BIM技術在裝配式建筑中的應用研究

摘要：裝配式建筑的大力推廣應用，促進了整個建筑產業的發展轉型，提高了整個行業的管理水平。裝配式建筑實施過程中通過引入BIM模型，讓建筑管理進入了全壽命周期信息化管理，推動了建筑項目各階段有效信息整合。以城市高層商品住宅為例，通過采用BIM技術將傳統的2D圖紙轉換為3D模型，對方案設計、建筑模型碰撞檢查優化、工程模擬施工、施工現場管理等進行分析研究。研究結果表明，采用BIM技術能有效提高裝配式住宅的生產效率和工程質量，并能滿足業主方多樣化的空間需求，減少了施工過程中返工問題的出現，讓建設項目綜合管理水平更上了一個臺階。

關鍵詞：BIM技術；裝配式構件；設計優化；節能綠色施工

0" "引言

現階段，建筑業作為國家經濟發展的主力產業，存在著高耗能、粗放散亂、信息技術應用不高、勞動力缺乏等問題。裝配式建筑的大力推廣并應用，能夠有效促進建筑業的轉型升級，提升建筑生產的技術管理能力水平。將BIM技術引入裝配式建筑實施過程中，可以進行施工組織模擬，優化施工工序，幫助集約化生產加工，減少施工過程中的污染排放和能源消耗，實現精細化、高技術含量的信息化集中生產，打造環境友好型的建筑產業新業態[1]。

1" "裝配式建筑應用概述

1.1" " 裝配式構件定義

裝配式構件即混凝土預制件，是指在工廠預制加工生產，并運輸到工地現場進行組裝施工，完成建筑結構施工。針對裝配式建筑，一般是三個主要實施過程：

第一步，根據建筑結構構造形式進行逐個構配件的劃分并細化設計，畫出每個構件的詳圖；第二步，構件加工廠根據每個構件的圖紙進行預制構件加工，并針對每個構件做好標識等工作。第三步，采用專用的運輸車輛運至施工現場，現場進行拼裝施工，完成建筑結構施工[2]。

裝配式建筑結構體系主要包括剪力墻結構、疊合剪力墻結構、框架結構。由于不同結構體系受力不同的特性，針對不同的結構體系需要進行特別設計加工并安裝。

1.2" " 裝配式建筑采用BIM技術的應用優勢

將BIM技術引入裝配式建筑實施過程中，能從多方面提升項目管理水平，能更好的滿足業主方在工期、投資、節能降耗、安全生產、進度管理、質量控制等各個方面的需求[3]。BIM技術有助于設計方和施工方對建設項目的方案進行優化設計，避免圖紙中的不合理問題和錯誤，避免發生返工的情況。

將BIM技術引入裝配式建筑實施過程中，實現了成本控制的精細化控制。通過BIM模型中加入成本相關信息，模擬各個施工階段的成本投入情況，通過細化控制各個階段工程量情況，以保證材料清單實際應用和資源消耗更加合理。

BIM模型能有效展示各個工序的施工工藝和控制重點情況，通過模型向現場作業人員展示施工安裝流程，讓圖紙顯示更加立體化[4]，可避免因施工作業人員因對設計理解不到位，而導致關鍵節點施工不能滿足設計要求的情況。

2" "裝配式建筑應用案例分析

2.1" " 項目概況

某商業住宅項目位于西安市西咸新區，項目主要包括8棟17層高層住宅組成，層高2.9m，底層高3.6m，總計高度為51.6m。其采用框架剪力墻形式，建筑基礎采用樁基礎，設置地下2層地下停車場。本文主要針對此商業住宅1#樓項目為重點介紹分析。1#樓設計使用年限為50年，建筑面積為16890m2。本樓采用裝配式結構施工，施工過程中通過建立BIM模型進行模擬施工情況。

2.2" " 采用BIM技術建立分析模型

將建筑整體和構件的詳細信息，包括尺寸、材質、位置等，輸入到BIM信息系統中去。平面設計文件被轉化為3D信息技術模型，在計算機系統上，可清晰查看建筑的整體構成。根據施工工藝情況，及時掌控不同施工階段的施工秩序，施工所需要的材料情況、設備情況、勞動力情況等等[5]。針對裝配式建筑一般設計流程如圖1所示。

鑒于裝配式建筑預制構件采取工廠加工、現場組裝的施工模式，因此在設計時采用BIM信息技術建立各個梁板柱構件模型，將不同的構件進行分類分組。在BIM軟件系統中設置“族”類，一類構件建立一個族類，分類管理。其在實施過程中可反復調用并及時修改。這樣的設置形式能夠簡化對建筑構件的編號存放，有效提高整體效率。

本商品房住宅項目依靠BIM技術的信息化建立，讓所有構件進入“族”類，并實現標準化管理。根據項目情況，創建了梁板族類、柱族類、樓梯梯段族類，并根據需要設置了特殊的一些非標準化構件族類。

2.3" " 采用BIM技術優化建筑設計

相比傳統的二維CAD制圖，裝配式建筑采用BIM技術能有效分析模擬建筑構造形式，減少因平面設計過程中的出錯率，減少因管線布設等有問題而與建筑造型、結構梁柱等不匹配、碰撞等問題。采用BIM技術進行建筑設計主要流程如圖2所示。

商品住宅在建筑設計過程中，需要將建筑面積、戶型尺寸和使用功能進行適應性分配。本住宅項目通過在建筑設計中，采用上述的方案設計流程，通過標準化設計模塊，將建筑面積進行優化設計，以滿足居民的居住要求和面積要求。并采用與環境分析相結合的方法，采用專業的環境模擬程序進行日照等參數分析[6]。

與水電暖等設備管道相匹配的裝配式設計，是此項工作的重點。借助BIM技術的一體化平臺，整合各個專業的設計要求，實現在裝配式構件上設計出對應水電暖的需求。裝配式結構節點控制也是設計階段需要細化考慮的重點。傳統的平面制圖不能將復雜的三維節點及連接情況分析清楚，通過借助BIM技術手段，能有效解決節點復雜的配筋設計問題，包括鋼筋間距的控制、保護層的控制、鋼筋的走向、彎鉤綁扎設置等，減少出錯的概率。裝配式建筑預制構件配筋BIM模型如圖3所示。

裝配式建筑設計過程中采用BIM 技術，可進行各專業協同辦公設計，充分利用軟件中的碰撞檢查功能，通過三維視圖清晰查看每個節點的尺寸和鋼筋布置情況[7]。經檢查可知，預制構件在細化設計時有12處出現了鋼筋互相交叉的情況。對此將這些位置進行了標記，并將信息反饋給工廠進行翻修。

2.4" " BIM技術在施工中的應用分析

基于BIM技術的項目計劃，施工開始前進行整體規劃分析，確定各個施工參數和施工步序。針對不同施工過程，實時進行實際計劃工程量和實際值得偏離情況控制，及時跟蹤調整，以保障目標進度滿足預期要求[8]。

能通過BIM技術進行施工過程模擬分析，基于時間軸的3D模型技術為整個施工過程提供了有力的支撐。BIM模擬預制柱吊裝安裝如圖4所示。

施工過程的安全控制是整個建設過程中的核心。針對本商品住宅項目，通過按照事故發生的類別將其細化分類，事故分類主要包括墜落、坍塌、物體打擊、電擊、基坑坍塌等。識別這些因素，并將這些影響因素輸入到BIM模型中，便可有效預測并避免大部分安全問題的發生。

3" "裝配式建筑采用BIM技術的應用成效

本裝配式商品住宅項目全過程依托BIM技術進行設計和施工工作，通過技術分析達到了設定的預期項目目標，不僅保障了工程質量，縮短了施工周期，達到了綠色環保要求，還提升了整個商品住宅的建造管理技術水平，其主要成效在以下幾個方面：

3.1" " 縮短建造周期

因為構件加工和現場其他施工作業基本同時開展，減少傳統現場施工作業的困難，且受到的環境氣候影響較小，由此使得建造周期縮短了約30%。

3.2" " 施工過程節能環保

可讓建筑業施工過程循環利用，并提升了現場文明施工標準化水平。獨立的機構評估表明，其節約能源約21%，節約水資源約56%，減少建筑垃圾排放約80%。

3.3" " 設計形式豐富

與傳統的墻柱設計結構相比，其設計形式更加豐富，可滿足業主居住空間分割要求。裝配式建筑建造組裝的大開間、個性化空間劃分，提升了人居生活品質和室內生活環境的更加合理要求。

3.4" " 提升建造效率和質量

針對此住宅項目，標準化信息化的設計施工，提高了工廠制造效率，建筑質量也得到可靠保證。傳統現場施工，因不同作業隊伍的管理水平、認識水平參差不齊，導致施工質量高低不同。采用BIM技術預制構件，構件質量更容易得到保障，配合專業化隊伍安裝，保證工程質量的穩定可靠[9]。

4" "結論

裝配式住宅作為國家大力推廣的住宅產業項目，以其高效、高質量、工期短等一系列優點而被大家熟知并接受。本文以裝配式商品房住宅項目為例，對方案設計、建筑模型碰撞檢查優化、工程模擬施工、施工現場管理等進行分析研究。

實際案例項目表明，采用BIM技術有助于提高裝配式建筑從概念設計、方案設計、模型優化和碰撞檢查、工程進度跟蹤等工作，具有很高的應用價值。采用BIM技術能在施工階段幫助業主方和總包方控制投入成本，清晰控制施工過程工程量統計，保證施工質量可靠、安全可控，并極大的提高了勞動生產效率。

當然，裝配式建筑采用BIM技術也存在一些不足，比如前期投入成本較高、對專業人員技術要求高等。不過作為一種較為新型的建筑產業模式，隨著社會對其認可度的逐步提高，其加工成本會逐漸降低，施工難度也會有所降低。

參考文獻

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