基于BIM 的裝配式建筑施工技術的應用研究

陳衛東

城市化進程的加快，對建筑市場的發展提出了新要求。傳統的建筑工程存在施工周期長、成本高及人力資源需求高等問題，導致資源短缺和環境破壞等問題。為解決這些問題，建筑領域形成了新的建筑體系，即預制裝配式建筑體系。裝配式建筑施工技術以其高度工業化、高效率、高質量及低浪費等特點，成為當前建筑領域一種先進的施工技術。然而裝配式建筑施工參與主體較多，組織架構復雜，技術難度較大，導致該技術的普及率較低。為降低裝配式建筑施工技術的難度，本文提出將建筑信息模型（BIM）技術應用于裝配式建筑施工，提高施工效率。

1 裝配式建筑施工技術的相關概述

裝配式建筑施工技術是一種現代化的建筑技術，先在工廠內預制標準化的建筑構件，再將構件運輸到施工現場進行組裝，以此快速、高效、高質地完成建筑工程。相比傳統的建筑施工方式，裝配式建筑施工是一種創新性的施工方式，它注重工業化、自動化和標準化，有助于降低施工成本、減少資源浪費和提高施工質量[1-2]。

裝配式建筑的施工過程主要包括2 個階段，一是工廠生產階段，二是現場安裝階段，具體如下：

1）在工廠生產階段，需要進行構件的制造、加工、組裝以及質量檢測和測試。此階段強調標準化和規模化，以降低生產成本，提高生產效率。

2）現場安裝階段，組裝好的構件被運輸到建筑場地，根據安裝計劃進行構件的組裝和安裝。安裝過程中要保證構件連接的準確性和安全性。由于在工廠內已經完成大部分工序，現場施工時只需要安裝預制構件，因此施工時間大幅縮短。

2 裝配式建筑施工技術難點

2.1 預制構件運輸與堆放

預制構件運輸與堆放是裝配式建筑施工中的一個技術難點。預制構件一般在專門的工廠中制造，而后運輸到施工現場。由于施工現場與生產工廠之間存在一定距離，運輸過程中構件很容易受到震動等外部因素的影響，嚴重時可能會導致構件損壞或構件出現裂縫[2]。這樣的構件如果應用到施工中，可能會帶來安全隱患。因此，構件運輸是裝配式建筑施工過程中的一個難點。

另外，構件運輸到施工現場后應進行合理堆放。考慮到施工空間的限制，需要合理規劃構件的裝車順序和堆放方案。如果構件未根據吊裝時間進場，或裝車順序出現錯誤，可能影響現場施工的連續性，進而影響施工進度。因此預制構件的運輸和堆放是一個難點，需要進行細致計劃和高效協調，以確保構件安全、完好地到達施工現場，為裝配式建筑的順利施工奠定堅實基礎[3]。

2.2 構件安裝與吊裝精度要求高，校正難度大

構件安裝與吊裝對精度要求較高、校正難度大，是施工中的重要環節。由于裝配式建筑柱網間距較大，預制梁和預制板的體積和質量相對較大。在預制構件安裝和吊裝過程中，為了達到質量要求，對吊裝和安裝精度提出了較高的要求。這不僅增加了施工的復雜性，也增加了預制構件的校正難度。

如果在安裝過程中構件位置出現偏差，則需投入大量人力和物力進行調整。特別是預制構件與現澆結構組合后，若發生偏差則再校正的難度更大，甚至沒有調整機會。為此，在裝配式建筑施工過程中，構件的安裝和吊裝應精益求精，在施工前仔細進行軸線定位和標高校驗工作，確保構件位置的準確性。此外，為了提高安裝和吊裝精度，安裝后應進行多次復核。通過這種綜合性的方法，能夠有效應對高精度要求，確保裝配式建筑施工的順利進行。

2.3 施工工序銜接緊密，導致協調難度大

在裝配式建筑施工過程中，各施工工序銜接緊密，導致協調難度較大。裝配式建筑施工過程中，所有施工工序都需要高度協同，才能提升施工效率。預制構件從加工、裝車運輸、進場，再到起重設備與吊具選擇、安裝、管線鋪設等眾多環節，環環相扣、緊密銜接。只有施工流程流暢，才能保證施工的順利進行。

雖然工序緊密銜接能夠提升施工效率，但給協調工作帶來了較大困難。例如：預制構件在運輸過程中出現問題，將直接影響構件的進場時間和安裝進程；安裝和吊裝過程中出現精度不高及位置偏差等問題，將直接影響后續工序的開展。因此在裝配式建筑施工中，不僅要求各工序之間高度配合，還要考慮整體施工協同性。

裝配式建筑施工是一項綜合、復雜程度高的工作，在裝配式建筑施工過程中，需要合理安排和協調各工序的先后順序，保障每個施工環節的質量和時效性，才能為工程順利完成奠定基礎[4-6]。

3 BIM 技術在裝配式建筑工程施工中的應用價值

3.1 提供信息數據共享平臺

BIM 技術能夠促進設計團隊、工程管理團隊和建造商等多個相關方之間的設計協同和數據共享。通過統一的數字平臺，各相關方可實時更新和分享設計信息，減少信息的丟失和誤解，提高設計的一致性和準確性。BIM 技術通過構建虛擬模型，使得在數字環境中構建和測試模塊化部件成為可能。設計團隊和施工團隊借助BIM 技術，能夠優化裝配式建筑的設計和施工流程，提前發現并解決問題，最大限度減少實際施工中的不確定性。施工模擬是BIM 技術的另一個重要應用方面。通過模擬整個施工過程，識別潛在沖突，優化施工進度和資源利用，為項目團隊提供在實際施工前預見和解決問題的機會，進而提高施工效率和質量[7]。

3.2 提升信息數據傳遞效率

通過構建設計和施工階段的一體化平臺，BIM 技術促進了設計團隊、工程管理團隊和施工團隊之間的緊密合作。BIM 軟件具備實時共享設計數據、設計和優化模塊化部件、施工模擬以及在線協作等功能，這些功能能夠消除信息傳遞的時間延遲，提高數據的準確性和一致性。通過實時更新和管理數字模型，項目團隊能夠更加高效地進行設計和施工。數字化文檔管理可以簡化文件的創建和共享程序，降低信息傳遞的時間和成本。

3.3 優化信息數據交互方式

充分發揮BIM 技術的可視化、信息共享和可追溯性等特性，建立信息平臺，實現信息數據的實時動態交互，協調項目各階段的精益建造和項目管理，確保工程項目的高效推進。在設計階段，BIM 技術通過可視化功能，呈現碰撞檢測分析結果，直觀展示裝配構件和設備管線之間的碰撞沖突。這不僅有助于提前識別潛在問題，減少設計失誤帶來的返工，而且為施工階段提供更準確的參照。

BIM 技術的實時更新功能，使項目管理人員能夠及時獲取最新的設計、施工和市場波動等信息，為項目的動態協同管理提供有力支持，促進團隊的決策速度和信息交互效率。在項目評價階段，BIM 技術的可追溯性對特定建材生產、質檢、審批、運輸及裝配等全過程進行歷史追溯成為可能，為項目管理的綜合評價提供全面的數據支持，有助于總結經驗和改進管理策略，提高項目的執行效能。

4 基于BIM 的裝配式建筑施工技術的應用

4.1 基于BIM的裝配式建筑施工技術

4.1.1 基于BIM的構件吊裝技術

構件吊裝是裝配式建筑施工中的關鍵環節。在裝配式建筑施工過程中，借助BIM 模型能夠確保預制構件在運輸和安裝時位置、尺寸及質量準確，提升施工精度。同時，還能通過監控實時數據，提升吊裝施工的安全性[8]。基于BIM 的裝配式建筑吊裝技術，主要應用于如下幾個方面：

1）裝配式構件檢測。基于BIM技術的裝配式構件檢測，通過數字化建筑信息模型，為確保構件精度提供高效而精準的解決方案。施工單位利用BIM 模型，在吊裝施工前全面檢測構件，確保其準確性。通過對比三維模型，可以快速識別設計與實際構件之間的差異，為施工精度的評估提供準確的數據支持。同時，BIM 技術能夠強化構件與設計模型之間的協同，促進設計與施工的緊密結合。

2）吊裝場地規劃。基于BIM 技術的吊裝場地規劃是通過Revit 軟件的1 : 1 模型構建功能和Naviswork 軟件的漫游動畫檢測功能，實現對裝配式建筑施工場地的精細化規劃。該方法考慮構件堆放、塔式起重機作業和材料加工等多個要素，確保施工空間充足，避免碰撞和吊裝困難。動態漫游動畫功能通過優化參數來提升場地布置的合理性，為吊裝施工創造安全和有序的環境。利用BIM 技術進行場地規劃，不僅提高了施工效率，降低了經濟損失的風險，而且為裝配式構件的順利吊裝奠定了堅實基礎。

3）吊裝施工模擬。基于BIM 技術的吊裝施工模擬是解決裝配式建筑施工中吊裝復雜性的創新性方法。構建精細的構件模型，輸入拆分方案，模擬不同的吊裝順序、路徑和角度，直觀評估各方案的實施效果，從中選取最優吊裝參數。這樣不僅能夠提前發現潛在問題，如碰撞或吊裝不精準等，還能避免吊裝失敗和返工，為施工方案的調整提供數據支持。這種高度可視化的模擬方法使吊裝施工過程更加可控，有助于提高施工效率、降低成本，提升裝配式建筑施工的精準度和可行性。

4.1.2 基于BIM的套筒灌漿技術

套筒灌漿技術是一種在裝配式建筑中連接構件的施工技術，通過在構件之間設置套筒并在套筒內部灌漿的方式，增強構件之間的連接強度和穩定性。套筒通常為鋼筒或其他材料制成的空心管道。此技術被廣泛用于連接框架結構、柱子和梁等裝配式建筑構件。將BIM 技術與裝配式建筑套筒灌漿技術相結合，可以在三維模型中精確設計套筒灌漿方案，模擬不同的灌漿情況，這樣有助于發現潛在問題，提前解決構件連接的設計和施工挑戰。項目團隊通過建立詳細的BIM 模型，模擬套筒灌漿的整個施工過程，確定最佳的施工順序、灌漿路徑和角度，優化施工流程、制訂施工計劃、提高施工效率。另外，通過BIM 技術，也能實現各團隊之間的協同工作，確保套筒灌漿設計與整體建筑設計的一致性，減少設計與施工過程中的信息不一致和錯誤。通過BIM 軟件的虛擬模擬功能，施工團隊能夠在實際施工前規劃和優化套筒灌漿過程，確保施工的效率和質量。

4.2 基于BIM的裝配式建筑施工技術在實際案例中的應用

案例為某住宅小區，總建筑面積為3001.45 m2，住宅樓設計為裝配式建筑，層數為7 層，在施工過程中應用BIM 技術來提高管理效率，提升施工質量。

4.2.1 生產階段的應用

根據調查研究和工程實踐經驗制訂科學合理的生產方案，是滿足預制構件現場吊裝需求和降低成本的核心步驟。為適應更高的生產管理要求，引入BIM 技術，使設計方與施工方緊密協作。通過BIM 技術，可以從云端文件中獲取詳細的尺寸、材料和規格等信息，從而制訂高度精細的生產方案。需要強調的是，BIM 模型可以在設計或施工單位調整預制構件參數的同時進行同步更新，確保各方基于最新的構件信息進行協同工作。此外，制訂生產方案是一個雙向協調的過程，并非簡單的文件傳遞。施工單位借助BIM 技術，可以根據生產進度及時調整施工計劃。同時，生產廠家也能根據施工進度，靈活調整生產方案，確保現場吊裝的順利執行。這種雙向協同的方式有助于提高整體協同效率，使生產方案更加靈活、高效，滿足項目的實際需求。

4.2.2 施工階段應用

通過BIM 技術，可以從中心文件中提取三維模型、構件深化圖紙和模具圖紙，詳細編輯主材和輔材，也可以根據物料清單（Bill of Materials，BOM）進行物資采購，還可以在正式施工前，利用三維模型進行構件的吊裝模擬，根據評價指標及時優化吊裝方案，完善相應的應急預案。這一整合方法不僅能夠提高施工管理的精準性和高效性，還有助于降低決策風險，增強生產過程的可控性。例如：在預制板吊裝過程中，應用BIM 技術能夠模擬預制板的吊裝過程，確定最佳的吊裝路徑和角度，優化施工順序；利用BIM 軟件的沖突檢測功能，可以在設計階段發現潛在問題，如結構沖突或吊裝設備碰撞等。此外，BIM 模型中包含的信息可用于實時監控吊裝進度以及材料利用等，進而提升施工管理水平。

BIM 技術在預制樓梯連接中也發揮了重要作用。在本項目的預制樓梯結構中，預制梯段與梯梁的連接節點采用高端支承為固定鉸支座，低端支承為滑動鉸支座，以確保連接的靈活性。在連接部位，樓梯梯段設計了預留孔，用于安裝C 級螺栓，以實現與梯梁的可靠連接。螺栓下端設置有鋼筋錨固板，并輔以孔邊加強筋，以提高連接的牢固性和穩定性。為了有效填充連接空隙并增強連接的整體性，梯段與梯梁水平縫隙處采用水泥砂漿進行鋪設，確保連接部位牢固無縫。在高端梯段與梯梁垂直縫隙之間，采用聚苯板進行填充，提供優良的隔熱和隔音效果，同時增加結構的絕緣性能。而在低端梯段與梯梁垂直縫隙之間，則不進行填充材料，以保持連接的柔性和可調性。

5 結語

在建筑領域中，裝配式建筑施工技術是一種新型施工技術，該技術通過在工廠內制造構件、在施工現場進行安裝，有效縮短施工時間。本文探討了如何將BIM 技術應用于裝配式建筑施工，以期為裝配式建筑的施工提供參考，為BIM 技術應用范圍的擴大做出貢獻。