基于建筑示范教學(xué)場(chǎng)景的BIM技術(shù)全過(guò)程設(shè)計(jì)研究

廖 芷

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣西南寧 530031）

一、緒論

建筑行業(yè)存在施工高能耗、建筑資源緊缺、對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大等問(wèn)題，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管理，常采取粗線條的管理方式。基于建筑施工管理理念，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑中，對(duì)裝配構(gòu)件的制造、設(shè)備運(yùn)輸、構(gòu)件入場(chǎng)及儲(chǔ)藏與塔吊安裝進(jìn)行模擬，提升了施工效率。批量化的構(gòu)件制造與工業(yè)化的建設(shè)流程，應(yīng)重視施工現(xiàn)場(chǎng)管理，避免因建設(shè)信息不對(duì)等而出現(xiàn)建設(shè)問(wèn)題。針對(duì)裝配式建筑常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)管理問(wèn)題，基于建筑信息模型，提出了現(xiàn)場(chǎng)管理策略，以期找到優(yōu)化裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)管理的可行方法，發(fā)揮建筑信息模型的可視與模擬功能，做好構(gòu)件制造與現(xiàn)場(chǎng)管理安排，解決施工現(xiàn)場(chǎng)的信息管理問(wèn)題[1]。

自二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)做出了重要貢獻(xiàn)，帶動(dòng)了一系列附屬相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，隨著人口增加、環(huán)境惡化、資源短缺、人工價(jià)格升高、土地形勢(shì)日益嚴(yán)峻以及行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力增大等，以往粗放型的建筑方式已不能滿足當(dāng)今建筑行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的要求。因此，為提高建筑企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)建筑業(yè)向信息化、工業(yè)化及可持續(xù)化轉(zhuǎn)型，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生。

裝配式建筑是指將建筑經(jīng)過(guò)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后，將傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行，在工廠加工制作好建筑所需的部品部件，如樓板、墻板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等，將部品部件運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng)，然后通過(guò)可靠的連接方式在現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝而成。裝配式建筑采用“五位一體”的建造方式，構(gòu)件越標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)效率越高，相應(yīng)的成本越低，整體成本最優(yōu)。裝配式建筑已成為建筑業(yè)工業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。

1.研究背景

綠色建筑、智能建筑、裝配式建筑是近年來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，尤其是裝配式建筑在施工方案上不斷創(chuàng)新，將傳統(tǒng)建筑行業(yè)混凝土澆灌轉(zhuǎn)換為構(gòu)件預(yù)制作，而后現(xiàn)場(chǎng)拼裝的形式，相應(yīng)的，施工管理的重點(diǎn)應(yīng)隨之調(diào)整。建筑行業(yè)存在高能耗、資源浪費(fèi)問(wèn)題，以建筑行業(yè)發(fā)展為研究背景，以BIM技術(shù)的高效運(yùn)用為途徑，解決裝配式建筑施工環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)施工管理的重要性。

2.研究意義

為解決裝配式建筑施工環(huán)節(jié)中存在的管理問(wèn)題，依托于BIM技術(shù)與建筑信息模型內(nèi)部綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，提高工程管理的效果與可協(xié)調(diào)性，將提升收益與質(zhì)量保障為核心目標(biāo)，促進(jìn)我國(guó)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。重視理論與實(shí)踐的綜合探究，以實(shí)際案例驗(yàn)證方案是否具有可實(shí)踐價(jià)值，彌補(bǔ)過(guò)往工作環(huán)節(jié)存在的理論充足但實(shí)踐不明的問(wèn)題。

3.邏輯框圖

以技術(shù)路線總結(jié)為邏輯框圖的主要內(nèi)容，分為若干重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。提出問(wèn)題，根據(jù)文獻(xiàn)記錄與切實(shí)存在的問(wèn)題，保證問(wèn)題的客觀性與重大性，突顯策略探究?jī)r(jià)值。理論層面依據(jù)可分為兩個(gè)層級(jí)，即裝配式施工管理與BIM信息化管理，依據(jù)上述兩個(gè)理論保證施工環(huán)節(jié)和管理工作的可協(xié)調(diào)性。體系構(gòu)建側(cè)重于進(jìn)度、成本、質(zhì)量及布場(chǎng)四個(gè)層面，初步形成體系。展望未來(lái)裝配式建筑管理工作的發(fā)展路徑[2]。

4.裝配式建筑項(xiàng)目數(shù)字化管理教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)

裝配式建筑項(xiàng)目數(shù)字化管理的本質(zhì)是指在裝配式建筑項(xiàng)目管理的各個(gè)階段環(huán)節(jié)中，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等在內(nèi)的科學(xué)方法和信息技術(shù)，有效地提高項(xiàng)目管理水平、降低管理成本、提高各參與方的信息交流和共享，從而增進(jìn)全過(guò)程協(xié)同管理效率，保證裝配式項(xiàng)目按時(shí)按質(zhì)、高效經(jīng)濟(jì)、綠色持續(xù)地進(jìn)行，并起到推動(dòng)裝配式項(xiàng)目穩(wěn)定發(fā)展的目的。

因此，基于現(xiàn)階段各高校對(duì)于裝配式建筑的教學(xué)多是以概念和理論知識(shí)入手的現(xiàn)狀，裝配式建筑項(xiàng)目數(shù)字化管理教學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)是讓學(xué)生以實(shí)際落地的裝配式建筑項(xiàng)目為例，從各個(gè)利益相關(guān)方的參與角度出發(fā)，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等在內(nèi)的科學(xué)方法和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑項(xiàng)目的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化和集成化管理，解決設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—裝配脫節(jié)的問(wèn)題，為項(xiàng)目各級(jí)管理者提供多角度、多維度、多樣本的數(shù)據(jù)信息管理與決策支持，保證項(xiàng)目各級(jí)管理目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，增進(jìn)不同管理者之間的信息溝通和共享，從而有效提高裝配式建筑項(xiàng)目管理水平。

另外，利用裝配式建筑數(shù)字化管理平臺(tái)作為教學(xué)工具輔助教學(xué)，運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)、可視化仿真教學(xué)等手段，探索基于信息化工具和案例項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)方法，可以解決以往裝配式建筑教學(xué)中輔助手段不足、不夠直觀等問(wèn)題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善傳統(tǒng)教學(xué)課堂沉悶的現(xiàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量。另外，還可以減少許多需要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐帶來(lái)的安全隱患等困擾。

二、BIM技術(shù)全過(guò)程應(yīng)用

1.規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

建筑策劃與設(shè)計(jì)是建筑全產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，是整個(gè)建筑的創(chuàng)作核心。前期規(guī)劃階段，充分考慮項(xiàng)目遷建的局限性及校園內(nèi)部的地形地貌特征，建筑以重慶特色自然環(huán)境寓意文化延續(xù)，建筑造型取山形就水勢(shì)，建筑在形制上延續(xù)老主樓圍合式布局，喚起師生熟悉的記憶，激發(fā)認(rèn)同感。如圖1所示，利用BIM分析軟件分析地形地貌，根據(jù)功能需求、環(huán)境需求及人文需求進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)建筑體塊進(jìn)行計(jì)算與生成。

圖1 建筑體塊生產(chǎn)過(guò)程

2.方案設(shè)計(jì)階段

如圖2所示，在方案設(shè)計(jì)階段，主要利用BIM模型的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)，進(jìn)行綠建設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化，為項(xiàng)目決策提供技術(shù)支撐，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。對(duì)設(shè)計(jì)方案的效果進(jìn)行分析、比選，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

圖2 BIM技術(shù)對(duì)方案的優(yōu)化

3.施工圖設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)對(duì)施工圖進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、組織協(xié)調(diào)起到高效的作用，因?yàn)楦鱾€(gè)專業(yè)的側(cè)重方向不同，所以對(duì)模型的表達(dá)側(cè)重也各不相同。深化設(shè)計(jì)利用BIM模型可視化的特點(diǎn)，在施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)走廊等管線密集位置進(jìn)行管線綜合，預(yù)估及分配吊頂空間等專業(yè)協(xié)調(diào)的工作，對(duì)傳統(tǒng)繪圖模式來(lái)說(shuō)，各設(shè)備專業(yè)分開(kāi)設(shè)計(jì)，會(huì)審時(shí)工作量大，難以發(fā)現(xiàn)全部碰撞點(diǎn)，遺留大量問(wèn)題到施工階段。本次項(xiàng)目采用BIM技術(shù)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，提前進(jìn)行管線綜合，設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并避免交叉碰撞，減少后期工作量。同時(shí)，BIM的可視化在施工圖階段很好地解決了二維圖紙表達(dá)不清晰的問(wèn)題，本項(xiàng)目為實(shí)訓(xùn)樓，空間要求變化多，所以設(shè)計(jì)跨層、升降板等復(fù)雜區(qū)域的問(wèn)題，BIM模型的三維顯示較二維圖更能清晰地把握實(shí)際情況。項(xiàng)目各方及各專業(yè)基于模型討論問(wèn)題，可以實(shí)時(shí)測(cè)量模型，更精確地掌握建筑物的尺寸和空間信息。

4.施工階段

利用BIM軟件建模將預(yù)制構(gòu)件精確地排列在模型中，因?yàn)樵谀Ｐ椭蓄A(yù)制構(gòu)件的外形尺寸非常準(zhǔn)確，能快捷精確地提取到相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行材料用量、構(gòu)件統(tǒng)計(jì)、應(yīng)用比例的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。這個(gè)階段，對(duì)BIM的縱向協(xié)同與配合工作提出了更高的要求。首先，設(shè)計(jì)階段的BIM模型，信息化的工作一定要到位，技術(shù)運(yùn)用BIM模型算量，可以快速計(jì)算出項(xiàng)目的工程清單量，并可以根據(jù)施工組織進(jìn)度編制材料需求計(jì)劃、項(xiàng)目預(yù)算與技術(shù)方案。

在綠色施工方面，利用設(shè)計(jì)時(shí)的BIM模型根據(jù)施工要求，再進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)不僅是建筑本體，而是為了在施工場(chǎng)地布置方面找出最優(yōu)的布局方案，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理，提高場(chǎng)地利用效率，降低二次規(guī)劃的成本。在不同施工階段對(duì)場(chǎng)地布局進(jìn)行提前規(guī)劃和轉(zhuǎn)換；同時(shí)，利用軟件統(tǒng)計(jì)功能，自動(dòng)生成臨時(shí)工程量，減少計(jì)算工作量。將構(gòu)件安裝進(jìn)度在BIM模型中實(shí)時(shí)展示，并自動(dòng)校驗(yàn)施工工序的合理性；基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的安裝定位，輔助構(gòu)件吊裝就位，提高安裝效率。

為施工部門(mén)提供解決方案，使用系統(tǒng)可以導(dǎo)入、模擬、分析、驗(yàn)證、調(diào)整施工進(jìn)度，可以現(xiàn)場(chǎng)查找包裝信息或者待安裝位置等信息，可以快速記錄、反饋、跟進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況。構(gòu)件安裝部門(mén)，可以通過(guò)登錄信息管理云平臺(tái)直接輸入預(yù)制構(gòu)件計(jì)劃安裝時(shí)間、安裝結(jié)束時(shí)間等信息。

另外，針對(duì)生產(chǎn)單位、運(yùn)輸單位、施工單位，站在不同的視角會(huì)有不同的進(jìn)度情況，提供個(gè)性化的著色模式模型瀏覽功能。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，查詢預(yù)制構(gòu)件計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間、實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間、計(jì)劃安裝時(shí)間、實(shí)際安裝時(shí)間，以及構(gòu)件所在狀態(tài)（如加工、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、已安裝等）。

三、基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工課程改革

1.BIM技術(shù)基礎(chǔ)下的裝配式建筑施工課程體系建設(shè)

職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程課程以現(xiàn)場(chǎng)澆筑土木工程課程體系為基礎(chǔ)，適應(yīng)新時(shí)代工業(yè)化發(fā)展對(duì)于裝配式技術(shù)人員的需求，在建筑工程技術(shù)2020年課程人才培養(yǎng)計(jì)劃中添加了一些預(yù)制課程和BIM技術(shù)課程。課程體系按照“四階段”計(jì)劃開(kāi)展實(shí)施，助力專業(yè)人才培養(yǎng)。第一階段：了解階段，主要是通過(guò)相關(guān)知識(shí)的普及以及開(kāi)展專家講座等方式，增加學(xué)生對(duì)于裝配行業(yè)的了解；第二階段：知識(shí)階段，向?qū)W生介紹裝配樣式，幫助學(xué)生掌握裝配樣式圖像識(shí)別的能力；第三階段：技能階段，以相關(guān)的工程項(xiàng)目實(shí)例為依托，開(kāi)設(shè)從生產(chǎn)到施工的相應(yīng)教學(xué)課程；第四階段：能力拓展階段，引導(dǎo)學(xué)生掌握BIM相關(guān)技術(shù)，并進(jìn)行能力的擴(kuò)展，以不斷提高學(xué)生在BIM建模與施工應(yīng)用、裝配式深度工程等方面的技能。

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)新任務(wù)

2020年2月，在人力資源和社會(huì)保障部的新職位信息中，對(duì)裝配式工人給出了明確的定義：在裝配式房屋的施工過(guò)程中，參與構(gòu)件組裝、進(jìn)度控制和項(xiàng)目位置協(xié)調(diào)的人員應(yīng)該具備一系列專業(yè)技能。例如：在新課程體系中，“混凝土施工”“鋼結(jié)構(gòu)”這兩門(mén)課程屬于裝配式施工中較為基礎(chǔ)的兩門(mén)課程。所以，這兩門(mén)課程要求教師引導(dǎo)學(xué)生了解國(guó)家職業(yè)目錄中預(yù)制構(gòu)件建造師的工作技能，從而圍繞制造和裝配預(yù)制混凝土構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要工作內(nèi)容，對(duì)教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。

（1）裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的建造不同于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建造。新課程涉及混凝土預(yù)制件的制造和組裝過(guò)程，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，教學(xué)內(nèi)容分為五個(gè)教學(xué)項(xiàng)目。教學(xué)任務(wù)的設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心，深化理論基礎(chǔ)，注重素養(yǎng)的培養(yǎng)和裝配式建筑工人資質(zhì)的加強(qiáng)。共設(shè)計(jì)了22個(gè)教學(xué)任務(wù)。

（2）裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

成品鋼架施工是在傳統(tǒng)鋼架課程的基礎(chǔ)上，融合建筑信息學(xué)、綜合技術(shù)、住宅“SI”（S為支撐骨架，I代表住宅樓內(nèi)的填充物）等各項(xiàng)新型技術(shù)的新的施工方法。不少中職院校的學(xué)生往往并不具備夯實(shí)的力學(xué)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)，也缺乏對(duì)于計(jì)算和理論知識(shí)的興趣，在施工現(xiàn)場(chǎng)管理方面知識(shí)儲(chǔ)備和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏勤奮刻苦工作的態(tài)度。學(xué)校基于對(duì)學(xué)習(xí)情況的分析，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際過(guò)程，進(jìn)一步改進(jìn)了學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改編，并將其劃分為五個(gè)教學(xué)項(xiàng)目。教學(xué)項(xiàng)目所包含的主題有：智能建筑、節(jié)能減排、綠色建筑、可靠連接、深度加工等等。該課程共設(shè)置了七個(gè)工作任務(wù)，將理論知識(shí)講解與課程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，以任務(wù)為導(dǎo)向，推進(jìn)課程改革。

四、BIM與VR的教學(xué)展示應(yīng)用

基于BIM模型，用VR虛擬技術(shù)真實(shí)還原搭建的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，學(xué)生可以通過(guò)VR設(shè)備進(jìn)行上機(jī)實(shí)訓(xùn)，這是項(xiàng)目建設(shè)服務(wù)本身的一種延伸。本項(xiàng)目本身的使用性質(zhì)就是教學(xué)示范與實(shí)訓(xùn)，這種用身邊真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)的模式，使設(shè)計(jì)師為后期教學(xué)提供素材，學(xué)校教師提前參與到項(xiàng)目中的探索模式屬于跨界的合作，屬于一種全新的嘗試。教學(xué)平臺(tái)根據(jù)實(shí)體實(shí)訓(xùn)基地的基建進(jìn)行仿真虛擬建設(shè)，系統(tǒng)將達(dá)到和實(shí)體實(shí)訓(xùn)基地環(huán)境、材料和裝飾裝修工藝完全還原的效果，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和部件的完全仿真化和虛擬化。學(xué)生可以通過(guò)虛擬仿真的方式，對(duì)裝配式構(gòu)件的BIM模型顯示切換、間距數(shù)據(jù)測(cè)量、分析構(gòu)件及進(jìn)行調(diào)整，學(xué)習(xí)實(shí)體模型各個(gè)節(jié)點(diǎn)，一方面增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，另一方面增強(qiáng)學(xué)生掌握知識(shí)的牢固程度，提高其學(xué)習(xí)效果。

結(jié)語(yǔ)

本次項(xiàng)目的設(shè)計(jì)研究是基于建筑裝配式示范教學(xué)場(chǎng)景的BIM技術(shù)全過(guò)程設(shè)計(jì)；是一次BIM技術(shù)的全面體驗(yàn)與展示，也是BIM設(shè)計(jì)工作與教學(xué)創(chuàng)新工作的首次跨界合作，為今后的相關(guān)案例提供了借鑒與參考，同時(shí)探索了BIM技術(shù)在服務(wù)于工程項(xiàng)目與服務(wù)于人才培養(yǎng)的共贏模式。