BIM在預制裝配式建筑住宅設計中的應用分析

占升，賈瀟，劉剛

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

BIM技術指的是一種新型的建筑模型，該模型依靠數字化信息模擬還原真實的環境，為建筑人員提供工作便利。另一方面，該模型的功能非常強大，具有較強的可視化特點與協議能力。預制裝配式是連接和裝配建筑的技術，將BIM技術應用于預制裝配式建筑，能夠達到理想的建筑施工效果[1]。

2 BIM技術相關概述

2.1 BIM技術的特點

2.1.1 可視化

在建筑行業中應用BIM技術是社會發展的必然趨勢，以往的建筑工程施工，在取得施工圖紙后，通過觀察這些線條憑空想象建筑構造，就當前形狀不同、千變萬化的建筑而言，采用這種方法讀圖非常困難。BIM技術能夠以三維立體的方式顯示圖紙中的平面化線條，使施工人員充分了解該建筑的構造，同時應用BIM技術，還可以在可視化的狀態下展開工程的設計、建造及運營等工作。

2.1.2 協調性

在整個建筑項目建設過程中，施工單位、設計單位和業主之間需要積極配合，有效開展協調工作。BIM技術具有的協調性可以更好地處理各方交流較少的問題，BIM技術能夠提供協調數據，主要是協調建筑物建設初期出現的不同專業間碰撞的問題，從而形成數據。另一方面，BIM技術的應用還可以協調電梯井布置和其他設計布置及凈空要求，更好地處理地下排水設計和其他設計之間的協調等。

2.1.3 模擬性

BIM技術具有的模擬性并不是簡單的模擬建筑模型，還可以模擬虛擬事物。例如，在建筑工程設計階段可以模擬節能、日照及熱能傳導等；在招投標階段，利用BIM技術能夠模擬4D，主要根據施工組織設計模擬具體施工[2]。另一方面，還可以進行5D模擬，從而控制整個建筑工程的成本。同時，還可以模擬整個工程的后期運營階段，模擬部分緊急情況下人員的疏散等。

2.2 BIM技術的原理

BIM技術已經轉變了傳統的應用手段與思維模式，突破以往的工作流程與任務分配方式，推動計算機軟件技術的快速發展。BIM技術是一種主要針對建筑設計的新型CAD技術，其與CAD相比具有非常顯著的優勢，利用BIM技術可以在計算機中對建筑工程信息進行完整描述，使BIM軟件從低級繪圖工具變為高級繪制系統，最終促使BIM技術實現質的改變。BIM軟件使用系統中的建筑構件被不斷對象化，同時通過編碼的方式利用數字化描述建筑構件，這個對象的屬性往往利用各種參數進行描述，同時預先定義，按照有關擬定要求，這個對象的代碼中需要包含一些有關參數，這些有關參數信息就能代表各種建筑屬性信息。比如，對于墻對象來說，其主要包含墻的各種屬性對象，如長、寬、高等幾何尺寸信息，同時還包含墻體材料、保溫隔熱、規格造價及表層處置狀況等各種信息。

2.3 BIM在預制裝配式建筑住宅設計中的作用

2.3.1 模擬建筑模型的構建

使用BIM技術構建裝配式建筑的虛擬建筑模型，要求專業技術人員一定根據工程建筑的實際業務規模與經營狀況，利用高效的專業三維建模軟件，使BIM虛擬模式得到有效保障。在具體操作過程中，專業技術人員需要深入分析影響工程建筑的各種因素結構，全面考量各個建筑的具體主要參數，分析獲得各種主要參數相對應的工藝。

2.3.2 優化施工設計

設計人員僅需要花費一點時間建設虛擬工程建筑，最后利用建設好的虛擬工程建筑自動形成設計圖紙，不用人為繪畫，這樣降低了工作強度，設計方案人員能夠按照工作要求隨時更改建筑的虛擬模型，進一步優化工程圖紙。另一方面，經過對工程建筑的實際經營規模與總面積等信息進行詳細分析，獲得BIM技術自動形成的工程圖，這是以往圖紙技術不能實現的效果。

3 BIM在預制裝配式建筑住宅設計中的應用

3.1 工程概況

崖州灣南繁科技城安置區項目地處于三亞市崖州灣南繁科技城。該項目規劃占地面積約為28917.00㎡，總建筑面積136876.64㎡，計容總建筑面積91687.48㎡，不計容面積45189.16㎡（其中，地下建筑面積45123.80㎡，架空層建筑面積65.36㎡）。主要以租賃住宅為主，底部均設置社區配套商業，打造5分鐘生活圈居住區，由3棟一類高層公共建筑（上部住宅、底部兩層商業或社區配套功能），2棟一類高層住宅建筑，兩層地下室含設備用房組成。同時配套建設室外鋪裝、圍墻、擋土墻、綠化、景觀、給排水、電氣、消防和監控系統等工程。

3.2 BIM技術輔助預制構件管理

在制造階段，BIM技術廣泛應用于整個工程項目建設中，以便于實現數字化管理與工程化制造，設計完整的預制構件，遵照相應的數據格式輸出，可以用在工廠進行數字化制造。

在項目施工階段，BIM模型所構建的預制構件管理主要是管理預制構件數量、使用位置、規格、數量，同時遵照相應條件管理現場運輸、吊裝及堆放等環節。項目應用BIM技術可更改重要預埋件的各種信息，如安裝信息、施工信息及連接信息等；增添材料參數、生產廠家、出廠編號及技術參數等主要構件產品信息。

在設計階段應用BIM軟件，能夠深入設計建筑物中包含的構件，以便于使生產及裝配等要求得到滿足，主要設計的預制構件包括預制樓梯梯段、預制外墻、預制內墻等（見圖1-圖2）。

圖1 預制構件詳圖設計

圖2 預制構件鋼筋配置

做好預制構件的深入設計之后，可以直接生成相關的BIM清單報表，以便工廠的自動化生產。

3.3 BIM技術在預制加工階段的應用

在預制加工階段，需要加大管理力度，因室內生產加工環境具有特殊性，重新調整建筑材料類型、生產工藝及施工比例等，避免水、電資源與能源的浪費。因為預制裝配式建筑主要把構件運輸至施工現場安裝，所以對預制構件的形狀、尺寸等精準度提出非常高的要求，這就需要通過BIM模型熟練掌握構件的形狀尺寸、內部構造等，加大質量管控的力度，提升預制構件出廠合格率，防止因返工導致資源浪費。與此同時，質檢部門同樣需要加大對預制構件廠的監管力度，使構配件的出廠質量得到有效保障。該工程項目施工過程中通過應用BIM管控平臺，借助RFID信息采集系統，可以實時對構件的生產狀況進行動態監控，同時使用三維掃描檢測技術，把生產好的構件與系統中的信息進行嚴格校對，構件信息符合要求后，方可出廠投入使用。施工單位還需要預先對構件定位、吊裝、連接及安裝的方法與工藝進行深入研究，在預制加工階段預埋相關的連接套管、抗剪鍵等，防止在施工現場應用植筋膠，節省現場灌漿用量，提升現場施工率，優化現場施工環境，保證工程施工質量，規避對生態環境造成的影響[3]。

3.4 BIM技術在施工前準備階段管理中的應用

施工單位需要對施工前準備階段的施工管理提高重視程度，將被動改為主動，防止在施工過程中發生問題。在這個環節運用BIM技術，能夠預先從多個方面模擬整個施工過程，第一時間發現施工方案中出現的問題，然后進行相應更改與完善，同時擬定有關預案。其中施工方案的精細程度可以對施工實施效果產生直接影響。經過應用BIM技術能夠精準估測出該工程施工過程中需要耗費的能源與資源，為施工單位采取相關節能手段提供根據。預制構件在施工現場可以采用多樣化的裝配施工方案，為了選擇符合本項目的施工方案，施工單位通常采取建設試驗區段的方法展開具體驗證，從已經實施的效果明確一種方案，接著進行廣泛推廣與應用。當應用BIM技術后，施工單位能夠模擬不同的施工方案，進而讓施工人員快速選擇最恰當的方案。應用BIM技術還能以三維方式模擬施工場地和有限范圍中的周圍環境，經過合理計劃，重新調整現場布局，留出充足的構配件存放地，盡量減少對土地的占用[4]。

3.5 BIM技術在施工過程動態管理中的應用

許多預制裝配式建筑施工單位在施工過程管理方面依然沿用落后的施工管理模式，與新理念、新時代下的要求不相符。當擬定施工方案后，需要依據施工現場遇到的問題展開實時調整，不斷更新、修改與優化，同時動態創新BIM模型，使模型的有效性得到有效保障，為施工動態管理提供技術支持，這樣可以全面實現施工。比如，在工程不斷建設過程中，施工場地呈現出動態改變，所以這就需要把構配件存放場地、停車場及塔吊等制定為參數化模塊，依據施工現場的具體要求展開實時調整，充分體現出施工現場在每個階段的具體分布，及時發現施工場地存在的布局問題，同時采取相應措施進行處理，盡量減少構配件的再次搬運，全面提升施工場地的使用效率。預制裝配式建筑是很多個構配件組裝成一個整體，應用BIM技術建立模型時，這些構配件能被當作標準化的成品模塊，接著依據施工進度方案合理分配，通過分階段、可視化模擬構配件的裝配施工過程，同時實時生成工程量清單，如此一來能夠實現材料、資源及設備的最大化分配，提升構件運輸、吊裝及安裝等環節的科學性與合理性，達到構配件點對點運輸的目的，提升每個施工流程的有效銜接，避免資源出現浪費。另外，工作人員還可以直觀感受構配件連接點，在施工過程中可以減少安裝問題，為安裝工作的順利進行提供有效保障。

4 結語

預制裝配式建筑具有施工速度快、資源浪費少及無污染等特點，符合綠色施工理念。通過應用BIM技術，能夠加快裝配式建筑的轉型與升級，提高企業在市場中的核心競爭力，最終為社會經濟健康穩定的可持續發展提供內生動力。