BIM技術在裝配式建筑中的應用

文／孫鵬沖、張健生 德才裝飾股份有限公司 山東青島 266199

引言：

裝配式建筑是指由工廠加工的構件在施工現場通過可靠的連接裝配而成的建筑，其結構形式包括預制裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等，本文所提及的裝配式建筑特指預制裝配式混凝土結構形式的建筑。預制裝配式混凝土結構的建筑是指一個完整的建筑產品，被拆分為幾種預制的鋼筋混凝土構件，這些構件在工廠中的組裝線上制造，然后被運送到施工現場組裝，其施工過程類似搭建積木。這種建造方式將建筑從大量的手工生產轉變為密集的機械生產，這是建筑工業化的重要形式，也是建筑業轉型發展的有效途徑。然而，在實際應用中，還存在工人作業環境未得到明顯改善，工程質量、造價等未凸顯優勢等問題，而BIM 技術可以解決這些難題，本文著重從裝配式建筑設計、碰撞檢查、施工等方面的BIM 技術應用進行討論。

1、BIM 技術與裝配式建筑概述

1.1 BIM 技術

BIM 技術有效打破了傳統建筑技術，能夠利用三維技術模擬建設的全過程，并實現了建設參數的實時跟蹤，有效規避了數據錄取及傳輸過程中存在的誤差。關于BIM 技術的內涵，總結為以下幾點，采用三維技術方式收集建筑項目建設中涉及的各方面信息；BIM 屬于信息摘要機構，是建設方參與各項建設活動的重要平臺，能夠及時提取信息，將信息實時傳遞給各個建設方；建設參與方能夠與參與到數據的修改，能夠及時補充、完善各個專業的參數，達到優化工作的目的。

1.2 裝配式建筑工程

裝配式建筑工程從某種角度來說屬于系統工程，包括設計、生產、運輸、安裝等環節。選擇裝配式建筑，從設計一開始就要注意選擇預制結構構件，并限定結構構件的裝配工藝，經過生產和運輸，最后，在具體的施工階段進行構件的組裝和裝配。從整個流程來看，在施工作業之前需要先設計好高精準度的預制構件，避免安裝和裝配環節由于尺寸不合適造成成本的提高、工期的拖延。由工廠進行預制構件的生產，既能提高資源的合理利用，也能改善因濕作業導致的施工工地環保不達標的情況。裝配式工程符合當前行業高質量發展的要求，符合綠色環保節能可持續發展的戰略要求。近年來，我國房地產業的高速發展給裝配式建筑工程的發展提供了契機。傳統的建造施工方式與人們持續增長的住房需求不匹配，存在較突出矛盾，這就要求建筑工程的建造模式必須革新。隨著科技的發展，裝配式出現在人們面前，經過大量的工程實踐，裝配式建造水平得到提高，裝配式建筑工程成為建筑行業發展的大趨勢。

2、BIM 技術在裝配式建筑施工中的應用價值

裝配式建筑具有綠色環保、施工成本低、施工進度快、施工安全隱患少等特點，同時也具有施工數據管理復雜的特征。BIM 技術在裝配式建筑施工中的應用，不僅能夠更好地發揮出裝配式建筑所具有的優勢，而且也能夠提升裝配式建筑施工管理工作的效率以及精細化水平。具體而言，通過對BIM 技術進行應用，可以對裝配式建筑施工模型進行構建，促進多方主體數據共享與傳輸效率，從而提升工程建模的可視化水平，減少多方主體在工程開展中的信息傳遞障礙與溝通交流障礙。與此同時，BIM 技術在模擬性、協調性等方面展現出了明顯的優勢，在裝配式建筑施工實踐中，可以依托BIM 技術對施工過程進行模擬，分析施工過程中面臨的重點與難點，從而有針對性地優化施工方案，避免施工失誤，確保施工工作得以有序開展，為施工進度管理、質量管理等奠定良好基礎。與此同時，裝配式建筑施工參與主體可以通過搭建BIM 平臺，在施工過程中呈現出更高的協作水平，有效提升裝配式建筑施工管理工作效率。對于建設單位而言，通過使用BIM 技術進行三維建模，參建單位可以依托具有更高可視化程度的模型開展交流與決策。對于設計單位而言，設計單位可以依托BIM 技術對數據進行集成，當模型中的某一數據產生改變時，其他的數據也會隨之變化，這對于提升設計效率發揮著重要作用。對于構件制造商而言，BIM 技術不僅能夠提升參建單位、設計單位與構建制造商之間的協同水平，而且能夠對各個構件進行編碼，從而為施工現場材料管理水平的提升奠定良好基礎。而對于施工單位而言，通過對BIM 技術進行使用，可以對施工現場進行模擬，有效提升運輸路線和物料堆放的科學化水平，并且管理主體可以通過直觀地對比實際施工狀況與施工計劃之間的差距，找到各類管理問題產生的原因，有效提升多方主體溝通與協同效率，從而為現場管理水平的提高提供保障。

3、BIM 技術在裝配式建筑中的應用

3.1 優化整體設計

在施工前,裝配式建筑應保證施工設計的完整性,這樣方可為后續的施工提供指導,可以說,施工設計的質量對后續裝配式建筑的施工質量有重大影響。因此,要盡可能避免施工設計中存在誤差,即使有誤差,也應將其控制在合理范圍內。因此,施工單位要對此引起高度重視,對相應的裝配式建筑數據仔細分析、把握。通過引入BIM 技術,能有效發現裝配式建筑施工設計中存在的問題。通過利用RFID、5D 等技術構建仿真模型,利用數字化手段模擬對裝配式建筑的安裝過程,能有效發現各類微小錯誤,這對提升裝配式建筑整體設計水平有極大促進意義。

3.2 在構件制造中的應用

在大數據時代,很多行業的發展都離不開大數據的支持,建筑行業也是如此。在實施裝配式建筑施工時,工作人員要善于利用BIM 技術對數據信息嚴格管理,這樣方可提升建筑工程的施工質量。在裝配式建筑配件的制造中,施工人員可以利用BIM 技術對每個配件進行編碼,這樣可以獲得任意一個配件的生命周期,這對控制施工進程、建筑質量意義重大。在對裝配式建筑配件進行管理時,工作人員可以結合相應的編碼在配件內安裝芯片,以此實現對配件的實時跟蹤,有效避免配件丟失等問題出現。

3.3 在場地布置方面的應用

在裝配式建筑施工中,配件堆放問題是十分關鍵的一部分。實際上,很多裝配式建筑施工現場的空間非常有限,只有合理堆放配件,安排配件進入施工現場的順序,方可提升施工效率。為此,工作人員可以利用BIM 技術搭建1 個施工現場的模型,結合各個配件的數量、尺寸等數據信息,合理安排各配件在施工現場的擺放位置和進入施工現場的順序,以此實現較為高效的施工安排。另外,結合BIM 技術構建施工現場模型,能對配件入場的運輸線路進行合理規劃,實現施工順利進行。

3.4 在節點連接中的應用

為保證裝配式建筑的質量,要重視對節點連接水平的提升。在裝配式建筑施工中,若是配件連接存在問題,將產生一系列連鎖反應,對整個建筑的安全性產生巨大影響。因此,工作人員可利用BIM 技術,對配件建立數據模型,而后對各個配件的連接點實施可視化放大處理,以此發現潛在的問題,提升施工中各個節點連接的質量。

3.5 在材料管理中的應用

（1）施工前期。為控制好裝配式建筑配件的采購數量,工作人員可以利用BIM 技術在配件進入施工現場前,結合施工情況開展分析,尤其是施工場地狹小、施工時間較短的項目,這一點非常重要。結合施工現場對配件的需求,工作人員可借助BIM 技術開展更合理的預算,合理規劃配件采購數量,做好施工前的各項準備,避免配件多次入場、搬運帶來的問題。（2）施工中期。結合施工中期出現的各類特殊問題,工作人員可借助BIM 技術對施工進度開展調整,并結合施工實際情況,與之前規劃的施工流程進行比對,以此優化施工材料的入場順序,提升施工整體效率。（3）施工后期。結合BIM 技術,能夠對裝配式建筑施工消耗的材料以及預先計劃數據進行比對,找出實際用量和計劃用量的差異,明確材料消耗發生的部分,這樣可為后續的配件采購工作提供一定依據。通過分析BIM 管理數據,能大幅提升后續裝配式建筑施工合理性、針對性。

3.6 在施工階段的仿真模擬

在正式施工前,工作人員要利用BIM 技術對場地模型、施工項目等進行深入探究,并利用施工模擬動畫對施工中的細節、工序進行詳細了解。工作人員借助BIM 技術展開模擬施工,能夠對各個配件的數據、性質、形狀等元素展開更深入理解,明確在實際施工中各個環節的流程,對施工中可能出現的各類問題提前預防,這樣能大幅降低裝配式建筑施工中出現的各類問題,提升施工進度和建筑物質量。

3.7 在運營維護方面的應用

借助BIM 技術搭建一個裝配式建筑服務體系,能大幅推升對建筑的維護水平。比如,當建筑發生火災時,服務系統能夠結合BIM 技術,對起火點準確定位,并在模型上給予展示,而后結合起火點附近的配件材質、屬性等數據進行判斷,有利于消防人員在短時間內到達著火點開展滅火工作,提升滅火的效率,減少經濟損失和人員傷亡。此外,在日常維護中,通過對裝配式建筑模型分析,能大幅提升維護效率。

3.8 在拆除階段的應用

在對裝配式建筑拆除時,也可借助BIM 技術提高工作效率。借助BIM 技術支持的建筑模型,能夠讓拆除人員更為直觀地了解建筑物的構造、各個配件間的結構, 從而提升拆除工作效率。另外,在拆除一些有難度的配件時,工作人員可以利用BIM 模型實施模擬拆除,以此發現拆除過程中可能出現的各類問題。通過這種仿真的拆除演示, 能在很大程度上優化裝配式建筑的拆除流程, 提升建筑物拆除效率。

4、BIM 技術的裝配式建筑施工管理中的作用

4.1 施工進度管理

高效是裝配式建筑在施工方面的主要優勢，而此項優勢是否能夠正常地凸顯，主要取決于施工進度管理工作的效果。基于此，為了充分發揮裝配式建筑的施工優勢，需要在裝配施工中，重點關注施工進度管理工作，以更好地凸顯裝配施工的高效優勢，保證裝配式建筑的施工效果。而在BIM 技術下，人們可以運用配套軟件，對裝配施工進行模擬，提前了解施工全過程中的進展情況，由此預測施工中的關鍵環節實施過程中的場地情況、機械作業情況，以及相關措施實施情況，也能夠提前了解每周、每月的人、材、機需求情況，方便管理者及時識別、優化進度方案中的不合理問題，并加強對當前進度情況的控制，達到施工進度管理的效果。首先，需將建筑三維模型導入軟件中，同時編寫進度方案。其次，運用BIM 軟件將模型與進度方案相銜接，構建出4D 模型，然后運用該4D 模型創建模擬動畫。最后，通過觀看模擬動畫，識別、優化進度方案中存在的問題，直至進度計劃通過審核，由此實現進度管理。在開工后的進度管理中，BIM 軟件針對進度管理方面，還具有進度核正功能。借助該功能，管理者可直接通過手機、平板電腦等移動端，為施工關鍵節點的完成情況進行拍照，上傳到軟件中，軟件即可將該照片上顯示的節點圖像信息，與進度模擬中的節點模型加以對比分析，由此得出進度偏差，實現進度核正，為管理者的進度控制工作提供精準依據，提高管理工作效果。

4.2 施工碰撞風險管理

現階段，相較于傳統的現澆建筑，裝配式建筑對碰撞檢測的運用更加廣泛。在裝配式建筑施工中，不僅要檢查各個專業之間的碰撞，而且也要檢查構件之間、構件內部鋼筋之間、鋼筋與預留物，如孔洞、預埋件之間的碰撞，尤其是構件連接節點的鋼筋碰撞。而BIM 軟件的碰撞檢測功能較為成熟，可以準確、全面地檢測出施工碰撞風險，以便于施工方及時將碰撞問題上報給設計單位，防止施工期間變更的頻繁出現，干擾施工的正常開展，由此實現碰撞風險管理。在BIM 技術的應用中，管理者需要先按照設計方案，制作出三維模型，然后運用BIM 軟件的碰撞檢查功能，即可得到碰撞檢查報告。該報告的內容包括碰撞類型、名稱、距離、碰撞點等信息，之后，管理者就可以直接向設計方提交該報告，設計方再按照該報告，對設計方案加以優化，達到消除碰撞風險的問題，實現碰撞風險管理。通常來說，BIM 軟件中的碰撞檢測功能，屬于一鍵操作的軟件功能，啟動后最短僅需要數秒中，即可完成碰撞報告的生成，相較于人工檢查而言，極為高效，因此，將其應用到施工碰撞風險管理中，可以讓管理工作更加準確和高效，提升管理工作水平。

4.3 施工成本管理

除了高效以外，低成本也是裝配式建筑的主要優勢。而為了發揮此項優勢，施工方必須做好施工成本管理，以減少施工中的浪費，保證裝配式施工效果。在BIM 技術的應用下，由于BIM 軟件具有三算對比功能，可以將建筑工程的收入、成本、實際成本進行對比分析，以幫助管理者識別工程施工支出中存在的問題，為施工成本管控提供依據。但在此項管理工作中，應當注意，由于工程施工成本計算比較復雜，所以BIM 軟件的運作過程中需要進行大規模的數據吞吐，這就要求配套硬件設施能夠有效支持軟件的運作，使BIM 技術的應用效果能夠順利達到預期。

4.4 施工工藝管理

目前，雖然裝配式施工技術已經得到了推廣，但其依然屬于新興的施工技術。相較于傳統的澆筑施工技術，大部分施工人員并未熟練地掌握裝配式施工技術，這在很大程度上提高了施工操作錯誤、操作不當等情況的發生概率，影響了裝配式建筑施工質量。而在BIM 技術下，管理者可以在施工之前，運用BIM 技術的施工模擬功能，對當前的施工工藝方案進行模擬，由此識別和優化施工方案中存在的問題，保證施工工藝操作的合理性，達到施工工藝管理的效果。此后，待施工工藝方案檢查無問題，正式開工之前，施工方還可以將施工方的模擬動畫作為培訓資料，對施工人員進行培訓，讓培訓內容更加直觀，幫助其迅速理解施工方案內容，減少工藝操作失誤、錯誤問題的出現，提高工藝操作的準確性，實現施工工藝管理。在此過程中，針對復雜的節點，BIM 的三維模擬功能也可以直觀地向施工人員展現設計要求、施工方案，讓施工交底更加充分，深入優化各項裝配式施工工藝的實施效果。

結語：

綜上所述，從當前裝配式建筑施工的角度入手，分析BIM 技術引入裝配式建筑施工的方式和方法以及提升建筑施工的質量。針對當前BIM 技術在裝配式建筑施工中的應用，從施工準備階段、施工階段和施工后期階段三個方面，探討具體的應用情況，分析實際裝配式施工中變技術的應用特點，促進我國裝配式建筑工程的可持續發展。