術進行各專業協同作業，可以進一步細化施工管理工作。