BIM技術在裝配式建筑中的應用研究

李 蕾 王 棟

（1.西安職業技術學院，陜西 西安 710077；2.陜西建工集團有限公司，陜西 西安 710003）

近年來，隨著我國城市化進程加快，為了滿足居民的住房需求，同時考慮到環保因素和建筑產業的工業化，我國政府加大了裝配式建筑的政策扶持，鼓勵地方政府和開發商在新建住宅中按照一定配比建造裝配式建筑。裝配式建筑相比傳統建筑形式，具有施工周期短、環境污染小、標準化程度高等優點，是未來建筑行業的發展方向。BIM技術又被稱作建筑信息模型，通過收集建筑信息創建三維立體模型，其具有可視化、協調性、模擬化、優化性和可出圖性五大特點，可實現建設各階段互通，從而達到數據共享。將BIM技術應用在裝配式建筑中，一方面，可以集中管理煩瑣、龐大的數據信息；另一方面，可顯著提高信息共享效率，幫助工程技術人員實現裝配式建筑設計、施工的精細化管理。

1 裝配式建筑相比傳統建筑的優勢

1.1 工程質量的標準化

由于傳統建筑在現場施工中，施工人員素質參差不齊，導致工程質量控制一直是施工過程中的難點，而裝配式建筑采取標準化生產組裝，無論是車間的生產環境，還是施工人員的技術水平，都可以保證產品質量滿足要求，從源頭提高了建筑質量標準。

1.2 提高建筑行業的安全生產水平

近年來，建筑施工現場成為我國安全生產領域重點檢查的場所之一，起因就是越來越多的安全生產事故發生在建筑領域。采取裝配式建筑可以提高現場的施工管理水平，由更專業的施工隊伍完成房屋現場組裝，提高建筑行業的安全生產水平。

1.3 降低人力成本

由于建筑行業固有的臟、累特點，導致人力成本快速攀升，同時，施工人員年齡構成趨于高齡化，不利于建筑行業的長遠發展。采用裝配式建筑，可以在工廠利用機械完成建筑構件生產，不但提高了勞動效率、降低了建筑的生產時間，還能顯著減少生產過程中的人力成本，提高經濟效益。

1.4 降低建筑物能耗，提升環保水平

我國建筑行業耗能巨大，施工過程中造成的揚塵等環境污染問題頻發，采用裝配式建筑可以將施工現場耗能高的生產環節轉移到工業廠房內，可以減少施工過程中的揚塵，也減少了現場作業的資源消耗。

2 BIM技術在裝配式建筑中的優勢

2.1 建筑施工過程模擬化

BIM技術可以理解為建筑虛擬施工，利用裝配式建筑的各項技術參數，在電腦中實現建筑的全過程建造。通過BIM技術可全方位模擬裝配式建筑的整個建設周期，在此過程中可以發現裝配式建筑施工過程中可能會遇到的各種問題，以便技術人員進行監督和及時解決問題，從而降低施工中出現質量問題的概率，有效改進施工環節，節約建設成本，優化裝配式建筑的整體質量。

2.2 提高設計可出圖性

利用BIM技術可顯示建筑施工的全過程，因此，裝配式建筑的每一部分構造、配件及施工環節都可以通過BIM展現。由于在設計時已經將建筑的各項參數輸入到模型中，因此，在需要單個構件或建筑模塊時，可以十分快捷地調出這部分圖紙，以供使用。BIM技術可利用模型進行評估試驗，以便根據問題及時改進工作，減少重復性、機械性的檢修工作，針對設計施工圖紙的出圖，可以減少反復修改，提高設計效率，提升預埋套管圖或管線綜合圖的出圖效率。

2.3 提高施工環節協調性

裝配式建筑與傳統建筑的區別就是需要在現場組裝建筑的各部分構件，因此，需要施工技術人員互相配合。傳統建筑施工過程一般采用串聯的工作節奏，一個工序完成才能進行下一個工序，因此，施工環節只需要協調好關聯工序即可，裝配式建筑采用工廠生產，現場組裝，在縮短工期的同時，也要求設計、生產、現場組裝各個環節緊密配合。利用BIM技術可以模擬施工現場運行中的各個環節，使之相互配合、協調，避免后期操作中出現各種問題，節約經濟成本投入的同時，顯著提升裝配式建筑的整體效率。

2.4 建筑三維立體的可視化

傳統建筑施工圖紙一般以二維平面形式展開，在涉及三維立體效果時，無法準確還原建筑的立體效果。裝配式建筑的施工過程中，是以搭積木的形式完成建筑施工過程，因此，要求設計人員在初始階段清晰地展現建筑的每一個施工模塊和施工環節。BIM技術所具有的三維設計，相比一般二維圖紙精確性、可靠性和指導性更強，可以幫助技術人員有效掌握裝配式建筑設計、施工、后期運行等階段的不同情況，提高裝配式建筑的裝配效率，降低施工難度，獲得更好的施工效果。

3 BIM技術在裝配式建筑設計中的應用

3.1 實現裝配式建筑功能模擬

BIM技術可以與其他建筑軟件協同設計，實現對裝配式建筑各項功能的模擬。在傳統設計中，對于建筑的日照分析、通風效果、暖通負荷、節能設計等參數依靠設計標準來確定，而裝配式建筑采用的建筑材料、戶型設計、技術參數與傳統建筑區別較大，采用BIM技術可以對建筑的各項指標進行模擬，預知建筑各項功能，通過三維立體成圖，實現建筑功能模擬。

3.2 實現裝配式建筑的深化設計

裝配式建筑的一大特點就是廣泛使用各類構件。首先，構件以二維圖形展開后，容易出現錯誤，采用BIM技術可以避免設計中出現設計盲點。其次，裝配式建筑構件眾多，在現場施工中容易出現構件組裝匹配問題，采用BIM技術可以發現構件組裝與設計中可能存在的問題，提前加以避免。最后，裝配式建筑的模板與構件種類多，需要出圖的工作量大，采用BIM技術可以實現按照構件類型和模板分類出圖，減少重復工作量，提高出圖效率。

3.3 建立裝配式建筑構件BIM數據庫

建筑物主要包含梁、板、墻、柱、樓梯、建筑隔墻等構件，裝配式建筑將各部分構件提前預制好，然后在現場組裝完成。建筑的使用類型和使用功能千差萬別，為了減少裝配式建筑的現場施工難度，需要標準化的建筑構件。應用BIM技術建立構件數據庫，可以豐富建筑結構類型，提高裝配式建筑構件生產效率，減少因為重復設計構件增加的工作量，有利于預制構件標準化工作的開展，為裝配式建筑大規模生產提供支撐。

3.4 BIM技術下實現構件的優化設計

傳統的裝配式建筑構件生產是根據建筑設計圖紙完成后再進行生產，由于構件的拆分導致后期施工質量問題眾多，為了改變這種局面，構件的深化設計應該參與到施工圖設計階段，采用BIM技術可以在初始階段優化構件設計，通過可視界面，確定構件的生產尺寸和安裝效果，盡量減少構件種類和尺寸數量。通過構件的設計優化，不但可以減少傳統設計下裝配式建筑質量問題，還能夠有效提升后期的裝配質量和效率。

4 BIM技術在裝配式建筑中的實踐應用

4.1 根據BIM系統構件數據庫生產構件

在生產裝配式構件時，首先要基于設計階段BIM數據庫內的構件數據，制作出生產端的數據庫編碼，然后構件生產車間從BIM數據庫調出生產端構件數據庫編碼，按照規格、尺寸進行生產。在生產過程中，還要隨時將構件生產信息上傳到數據庫編碼中，設計人員進行仿真設計，驗證方案效果，以便設計人員再次優化、設計構件。在生產完成安裝構件的過程中，可以隨時查詢到構件的生產日期、安裝方式和尺寸等數據。

4.2 根據BIM系統模擬施工流程

利用BIM系統可以與Microsoft Project連接的特點，將施工計劃圖導入到Microsoft Project中，然后將BIM的3D模型圖與施工計劃圖相關聯，在構件中加入時間因素，這樣就可以完成現場施工模擬。除此之外，還可以利用施工方案和BIM模型，采用Dassalt Delmia等軟件模擬項目的動態施工，通過輸入建筑數據，建立機械、建筑、人工之間的關系，然后在BIM系統中比較不同的裝配效率下吊裝機械和裝配式建筑之間的關系，在實際施工中采用合理的吊裝設備和人員機械配比。

4.3 利用BIM系統對施工現場遠程化監控

在開始施工后，可以根據設計圖紙進行現場組裝作業。在吊裝工作開始后，運用BIM系統可視化操作特性，在施工現場按照BIM三維建模施工工序，安排施工人員進行建筑模塊吊裝。在每日施工進度確認時，要按照BIM系統安裝順序和進度要求檢查現場的吊裝施工，確保與系統要求一致，并且在每個建筑模塊與構件安裝完成后，上傳到BIM系統數據庫進行核對，確保每個建筑模塊與構件的安裝無誤。在完成部分建筑模塊時，可以采用顏色渲染，確保與未安裝的部分區別開來，可以通過BIM系統直觀監視現場的施工作業，以減少施工過程中出現質量問題的概率，提高建筑質量和安裝效率。

4.4 BIM施工現場布置模擬

裝配式建筑施工現場與傳統建筑施工現場的區別就是對施工人員的需求較少，但對吊裝機械設備的需求較多，如何有效布置施工場地，保證各類吊裝機械設備的有序、安全工作，需要提前在BIM系統上進行模擬，以有效提高后期的機械設備安排，提高組裝效率。

BIM系統模擬施工場地內道路、辦公區域、構件放置區、吊裝設備位置安排等，需要將CAD圖紙導入到revit軟件中，按照每個單項的長、寬、高數據，確定各部分的面積和體積，然后確定道路、構件放置區、辦公區、圍墻等，鏈接已經繪制好的revit單體圖，將施工現場的三維立體圖顯示出來。通過BIM系統，可以提前合理布置施工現場的場地，模擬排放道路、辦公區域、構件安置區等位置，使施工場地布置更加合理。

5 BIM技術在裝配式建筑中的成本控制

5.1 工程量計算準確，控制采購成本

傳統建筑中，由于建筑材料計算存在誤差，施工單位為了不影響工程進度，往往選擇按照最大工程量計算，以確保施工材料足量。而BIM系統可以精確計算施工中各項配件、構件的使用數量，準確反映出采購所需要的成本。BIM系統所具有的分析梳理能力，可以幫助造價人員快速計算出工程量，通過關聯造價軟件，可以精確計算出裝配式建筑的總造價，避免重復計算帶來的數據誤差，有較高的準確性。另外，借助BIM系統，可以分析出裝配式建筑的成本構成，有利于施工單位建造成本的核算梳理，為后期的成本優化提供技術和數據支撐。

5.2 優化施工流程，減少人力成本

由于建筑施工周期較長，為了保證施工質量，往往需要技術人員現場指導、監督，由于工作流程不規范所造成的人力資源和施工材料浪費十分常見，有時還會影響到施工質量。施工過程中，產生的質量報告、設計變更、驗收報告等大量信息需要專人負責出具，建筑施工過程中，需要技術人員在現場采用紙張記錄后，再回到辦公室專門整理，不但效率低下，還容易造成資料丟失。采用BIM技術，不需要現場記錄整理，利用手機就可以完成各類施工報告，通過手機終端數據庫內構件資料與現場的核對，即可完成技術交底和質量檢查。在現場采集數據后，輸入BIM系統，就可以分析建筑整體質量與建設進度，不但減少了反饋時間，還能節約施工周期與人力。

5.3 BIM裝配式建筑裝修一體化

傳統建筑在建成后還需要再次裝修，不但需要專門的裝修設計團隊重新設計，還要針對原有建筑結構進行二次修改，既造成資源浪費和環境污染，又增加了業主的成本負擔。裝配式建筑采用BIM技術，可以在建設開始前就完成裝修設計，業主確定好裝修風格后，在BIM系統中顯示完成后的裝修效果，減少了后期的重復設計工作。在裝配過程中，對于室內的水、電、暖通等提前開槽安裝，進行一體化設計施工，可以有效縮短工期，滿足業主拎包入住的需求。采用一體化裝修施工，不僅可以大大節約后期的裝修成本，還有利于提高建筑的整體質量，避免二次裝修損害建筑質量。

6 結語

我國建筑市場經過過去四十幾年的粗放式增長，正在迎來新時期的變革。裝配式建筑在改變傳統建筑行業的生產模式時，也對我國建筑行業的設計與施工人才提出了新的要求，采用BIM技術可以實現對建筑從設計到施工全過程的仿真模擬，有效提高設計與施工效率，及時糾正施工中可能出現的各種問題。作為裝配式建筑行業的從業者，要認識到BIM技術帶來的技術革新，積累專業經驗知識，推動建筑行業工業化發展。