BIM虛擬仿真技術在裝配式建筑施工中的應用研究

關鍵詞：裝配式建筑；施工；信息技術；BIM技術；虛擬仿真

中圖法分類號：TU974 文獻標識碼：A

隨著建筑工業化進程不斷加快，計算機硬件性能的提高與軟件的高速發展，BIM虛擬仿真技術因其具有詳細的建筑信息與裝配式建筑結構優勢，將BIM虛擬仿真技術和裝配式建筑結構有機結合在一起，既可以將裝配式建筑的優勢充分發揮出來，又可以將BIM仿真技術具有的電子信息集成優勢呈現出來，進而促使建筑設計、構件生產、經營管理以及現場施工等融為一體。對于BIM技術而言，虛擬仿真施工技術是重要組成部分，將BIM核心模型的每個裝配式構件賦予具體參數，采用此技術將裝配式建筑中的場地布置、管線安裝以及構件吊裝通過3D動畫漫游對實際工程進行虛擬仿真建造展示，更容易提前發現問題，可從根本上解決施工中遇到的碰撞問題，節省造價、縮短工期、提高施工效率，為施工信息化優化管理提供保證，并在建筑行業得到廣泛應用。

1裝配式建筑的優勢

對于裝配式建筑來說，其主要優勢為：（1）綠色施工，這也是其與以往傳統建筑明顯的不同之處，通常裝配式建筑所采用的內外墻隔板、樓層板、樓梯等按照工業化標準制造，能夠有效節約建筑項目所耗費的人力、物力等資源；（2）可以使污染量被控制，在以往的建筑施工過程中，通常會用到水泥、砂石等材料，在實際施工現場，經過攪拌與砌筑施工后，將會產生許多粉塵與建筑垃圾，而裝配式建筑則只在施工現場開展裝配與連接工作，可以有效控制生產過程中所產生的粉塵與揚塵，符合當前的環保理念；（3）可以節約資源，從裝配式建筑實際情況來看，其在模板與澆筑混凝土方面的工作量要求比較少，對于水資源的消耗也比較少，可以有效控制揚塵污染；（4）在裝配式建筑中，其所需要的很多構件都是依據相應的質量規范，在工廠與專業人員的監督下，標準化完成生產與使用，促使建筑質量得以提升；（5）隨著裝配式建筑的廣泛應用，建筑行業中工業化、產業化與信息技術也得到了融合和發展，推動建筑業供給側結構性的改革。

2 BIM技術

2.1 BIM虛擬仿真技術

所謂BIM虛擬仿真技術，主要指的是依托3D技術，創設與工程建筑相符合的數字模型，在不斷對工程信息進行完善后，使得施工單位獲得相應的技術支持。該技術的核心在于對建筑工程的數據與信息進行整合后，構建三維模型，同時在數字化支持下，使得模型可以獲得正確且完整的工程信息庫，可進行虛擬仿真建造。在該技術的有力支持下，建筑人員的施工效率能夠得到有效提升，同時可以優化內部結構，使施工安全獲得保障。

2.2 BIM技術的特點

2.2.1虛擬性

對于建筑工程而言，其在應用BIM技術過程中，能夠對不同工作項目開展仿真工作，尤其是相關人員在開展設計工作、實際施工以及工程實際運營過程中都具有一定優勢。在開展設計工作過程中，相關人員可以依托BIM技術開展模擬實驗。比如，可以模擬一些特殊情況、應急狀況、承載力和熱傳導等，在開展模擬實驗過程中，相關人員可以及時對工程建設中的不足予以完善，同時可以幫助其及時發現問題，并采取有效措施解決潛在問題。

2.2.2可視化

在建筑工程的實際建設過程中，BIM虛擬仿真技術在獲取相關的數據與信息后，依托數字建模，使得每一個施工環節都變得更加完善，并且可以設計出相應的建筑圖紙以及提供高效的施工方案。該技術能夠直接創設出相應的三維施工圖紙，同時可以開展動態化虛擬營造管理，3D模型真實性的直觀表達，更符合人的直覺，能更清楚地了解建造物的空間關系。

2.2.3協調性

BIM技術具有協調性特點，主要指的是其可以協調每一位員工的工作。比如，在對結構碰撞系統進行測試時，采用BIM虛擬仿真技術，可以及時反饋實驗過程的參數與數據，以此為設計人員和施工人員進行協調交流提供實驗數據支持。與此同時，BIM技術還可以使多方人員的需求得到滿足，在實際建設過程中，可以對設計方案進行更改與完善。此外，BIM技術可以將設計圖紙充分展現出來，使設計人員與業主之間的溝通變得更加便捷，其能夠有效避免相關問題，切實保障工程的施工質量。

3傳統裝配式建筑施工中的不足

3.1設計專業協作性差

傳統裝配式建筑施工基于二維平面設計圖紙進行施工，由于建筑工程專業多，各項專業技術圖紙相對獨立，基于傳統管理方式的各信息未被有效連接，在施工階段，需要將專業設計圖紙進行穿插匯總使用，這會導致圖紙信息不協調。此外，因為平面設計圖紙表述過于專業、復雜，當施工人員對照設計圖紙施工時，有時會對設計圖紙解讀錯誤，從而造成施工錯誤，并且可能導致出現安全隱患。

3.2施工技術協調性不足

裝配式建筑屬于一個系統化的項目，需要通過多種專業技術的交叉作業來進行施工，在此前提下，各項專業技術工作要有一個良好的協調關系，才能確保工序質量的提高，但其中專業人員之間的溝通存在諸多問題，導致多項專業技術在實施時存在協調性不足的現象。例如，將水電管線安裝在建筑構件上胡亂開槽、開孔等，此類現象不但會造成施工質量下降，還會增加工期和造價。

3.3施工質量管理不足

要實現高質量的裝配式建筑施工，就有必要借用建筑智能化、信息化技術等對施工過程進行精細化管理。目前，我國建筑業信息化技術應用不足，管理過于粗放，如構配件在運輸、堆放、吊裝、安裝等環節缺乏完善的技術與人員安排，準備工作不夠充分，導致施工企業無法把握工程質量的關鍵點，對于施工過程中出現的問題，缺乏完善的施工方案，導致影響施工質量和工作效率，

4 BIM仿真技術在裝配式建筑施工中的應用

4.1依托BIM技術，提高跨專業協作能力

對于裝配式建筑施工來說，各專業之間與各工種之間的協作，對于提升施工效果有著重要影響。將BIM虛擬仿真技術引入施工中，可以為協同管理打下良好基礎。具體來說，BIM仿真技術的主要價值在于，可以將各專業使用的軟件與設計圖紙等要素融入模型中，促使各專業以共享信息為基礎，提高各專業之間的溝通效率。比如，在開展碰撞檢測時，相關人員可以依托BIM虛擬仿真技術平臺，將各專業軟件進行有效整合，借助管線綜合模型進行仿真模擬碰撞，以此來考察各專業、各工種的協同水平，以及在施工前發現和解決各專業、各工種之間存在的沖突。此外，為滿足項目部各層級人員對信息模型實際的需求，可以將設計、施工、驗收等信息錄入相應構件并建立檔案，經過輕量化的BIM模型，生成二維碼分享鏈接即可查看，實現各專業間建筑信息共享和各工種無障礙溝通。由此可見，從施工效率與施工成本來看，采用BIM仿真技術可以提升跨專業協作水平。

4.2依托BIM技術，完成構件的拆分工作

對于裝配式建筑項目來說，在設計階段，模型中的構件組合始終處于統一的整體，設計者應重視構件的拆分工作，以此使得工廠可以獨立生產構件，結合建筑的實際特點來對構件進行拆分。通常情況下，應滿足多種組合、較少規格的需求，使得裝配組件模具數量得以減少，進而促使工廠的生產效率得以提升。對于設計者而言，其在全面了解和掌握拆分規則后，可以依托BIM模型來完成構件的拆分以及構件連接設計與鋼筋配置等工作。設計者依托BIM虛擬仿真技術完成構件的拆分工作，可以從不同維度使得不同構件之間的關系變得更加明確，使得構件之間的連接方式變得更加明確，以此促使設計者在三維立體的視覺觀察下，能夠更加明確拆分模型。BIM仿真技術的有效應用，使得以往工程的復雜系數得以降低，設計誤差也得以減少，并且可以及時保存與保留拆分構件的糾錯能力。同時，在開展生產活動的過程中，使得模型信息可以實現實時共享，從而促使建筑工程進度得到有效保障，進而促使實際生產效率得以提升。

4.3依托BIM技術，對整體設計進行優化

在整個裝配式建筑工程中，BIM虛擬仿真技術的廣泛應用有著一定的優勢與特點。首先，采用BIM技術可以使建筑工程得到全面優化，在以往建筑工程設計中，通常以紙面設計為基礎，普遍采用平面建筑的設計方式。但是，采用BIM虛擬仿真技術可以建立3D數字模型，通過BIM模型漫游、屬性察看、剖切、測量、過濾、查詢等操作，設計者可以直觀地對設計進行觀察，及時發現設計中存在的問題，并采取相應的解決措施。同時，由于其具有一定的可視化和模擬特點，可以對建筑設計進行合理的規劃和安排，從而有效提升整體效果，減少或者避免可能出現的設計問題，最終實現整體設計效果的提升。

4.4依托BIM技術，優化建筑施工方案

在開展裝配式建筑活動時，相關工作人員可以依托BIM虛擬仿真技術對建筑施工方案進行優化。裝配式建筑構件通常在生產車間加工完成，接著將房屋所需的不同構件運至工地現場，并開展裝配工作，在實際裝配過程中，通常會進行吊裝施工。比如，在進行工程吊裝施工前，相關人員首先應將與工程相關的參數、與機械相關的數據錄入建筑立體模型中，從而將工程的實際安裝質量和施工進度及時反映出來。同時，還應在靜態模型場景中，添加不同的吊裝程序，并選擇最合適的施工方案。此外，相關人員應以此分析結構為依托，針對施工現場的進度，開展相應的實時仿真模擬工作，對工程人員與施工設備進行科學、合理的調配，確定人員的實際分工情況和具體位置。

采用BIM虛擬仿真技術對施工場地布置、材料堆放、車輛運行模擬、安全文明施工、臨時用電布置、危險源辨識等進行模擬演示，對于系統界面呈現出的變化，相關人員還應將其制作成視頻，以此為施工人員比照視頻提供更多便利，使其可以有效分析建筑施工中存在的誤差和問題，并提前優化方案、提出合理化建議，對施工總平面規劃進行虛擬仿真，可以確保施工安全、科學，節約成本。

4.5依托BIM技術，完善建筑材料管理

相關人員在對材料進行管理時，采用BIM技術可以讓管理變得更加完善。對于裝配式建筑來說，在生產其需要的預制構件時，生產現場將會堆放很多生產材料與構件。因此，相關人員在對這些預制構件進行分類與貯存時，將會花費很多的資源與資金，并且還常常會發生各種各樣的問題。采用BIM技術錄入每個預制構件的編碼檔案，包括編號、樓層、屬性、特點、施工要求等，生成數據表格并進行模擬安裝，從而使相關人員全面掌握工程項目實際進度情況，并將生產階段所需的材料提前準備好，讓各種所需原材料數量能夠始終保持均衡，則可以有效避免缺少材料或者購買的材料數量過多等問題的發生。

在對材料進行驗收時，相關人員可以直接對構件信息進行采集，從而可以有效提升工作效率。在實際施工過程中，通過應用BIM虛擬仿真技術，對于實際消耗的材料，相關人員可以對其進行收集與整理，并對實際消耗的材料數量與預計消耗的數量進行對比，從而為后續開展材料管理打下良好基礎。同時，在實際工作過程中，還可以對材料的生產與運輸、材料到貨后的驗收等有所幫助，從而更好地開展材料管理工作。

4.6依托BIM技術，開展信息化管理

首先，對設備開展信息化管理。將BIM虛擬仿真技術應用到設備管理中，可以將設備的相關信息，如型號、購買時間與維修記錄等，采用掃描的形式錄入BIM模型中，并且維修人員也可以采用RFID技術快速查找出設備中的相關信息，從而促使BIM模型和建筑的實際信息情況實現同步，以此幫助其對設備的實際運行情況、實時動態進行有效監控，同時可以對設備進行遠程監控等。維修人員通過BIM技術還可以制定科學的維修計劃，以此減少設備出現故障的概率。其次，空間信息化管理。相關人員可以通過BIM虛擬仿真技術實現對當前空間的預測、規劃與管理，以此滿足裝配式建筑在進行空間管理時的不同需求。采用此技術將空間按照功能予以劃分，可以有效避免發生空間重疊與浪費的現象，并且可以將BIM技術和虛擬現實技術有機結合在一起，實現對建筑空間的全景觀察，并掌握建筑空間的實際使用情況。

5結束語

隨著建筑行業工業化、數字化、智能化的加快推進，對于裝配式建筑施工而言，將BIM虛擬仿真技術引入其中，不僅可以使裝配式建筑施工管理走向精細化、專業化和標準化，還使得不同資源的利用率得到有效提升，同時促進我國智能建造技術的發展，有效解決傳統建筑在實際施工中存在的問題，為建筑行業高質量發展提供一定的技術支持。作者簡介：

王喜勇（1981—），本科，工程師，研究方向：信息技術、工程管理。