BIM 技術在裝配式混凝土建筑中的應用

佟 月

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

在傳統現澆混凝土結構的成本中重要的組成部分有：稅金、利潤、直接成本、間接成本等，其中直接成本是成本中必不可少的部分也占很大比重。裝配式建筑結構成本不僅包括材料、人工等成本，還包括裝配式構件的生產、安裝和運輸成本，這些成本是影響裝配式混凝土建筑成本的決定性因素。

1 裝配式混凝土建筑成本高的主要原因

在各階段，裝配式混凝土建筑成本超出規定要求原因包括以下幾點：

1.1 拆分預制構件缺乏合理性

設計人員要以預制構件的吊點設計、施工特征、后期運輸基本要求等作為基礎，利用設計院提供的圖紙，深入研究圖紙中包含的節點部位，科學分割預制構件尺寸，避免第二次拆分，從而產生更多的成本和費用。同時，不合理的拆卸會大幅度提升構件運輸和吊裝施工的難度，也會增加施工成本。

1.2 預制構件缺乏規范化的、統一的標準

現階段，我國對于預制構件的生產和設計的標準尚未完善，這會大大降低裝配式建筑構建的生產能力，使其生產出的產品類型過于單一。同時因為不同企業的標準不一樣，相互之間沒有替代品，這也降低了構配件的生產競爭力，無法從中降低價格。為此實現預制構件生產的標準化迫在眉睫，應從根本上增強綜合水平，來降低施工成本支出。

1.3 施工吊裝方案缺乏合理性

與現澆混凝土結構相比，預制構件的實際安裝工作量較大，大部分為垂直運輸。而在實際吊裝工作中，選擇不同的塔吊方案和不同的構件數量會影響實際的施工成本。在材料成本方面，組件連接器在安裝成本中占很大比例。由于目前我國安裝技術還不成熟，嚴重缺乏安裝熟練的工種，這也將大大提升裝配式建筑施工成本。

2 基于BIM 技術的裝配式混凝土建筑成本控制策略

我國的裝配式混凝土建筑尚處于發展初期。其中，裝配式混凝土建筑的造價一般高于現澆結構，這是一個非常突出的問題。通過了解傳統現澆施工成本和裝配式施工成本的區別，可以找到導致裝配式混凝土建筑的造價高問題的主要原因。在建筑項目管理中，BIM 技術是一種信息化的方法，應用于裝配式混凝土建筑的各個階段，可以改進裝配式構件的生產工藝，從而提高設計質量，促進裝配式混凝土建筑的成本降低。BIM 技術在裝配式混凝土建筑成本控制中的應用包括以下幾點：

2.1 在設計階段的應用

裝配式混凝土建筑結構設計主要是指根據現澆混凝土結構進行優化設計，通常情況下會在常規設計工作后開展，會從整體上分析整個結構，然后以不同構件為基礎拆分相應的節點，當完成拆分工作后要開展深層次設計工作。而工廠則要以深化設計出的施工圖紙為基礎開展預制生產工作，最后將生產出的預制品運輸到施工現場（如圖1）。

圖1 混凝土預制構件沙盤

在施工現場，如若設計人員未核對結構施工圖，盲目拆分，會出現很多問題，這會耗費大量的溝通時間，需要反復審核設計完的施工圖紙，而且會大大降低施工效率，這充分體現出了傳統裝配式管理方式的不足和局限性。為此，在這一過程要合理應用BIM技術，在設計的初始階段要重點關注預制構件的標準化問題，通過使用較少類型的構件滿足不同建筑物的建設需求，形成一個完善的預制構件庫，從而實現設計的可視化、標準化、模塊化等，并表現顯著優勢。這種設計方法主要包括制定預制構件庫、構建BIM信息模型、完善BIM 信息模型這三個階段。

2.1.1 構建預制構件庫

構建預制構件庫是以增強預制混凝土施工的通用性，實現預制混凝土施工的標準化為目的。將有助于提高流水線施工效率，并滿足不同預制混凝土建筑產品的要求。

首先要在建筑設計中明確掌握網格和立面，然后根據具體的設計要求在預制構件庫中查詢相同的常規構件。最后，對于預制構件庫中沒有的預制混凝土構件，應在了解具體要求的基礎上進行預制構件的設計，以增強構件庫的豐富性。

2.1.2 制定預制構件庫

當形成預制構件庫后，會布置預制混凝土構建，最終形成裝配式結構設計BIM 信息模型。在具體操作中經常會使用先進的軟件創建預制構件群，以不同的設計需求為基礎修改相關參數，最終形成BIM 信息模型（如圖2）。

圖2 標準構件庫

2.1.3 優化BIM 信息模型

當完成BIM 信息模型構建后，要再一次檢查其結構的安全性與可靠性。BIM 作為一種重要的管理手段，采用三維模擬的形式構建建筑結構，進行仔細地碰撞檢查，找到碰撞位置，防止因設計疏漏造成更大的經濟損失。構件廠是生產預制構件的重要場所。目前的生產管理方式可以有效控制預制構件的質量，但是節點控制是難點，這時需要使用三維檢查鋼筋間和連接件的矛盾與沖突，這時碰撞檢查工作十分必要。完成BIM 模型的結構審查后，需要為現場預制混凝土構件的吊裝和施工提供正確的指導，避免因設計不合理而增加成本。

2.2 在生產階段中的應用

雖然我國建立了很多家生產預制構件的加工廠，但是大部分工廠的機械化水平低，在實際加工中，很少使用信息軟件，這使得預制構件的成本和質量難以控制。而BIM技術具有參數化、可視化、模擬化等特征，將其與預制構件生產加工流程有效結合可以提升生產的高效性，達到降低成本的目的。模具攤銷成本在預制構件成本中占很大比例，良好的模具設計工作不僅可以降低工作量，有效節約施工時間，而且可以降低施工成本支出。為此在模具設計中利用BIM 技術三維手段可簡化大量的工作，并直接糾正檢查構建建模（如圖3）。

圖3 BIM 模型模擬

在構建BIM 模型時，可以在設置施工參數中輸入構件材料、尺寸等信息，推導出BIM 模型中的具體材料消耗，制定日常生產計劃和鋼筋加工量計劃。同時，還可以利用BIM 技術輸出鋼筋信息，使用數控機床彎折、剪裁鋼筋，隨后利用BIM 形成的構建圖形信息完成混凝土的振搗和澆筑工作，并自動將需要養護的構建上傳到養護室，這將有效降低成本，實現控制危險源的目標。

2.3 在施工階段的應用

在裝配式混凝土建筑施工中，合理運用BIM 技術，可以提前發現施工中的問題，有效規避潛在的施工風險，從而最大程度降低施工成本。

2.3.1 模擬吊裝檔案

在施工吊裝過程中，盡量不要使用手動安裝重量和體積較大的預制混凝土構件，因此需要使用起重機械。實際上，吊裝機械精度不符合相關安裝要求，會增加成本，無法有效保障和控制現場施工進度。為此，可以利用BIM 技術施工吊裝模擬功能提升預制混凝土構件安裝質量。首先在構件好的BIM 建筑模型基礎上，設置預制構件擺放位置，隨后以施工組織設計方案為基礎，模擬出整個預制構件在施工現場的吊裝過程。最后，向現場施工人員展示動畫視頻，有針對性的溝通潛在的問題，優化和完善施工吊裝方案。

2.3.2 復雜節點樣本引路

在預制混凝土構件的吊裝中，遇到的預制構件種類很多，并且節點具有較強的復雜性。例如預制混凝土板的吊裝及時位移幅度較小，但是也會出現預制板無法定位施工的現象。由于某些節點具有較強的復雜性，這可能增加現場施工人員的交底工作難度，不利于施工人員及時、全面的掌握吊裝流程和方法。這時可以充分發揮BIM 技術可視化特征，以現場實際情況制作動態化的樣板，利用這些動態化樣板促進現場人員交底工作順利進行，避免由于不明確的交底工作而增加施工成本支出。

3 結語

綜上所述，導致建筑成本過高的因素分別體現在裝配式混凝土建筑構件的設計、生產、施工等階段。因此合理運用BIM 技術，可以有效解決建設成本高的問題，并可以從根本上提高裝配式混凝土建筑的生產水平，為降低裝配式混凝土建筑造價提供重要的技術支撐。