基于BIM技術下裝配式構件的系統優化設計

王晶瑩

(黑龍江建筑職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

BIM是將三維模型作為呈現主體，將工程項目的生命周期中的參與人員、施工階段及環節的信息資源整合起來的項目設計手段，能夠有效實現項目信息的傳播與共享，而在特征層面，BIM能夠幫助項目負責人統籌施工環節，分析和模擬項目在環境、能耗、經濟、安全層面的問題，以此為項目工程提供決策依據，現作如下分析。

1 BIM技術特點

1.1 可視化

BIM的構建原理及呈現方式，決定了其可視化特征。設計人員通過模型展示，能夠清晰地探查到不同階段的施工成果及設計進程，使施工設計更加便捷、易于理解。在傳統的設計體系下，項目人員通常采用圖紙展示的方式，呈現項目信息，不同的符號和線條都擁有較強的專業性特點，施工負責人及項目投資人很難直觀地探索建筑圖紙中的數據信息，難以形成富有實效的溝通及交流體系[1]。但BIM的興起與發展，能夠幫助設計人員通過構建數字模型、三維模型的方式，將項目不同的施工周期、施工進程，全面而有效地呈現出來，使項目負責人更好地了解當前的施工進程。

1.2 協調性

為推進工程項目的施工進程，破解施工中所存在的問題，提升項目工程的協調性與實效性。BIM通常被應用在協同管理層面，幫助設計單位與施工單位更好地明確彼此的職責，清楚施工建設中所存在的問題，提升兩者間的協同交流能力。而在BIM技術具體的應用層面，建筑施工企業需要在問題出現后，協調各專業人員與施工人員的關系，探析問題的形成機理，確定相應的問題解決路徑及策略[2]。但如果在協同管理中出現問題，將導致各設計單位或施工單位存在溝通偏差，致使問題難以得到解決，甚至影響其他施工環節及設計環節的順利開展。現階段，BIM的協調性已經被廣泛應用在協調管理及問題分析層面，能夠有效地幫助施工企業破解各類施工問題，提升施工質量。協同性主要指信息的及時共享及需求的有效獲取，使不同參與方在施工過程中發揮出最大的功能與作用。

1.3 模擬性

模擬性并非模擬項目設計中的建筑模型，還需要根據真實世界的地理環境、影響因素、施工要素對模型進行仿真模擬。通常來講，在項目設計階段，企業通常會進行一系列的模擬實驗，譬如日照模擬、疏散模擬、技能模擬及熱能傳導仿真等。而在施工和招標階段，還需要進行四維模擬。所謂的四維模擬是在三維基礎上，加入時間參數，使模型呈現出在真實環境中所擁有的特征和特點進而根據施工模擬結果[3]，設計施工內容、項目計劃及施工管理等內容。與此同時，建筑企業還可以構建五維模型，即在四維模擬的基礎上，添加造價要素，從而幫助設計人員，實現運營管理與成本控制等目標。

2 BIM技術應用于裝配式構件的技術指標

2.1 CAM系統數據庫

BIM技術應用裝配式構件，主要是通過BIM平臺生成可視化的模型。精算后裝配式構件的參數化指標清晰可見，可以直接對接工廠出品裝配式構件。在建筑工程項目中，BIM技術已經拓寬了對接CAM工廠生產系統的技術路徑，同時與物聯網技術結合，生成了基于施工現場的信息化管理中心。工程師在設計裝配式混凝土結構的過程中，對CAM數據庫進行原材料篩選，也就更容易找到匹配度較高的生產材料。

2.2 模型搭建系統模板

裝配式建筑BIM模型的搭建過程，可以用動畫場景設計。在人挖樁基礎、現澆承臺、擋土墻與基坑砌筑、地梁澆筑、基礎回填與架空層板澆筑、預制梁與現澆梁支撐放置、預制墻吊裝和預制墻固定等施工環節中，可以提前預設模型數據庫，用于存儲不同類型的裝配式構件模板[4]。后期使用過程中，直接調動模板數據庫，置于主控單元即可生成完整的施工流程圖。

2.3 預制構件加工生產

預制構件生產必須符合前期設計的模板要求，尤其構件尺寸參數和類型必須嚴格遵循施工項目排版要求，必要時配上文字說明和參考線段。預制構件生產使用BIM模型，可綜合“BIM+MES+CAM”技術進行協同設計，從而實現從設計稿件到工廠自動化生產的流水線作業。尤其生產鋼筋和加工構件的過程中，可以進一步開放二維碼技術、RFID芯片等輔助功能，對裝配式構件進行加工生產，增強構件結構的辨識度和管理條件。MES作為裝配式構件的制造廠商執行系統，具有強大的生產技術監控管理功能，所以可以準確對接生產流程，一步到位給出BIM方案大量構件產品。

2.4 施工現場可視化

BIM技術在施工現場的應用中，可以結合“BIM+物聯網+GPS”技術綜合運用，從而對裝配式構件的生產、運輸、堆放、吊裝實現全程可視化管理。RFID射頻識別裝置、紅外感應器、GPS全球定位系統等裝置，聚合形成了一個龐大的施工現場網絡系統。自動完成對施工現場內建筑物構件的使用情況數據調集，并對現場信息實時管理，也就最大限度地降低了建造誤差，也必然在很大程度上提高了生產率。

3 基于BIM技術下裝配式構件的系統優化設計

3.1 “5G+BIM”應用全覆蓋

5G技術具有高速率、廣連接、低時延的三大特性，在杭州蕭山國際機場三期項目中使用“5G+BIM”技術，從塔機安全、現場作業安全、人員安全等方面形成了全程全時段監控，對64萬m2的施工現場實現了全程保護。在防疫期間，“5G+AI”系統同時聯通了施工人員檢測，所以監控數據范圍更廣。可以認為“5G+BIM”的系統優化升級，進一步拓寬了施工組織規劃、前期設計、中期施工、后續運維等多方面的全產業鏈應用推廣。中建三局華東公司承建蕭山國際機場三期項目中，建筑構件在分配到施工人員手中后，移動終端設備實際上追蹤了構件應用全過程，可以實時投放在5G網絡屏幕之上，所以無論施工現場環境多么復雜，都能夠協調建筑構件完成統一的信息化管理，對于裝配式構件的系統優化具有支持作用。

3.2 “3D +BIM”微縮模型

建筑構件生產加工，很大程度上受限于加工部件的復雜程度。數控工廠加工部件越為復雜，后續產生的間接建造成本越高，無形中增加了工程項目預算負擔。尤其一些使用頻率很低的施工構件并非消耗品，根本無需大批量生產。而在3D打印技術出現后，結合BIM技術的針對性生產計劃得以實現。計算機操控3D打印系統，聯網BIM主控平臺，對極為復雜的構件進行直接現場打印。既可以最大限度地縮短生產周期縮，同時也降低了裝配式構件的生產成本。與此同時，對于很多復雜的異型構件來說，3D打印幾乎沒有廢品，所以精度更高也是3D打印的技術優勢。與此同時，3D打印實際上完成了BIM微縮模型呈現。雖然BIM可以直接生成三維視頻，但是施工現場環境復雜，多人360°全視角觀察建筑模型結構的條件不足。而3D打印直接生成的微縮模型，展示空間更為自由且便于攜帶，所以更適合在施工現場大范圍使用，無疑是裝配式構件BIM系統的重要優化方向。

3.3 “BIM+云計算”廣聯云服務

BIM與云計算的集成應用，是廣聯云服務革命性的技術升級。利用云計算將BIM的終端應用升級為BIM云服務，實際上增強了裝配式構件在施工環節中的應用控制。上海浦江大型PC保障房項目中，BIM云服務擴大物聯網終端集成的應用范圍，運用BIM技術對建造信息管理平臺進行優化，對施工現場所有構件完成了統一編碼，再使用射頻識別技術動態管理預制構件，構件信息均可在云端服務平臺瀏覽。而這樣的嘗試也開啟了BIM技術在預制混凝土裝配式建筑的設計、生產、施工全過程管理的云端服務升級。

在天津高銀金融117大廈工程項目中，設計團隊在應用BIM設計初期，便將裝配式構件的所有信息上傳到云端服務平臺。BIM系統云建設方案的運用，幫助該項目存儲了上萬份工程文件而且對接了十余個工程單位，只要獲得工程環節密碼，便可登錄BIM云服務平臺下載初期設計資料，也就順理成章的調配到各環節施工團隊并完成了協同作業。項目部將BIM信息及工程文檔同步保存至云端，并通過精細的權限控制及多種協作功能，滿足了項目各專業、全過程海量數據的存儲、多用戶同時訪問及協同的需求，確保了工程文檔能夠快速、安全、便捷、受控地在團隊中流通和共享，全面提高了裝配式構件云端服務的應用效果。

4 結 語

綜上所述，BIM技術具有可視化、協調性、模擬性等特點，在進一步優化設計裝配式構件的BIM系統時，需要首先確定其中的關鍵技術指標，CAM系統數據庫，模型搭建系統模板，預制構件加工生產，施工現場可視化等方面，均可作為BIM系統升級的優化方向。與此同時，“5G+BIM”應用全覆蓋、“3D +BIM”微縮模型以及“BIM+云計算”廣聯云服務，對于優化裝配式構件BIM系統具有支持作用。