基于BIM技術的裝配式建筑施工全過程研究和應用

關鍵詞： BIM 技術 裝配式建筑 施工全過程 應用措施

裝配式建筑工程中集成了新技術和新理念，是建筑施工行業轉型升級的重要技術，施工技術體系較為成熟，目前得到廣泛應用。但是由于傳統的施工現場工作方式過于落后，不能直觀、及時地發現現場施工的問題，難以確保施工全過程工作的效果。因此，建議在裝配式建筑的施工全過程，積極采用先進的BIM（Building Information Mdeling）技術，充分發揮技術的價值和作用，為施工全過程各項工作的高質量和可靠性落實夯實基礎。

1 BIM 技術的應用功能

1.1 可視化

就本質層面而言，裝配式建筑主要是在預制工廠進行不同建筑部件的加工和生產，運輸到現場拼裝，所涉及的施工部門、環節和專業較多，信息溝通和傳遞的難度大，而在采用BIM 技術后，就可以通過BIM 系統進行各個部門和各個專業的數據共享、功能協調，使施工部門和其他專業、部門的人員良好進行可視化溝通，共同開展施工作業的工作，集中化、統一性進行數據的管控、施工工作統籌規劃，確保施工效果和進度控制在合理范圍內。與此同時，BIM 技術具有建模功能，能夠為各個部門提供工程項目施工模型，使各個部門可視化、直觀化地了解工程的施工計劃和施工內容，有效完成自身的施工工作。

1.2 模擬性

BIM 技術在裝配式建筑工程的應用中，具有模擬性的功能，可精細化模擬裝配式建筑的內部結構和外部形態，構建數字化三維模型，使施工部門對工程項目細節情況、整體結構產生深入的理解，準確評估工程項目施工風險問題。例如：準確模擬和評估工程的裂縫風險、基礎沉降風險和其他風險問題，提前制訂完善的風險預防和控制方案，避免影響工程的正常施工。另外，BIM 技術還能模擬裝配式建筑的危險作業環境、危險系數，便于施工部門對施工參數和數據方案進行優化，確保工程項目施工的安全性。

2 BIM技術在裝配式建筑施工全過程的應用措施

2.1 施工前期階段

裝配式建筑工程的施工前期階段，重視BIM 技術的應用，確保前期設計工作和預制構件生產工作的有效開展。

2.1.1 前期設計階段

裝配式建筑工程的設計過程中，需重點采用先進的BIM 技術，提升設計工作質量和效果，如圖1 所示。

（1）二維設計轉三維設計。工程設計階段需淘汰傳統的二維設計模式，采用BIM 技術構建工程的三維設計模型，利用模型實現設計內容的直觀、清晰表達。例如：工程設計的過程中直接采用BIM 族庫繪制三維模型，將數據信息和設計內容輸入模型，使三維設計的模型投入二維圖紙，有效進行工程的正向設計，全面發揮設計人員的創造力和創新力。

（2）構建預制構件模型。工程項目的設計工作中，可采用BIM 技術的三維圖紙進行預制構件模型的構建。首先，在其中輸入各類構件的空間參數，對各類預制構件進行拆分設計，前置拆分設計的問題，通過不同預制構件的良好設計，將所有帶空間參數的預制構件有機整合，形成相應的模型，達到直觀性和立體化設計的目的。其次，應確保模型中各類參數的準確性和精確性，深入分析和準確計算預制構件的數據信息，提前預測構件的質量或是其他風險問題，提前進行預防和控制，確保預制構件模型的完善性和優化性。

（3）設計數據的共享。設計人員可采用BIM 技術進行數據的共享，和建筑專業、暖通專業、電氣專業等全面進行設計圖紙數據、設計變更數據的互通，更好地預防不同專業在設計方面的偏差問題和碰撞問題，減少后續的返工現象，提升設計的質量水平。

2.1.2 前期預制生產階段

預制構件的生產質量直接影響裝配式建筑工程質量，如果不能合理開展工程前期的預制生產工作，整體工程項目的質量會難以滿足標準規范，因此建議裝配式建筑企業在工程項目前期預制生產階段，采用BIM技術進行預制構件質量控制，提升工程的質量水平。首先，向構件預制生產的部門發送不同構件的BIM 模型，在模型中標記構件的參數和尺寸信息等，使預制生產部門能夠直觀地了解不同構件的預制生產規范和標準，按照相關標準開展生產工作，預防出現預制構件的質量或是性能問題。其次，預制構件生產完成后需要進行質量和規格的檢驗檢測，將檢驗的數據信息輸入BIM 系統，對比分析檢驗數據和規范數據的偏差，準確分析預制構件的問題，合理進行問題的應對和處理，確保預制構件的生產質量[1]。

2.2 施工中期階段

裝配式建筑施工期間也需要重點采用BIM 技術，利用三維建模和數字化、可視化的功能提升施工工作的效率、質量、安全性。

2.2.1 制訂施工方案和計劃

為確保裝配式建筑工程項目的良好施工，應重點采用BIM 技術制訂完善的施工計劃和方案。首先，采用BIM 技術提前進行工程項目施工工作的安排，對各類構件的運輸、拼裝等工作進行模擬和優化，實時性進行數據信息的傳輸和共享，調查研究各類數據信息，制訂預制構件運輸計劃、場地布置技術、安裝拼裝技術等，提升裝配工作效果，確保裝配組織的效率。其次，采用BIM 技術構建不同專業之間相互協調的裝配工程模型，可視化、動態化將工程施工的過程展現出來，提前預測施工風險，合理進行細節的模擬仿真，做好可視化的演示，按照模擬演示的內容制訂完善施工計劃和方案，有效規避安全風險和其他的施工問題。最后，利用BIM 平臺進行工程施工方案和設計圖紙模型的關聯，將施工方案和設計圖紙相銜接，一旦設計圖紙發生變更，即可快速、對應進行施工方案計劃的變更，以免因為設計變更導致施工工作受到不利影響，切實提升施工方案的完整性和可靠性[2]。

2.2.2 預制構件的現場安裝

裝配式建筑是通過對提前生產的預制構件進行安裝，完成施工工作，因此，施工部門應重點采用BIM 技術進行預制構件的安裝，確保能夠高質量、有效性、可靠性地完成各項施工任務。

（1）采用BIM 技術和專業軟件，在不對結構布局條件進行改變的情況下，深入研究預制構件的吊裝位置和加工性能，將建筑模型作為基礎部分，合理進行預制外墻板的拆分，在吊裝的過程中，嚴格控制施工高度，降低預制樓板的拆分成本。與此同時，還需采用BIM軟件進行各類構件吊裝拼裝之前的模擬計算，按照計算結果和數據信息，對模型進行調整，確定最終模型之后現場進行預制構件的吊裝和安裝，確保整體吊裝和安裝施工工作的效果。

（2）預制構件主體結構施工期間，將各類數據和參數輸入BIM 系統，明確預制構件和鍵槽多種類型節點的連接措施，準確分析和直觀顯示鋼筋排布的形式、混凝土施工形式、不同預制構件的安裝形式等，使施工部門能夠按照系統中的各類數據和模擬結果，有效開展吊裝和安裝等工作，提升現場拼裝的質量和水平。

（3）預制構件安裝施工的過程中，采用BIM 技術進行構件鋼筋排布位置、錨固長度的設定，以免因為鋼筋和錨固不合理安裝而導致梁柱鋼梁碰撞或是梁板鋼筋碰撞。另外，還需采用BIM 技術進行最高主梁底筋直徑的模擬，將標準化數據代入系統，降低模具的類型和數量，節約現場施工的成本。

（4）預制構件現場拼裝和安裝期間，應重點采用BIM技術進行構件的預埋和預留、防雷裝置的安裝施工通過三維模擬的方式明確各類預埋和預留部件的設置標準，制訂完善的防雷施工方案和計劃，確保整體施工工作的質量和水平。與此同時，在現場安裝的過程中，需采用BIM技術進行安裝模式和體系的分析，模擬仿真驗證不同安裝方案的可行性與合理性，預防因為施工方案不合理或是不完善導致出現施工質量或是其他層面的問題，進一步提升工程項目的施工建設效果和水平[3]。

2.2.3 進度和質量的控制

目前，部分裝配式建筑工程施工過程中存在質量和進度的問題，不能確保工程施工的質量，進度延期的問題頻繁發生，嚴重影響工程的效益和水平，因此，建議施工企業在實際工作中采用BIM 技術有效完成進度與質量的控制。首先，采用BIM 模型進行現場各道工序施工工作的模擬分析，按照模擬結果制訂完善的進度控制方案（如圖2 所示），將進度方案發送給各個施工部門，施工部門在完成每道施工工序后，將進度數據輸入系統，系統自動化對比進度計劃和實際進度的偏差，分析問題的原因，提出進行進度控制有效的建議和措施，使施工部門能夠進一步進行進度的控制，確保工程項目施工進度符合要求。其次，工程質量控制的工作中也可采用BIM 三維模型，模擬預制生產和現場施工不同工序的情況，識別質量薄弱的部分，提出能夠有效進行質量控制的措施，使施工部門按照BIM 模型直觀進行質量問題的分析和應對，確保每道工序的施工質量符合標準規范，從而提升項目施工的水平[4]。

2.3 施工運維階段

裝配式建筑工程施工工作完成后，項目運維工作也非常重要，直接影響工程項目的發展水平和應用水平，因此，在工程施工運維階段，也必須采用先進的BIM 技術，有效完成施工后期的運維工作。首先，采用BIM 技術模擬項目運維的情景，自動化對比分析前期設計數據和工程運維的配套部品數據、設備來源數據和材料來源數據等，準確了解工程項目設備維護問題、構件使用問題和配套產品的問題，提出有效開展運維工作的可行性措施[5]。其次，項目運維的過程中制訂完善的計劃方案，在BIM 模型中輸入不同的運維方案計劃，對比分析不同計劃的應用效果和水平，一旦發現工程運維計劃存在問題，即可快速、有效地進行問題的應對和處理，以此確保運維方案的科學性與合理性，促使施工運維工作的良好開展和落實。最后，項目運維的過程中采用BIM 模型技術，獲得全面且完整的運維數據信息，應用在實際的運維工作中，提升整體工作效率，降低成本的消耗量，預防出現項目運維的問題。另外，在施工運維的工作中應根據裝配式建筑工程的特點和具體情況，制訂完善的運維方案和計劃，通過BIM三維模擬的形式，明確施工運維的重點和難點，使施工運維的工作人員按照具體的情況科學有效開展工作，確保運維的效果和發展水平[6]。

3 BIM技術在裝配式建筑施工全過程應用的基礎保障

3.1 優化BIM 構件庫

為確保在裝配式建筑工程施工全過程合理應用BIM 技術，提升技術的應用效果和水平，應重點進行BIM 構件庫的優化，通過建設構件庫，為技術的良好應用提供保障。

（1）根據裝配式建筑工程的特點和實際情況，搭建標準化的預制構件庫，為工程項目預制構件的生產和安裝提供保障，有效預防信息安全問題的出現，并可提升構件庫的開放性和信息共享性，為BIM 技術在工程施工中的應用和推廣提供保障[7]。

（2）在開發BIM 構件庫過程中，需確保整體系統具有可循環應用的特點，在不同項目中構件也能夠循環應用，只要所需應用的構件規格、屬性相同，就可利用相同族文件進行預制生產，簡化生產工作模式。

（3）應確保構件庫具有可更改性特點，施工部門可根據BIM技術的使用需求，在系統中添加需要更改的數據信息，以現有族庫作為特殊性生產的輔助，對構件庫中的數據信息簡單修改以后，完成不同類型構件的生產。

（4）應確保構件庫具有獨立性，每個構件之間相互獨立，不會由于使用的場景不同而使其屬性發生改變。另外，為使預制構件的性能和質量符合裝配式建筑工程施工需求，在對BIM 構件庫中構件進行調用期間，應合理進行優化處理，將模型轉變成為ifc 的格式，按照具體情況導入Tekla 軟件，整體分析和研究，及時發現不符合要求的構件，替換處理或修改處理，確保能夠滿足要求，提升各項施工工作效果[8]。

3.2 完善碰撞檢查模式

目前，在裝配式建筑工程設計工作中，傳統的圖紙設計很難有效預防管線和建筑工程之間發生碰撞的問題，甚至還會有不同位置管線交接，部分重疊的現象，管線交接位置在建筑結構之間，如果距離過高，也會導致裝配式建筑工程項目存在安全風險。在此過程中，采用先進的BIM 技術，即可預防傳統圖紙設計的問題，自動化進行建筑工程碰撞檢測分析，生成相應的檢測報告，及時發現建筑工程設計不合理的問題和碰撞問題，提前制訂完善的方案，各部門協同施工，有效預防發生碰撞問題。與此同時，在施工過程中也可以采用BIM 技術進行建筑工程的碰撞檢查，快速、有效解決管線和建筑結構碰撞等問題，提升建筑施工的安全性，如圖3 所示。首先，采用BIM 技術進行建筑工程的吊裝模擬，合理開發設計全預制的裝配體系，通過三維模型進行吊裝全過程的模擬，快速識別吊裝施工中的碰撞問題，提出能夠有效預防碰撞現象的措施，確保施工部門在預制構件吊裝期間能夠預防碰撞的問題；其次，采用BIM 技術軟件進行工程結構模擬，利用漫游的形式快速發現構件應用問題和碰撞問題，將問題反饋到軟件系統，使施工部門直觀了解實際情況，科學、有效地完成施工工作；最后，利用BIM 技術開展碰撞測試的工作，按照裝配式建筑工程的特點和情況，提前進行不同施工階段的三維模擬仿真碰撞測試，自動化生成測試結果的表格，使施工部門根據測試結果，在施工過程中預防碰撞問題的發生，提前做好準備工作，避免因為施工碰撞問題導致工程質量受到不利影響[9]。

4 結語

綜上所述，BIM 技術具有可視化和模擬性的應用功能，在裝配式建筑工程施工中的應用效果較高，因此，裝配式建筑施工全過程應重點使用BIM 技術，在前期設計階段、中期施工階段和后期的運維階段，合理采用BIM 技術開展工作，提升各項工作的水平和效果，同時，還需完善BIM 技術應用的基礎保障，全面進行BIM構件庫的優化，健全相關碰撞檢查的模式和機制，提升BIM 技術在施工全過程中的應用效果，確保裝配式建筑工程的良好施工和發展。