基于BIM的裝配式建筑施工應用管理模式研究

管晨舒（江蘇工程職業技術學院，江蘇 南通 226000）

中國自改革開放以來，城市數量不斷增加，城市的規模不斷擴大。在此背景下，標準化的裝配式建造方式可以更好地適應城市基礎設施建設的需要。但是，在20世紀80年代以后，裝配式建筑的發展卻出現了停滯，并迅速被現澆混凝土建筑所替代[1]。21 世紀開始，中國城市化進程開始加速，傳統的、低效的建筑產業已經無法適應城市化進程的要求。在我國經濟迅速發展的同時，環境問題日益突出。而裝配式建筑對環境影響小、工業化程度高、資源利用率高等特點，再次受到人們的重視。與傳統的現澆式建筑相比，除多了一個預制構件的工廠制造環節外，其設計的標準化和安裝的專業化，使其在整個建筑生命周期的每一個階段都具有顯著的區別[2]。為此，應加速企業經營方式的創新，使其在我國建筑行業中更好地發揮作用。另外，受世界范圍內建設信息化的沖擊，最近幾年，國家相繼出臺了多項鼓勵建筑業應用BIM技術的政策。在裝配式建筑中，利用BIM 技術，可實現信息的實時共享，以及先進的建模方法，從而提升施工效率，推動裝配式建筑這一新的建筑形態得到更好、更快速的普及，幫助建設行業進入到新的建筑工業化時期[3]。BIM 技術在我國還處在起步階段，如何將BIM 技術與裝配式建筑相結合，是BIM 技術應用于裝配式建筑的重要環節。針對以上問題，本文以BIM技術為基礎，參考并吸收了目前國內外關于裝配式建筑在不同行業中的研究成果，并在此基礎上，結合BIM技術在裝配式建筑中的應用，提出了一種基于BIM 的裝配式建筑設計方法，旨在探討如何將BIM技術應用于裝配式房屋的設計與建設[4]。

1 項目概況

某學校宿舍樓為裝配式建筑項目，該宿舍樓位于學校的北面，西邊是已有的宿舍樓，北邊是學校的飯堂，東邊是濕地公園；該住宅在建筑的設計中充分利用了周圍的自然環境，將這四個部分聯系在一起，形成了一個有機的整體。該住宅共6 層，不設地下空間，占地9129.92m2，樓高24.60m。每個房間都帶有一個廁所，可容納4人，宿舍樓共計能容納906人。該工程是一個裝配式的整體式鋼筋混凝土結構，除了廁所和房頂采用了現澆法，其余部分都采用預制施工方法，整個工程的裝配式比例達到了58%。該住宅采用GIS住宅系統，即采用S（支承段）與I（內填料）相結合的方式，實現建筑結構耐久性、裝配化、可移動、填料可替換等特征[5]。

2 BIM的裝配式建筑施工應用管理研究

2.1 機電設計

在該裝配式宿舍樓的機電一體化設計中，重點是掌握預制構件的埋線位置，保證預制件的線位正確、箱體正確、預留洞口正確等。本項目包括暖通、給水、電氣三大類，盡量將管線埋在預制構件中[6]。同時，電力設計師利用BIM 軟件中的PKPM 來設計暖通、給排水。給水、排水管道按垂直管道相對集中的原則進行設計，并將給水、雨水、消火栓、排水管網等進行合理設置（如圖1 所示）。且在電氣工程與結構工程相結合時，應在天花板上鋪設管道，并在電氣工程中提前設置預埋裝置，以區別裝配式房屋與傳統的現場澆筑混凝土房屋。在機電一體化設計之后，可以利用該軟件的三維可視化處理功能對線路、管道等構件進行設計[7]。

圖1 機電設計模型

2.2 工程量統計

針對裝配式建筑工程量計算難度大等問題，本工程運用BIM技術對工程量進行統計。與現澆混凝土房屋相比，裝配式建筑需要提前確定工程構件數量，并提供給構件制造商一份所需要的材料清單，便于裝配式構件及時制造[8]。所以，在設計過程中，需要按照零件的類型、數目、材料等因素來確定零件的造價。由于本工程并沒有達到100%的安裝比例，所以在工程量的核算上要注意區別現澆段與預制段。因此，利用BIM 技術分別進行了現澆式和預制構件的計算。在預制構件倉庫里，不但要確定每個構件的幾何尺寸，而且還要確定每個構件所使用的材質、配筋、附件等。所以，當一個構件被拆分后，該軟件可以單獨對每個構件的混凝土、鋼筋、配件等消耗量進行估算，為該構件在制造過程中的原材料購買奠定基礎。本工程澆筑單元總質量為15980.68kg，錨固板共需21個，且利用BIM軟件可以計算鋼筋重量，方便后期造價預算統計。該裝配式建筑工程量統計結果見表1。

表1 工程量清單統計

2.3 施工模擬

建筑施工模擬是利用BIM 系統中的虛擬現實技術，在建筑工程開工之前，建立一個建筑的可視化3D場景，模擬建筑計劃的實施過程，并可對目前施工和設計存在的問題進行研究，同時提出相應的改進措施，在此基礎上提出相應的優化措施。施工模擬是將BIM技術與仿真技術相結合，將施工環境、施工機械、施工人員等以3D 模型呈現，對施工場地布置、施工工藝等進行更好的模擬。施工仿真技術具有以下優點：①施工仿真。在施工之前，以3D 動態的形式將施工方案展現，可以很好地觀察到不合理之處，并加以改善，尤其是可以對進度、成本和質量進行有效的控制[8]；②協調項目建設計劃與所需資源。要達到施工組織設計中的進度目標，就必須對施工實施中所需的設備、材料和人員進行協調。在工程建設過程中，由于受多種因素的影響，若能預先對工程建設項目進行仿真，就能更好地協調工程建設項目的各種資源利用；③對安全性風險進行準確的預測。通過對施工計劃書中工地施工情況的仿真，能夠提前發現工地可能存在的安全問題，并及時修正計劃書，避免風險，最大限度降低因風險而造成的損失。在該工程中，施工企業主要通過施工仿真功能對施工進度、施工場地布置以及施工過程進行仿真，并通過BIM 技術對施工組織設計的合理性進行表述、推敲和驗證。

施工圖紙設計完成后，施工方可以按照BIM 模型進行施工，并進行施工方案的編制。在前期，施工單位還可以利用BIM模型進行施工模擬，通過現場模擬，直觀地展示施工過程，使施工方案得到優化，提高工作效率。在工程建設中，建設單位要實時反饋工程進度、費用等情況，適時更新BIM 5D 模型，實現對工程資源的動態管理與控制，對工程的誤差進行及時修正，最后將BIM的完工模型提交給業主進行驗收[9]。

2.3.1 施工進度模擬

該工程是由建設單位在建設前的一個階段，使用BIM項目管理軟件進行制定。在制定施工計劃時，要確定施工順序、工程量、構件吊裝順序、工程工期、工作人員數量和機器數量。當項目進度計劃編制完畢后，將其與BIM 建模技術相結合，從而得到一個可視化的三維模型。在BIM技術的基礎上，采用四維建模方法，對項目實施方案進行多次仿真，并將仿真結果以動畫的方式顯示出來。在對施工進度進行仿真的過程中，施工單位可以發現可能存在的操作順序錯誤和沖突問題，并可以對施工進度計劃進行修正，或者制定相應的對策方案，用來指導實際的施工，確保工程順利進行。

2.3.2 施工場地布置模擬

建筑工地的布局主要是對工地道路、臨時建筑、材料倉庫進行合理的布局，保證工地建設的正常進行。該工程在設計工地時應該遵守三個原則：①設計工地的時候要盡量簡潔，盡量降低對工地的占用，并且要保證場容整潔、道路暢通；②在工程安排中，要避免多個工種同時進行時出現互相影響的現象；③工地安排人員進行現場布局，要保證設備擺放、材料堆放、臨時設施搭建等符合經批準的建筑方案設計的需要。在已構建的3DBIM 建?；A上，對建筑工地進行3D 布局，并對塔吊、辦公、生活區進行了合理的布局，解決工地場地的分區問題（如圖2所示）。同時，建筑企業可以利用BIM 建模與業主進行交流，確定施工現場的最佳位置，并根據工程實際情況，對工程進行優化設計。

圖2 施工方案模擬可視化分析

2.3.3 施工工藝模擬

在對重點難點施工方案、特殊施工工藝進行施工之前，施工單位可以利用BIM 模型對施工方案進行工藝模擬，從而找到施工方案中的缺陷，改進施工方案。通過對工程實例的分析，可以讓施工人員對施工計劃有一個更加清晰和準確的了解，減少施工中的失誤，保證施工進度，提高施工質量。并可以根據不同的施工工藝方法，進行多次仿真，最后選擇出最優的建造方法。在工程實踐中，對于復雜的結構，可以利用BIM 3D 技術進行結構面的仿真，使結構面的設計成果與工程計劃更好地呈現出來；為建筑工人提供快捷的技術支持，以降低建筑工人的工作難度及建筑工人的工作失誤，保證建筑工程的質量與安全。

3 結語

通過對某學校宿舍樓的實例分析，詳細闡述了BIM技術在裝配式房屋中的運用。本工程將BIM技術從設計到施工的整個過程都運用到裝配式建筑中，對BIM技術在裝配式建筑中的運用進行了較為完整的闡述。結合實例，對BIM 在工程量統計以及建筑仿真等方面的運用進行了詳細闡述。將BIM技術引入裝配式房屋的設計過程，可有效降低設計者的勞動強度。且BIM技術在建筑工程中的運用可以有效降低建筑工程中的安全風險和工作差錯，從而提高工程的質量和效率。