BIM技術(shù)在裝配式建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用

錢甜甜

傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目施工中，施工團(tuán)隊(duì)多會(huì)現(xiàn)場(chǎng)配比混凝土進(jìn)行澆筑。而裝配式建筑施工則不同，它會(huì)提前設(shè)計(jì)與生產(chǎn)混凝土建筑構(gòu)件，在正式施工后，由施工團(tuán)隊(duì)直接將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配。例如，陽臺(tái)、立柱、隔板梁等重要建筑構(gòu)件均可通過裝配式進(jìn)行拼裝，縮短了施工周期，節(jié)約了施工當(dāng)中的人力支出。

將建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)融入裝配式建筑項(xiàng)目中，可在設(shè)計(jì)階段、構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)造、施工階段、預(yù)制構(gòu)件安裝、碰撞檢測(cè)以及運(yùn)營維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，全面提高建筑的建設(shè)質(zhì)效。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)又稱建筑信息模型，在構(gòu)建模型時(shí)，工作人員將建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為模型基礎(chǔ)，憑借數(shù)字信息仿真模擬建筑物的真實(shí)信息。目前，此項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到建筑項(xiàng)目全過程管理中，貫穿項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)到建造運(yùn)營的整個(gè)施工周期。

在建設(shè)實(shí)踐中，施工團(tuán)隊(duì)可用BIM技術(shù)為支撐，有效收集建筑工程項(xiàng)目的屬性信息，構(gòu)建建筑模型，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工以及后續(xù)運(yùn)營等提供數(shù)據(jù)參考與指導(dǎo)。在應(yīng)用實(shí)踐中，此項(xiàng)技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等技術(shù)特點(diǎn)[1]。

（1）可視化。BIM 技術(shù)可將過往線條式的構(gòu)件以三維立體實(shí)物圖形的形式呈現(xiàn)出來，于構(gòu)件間實(shí)現(xiàn)互動(dòng)性與反饋性的可視效果。在裝配式建筑施工模型中，整個(gè)過程的可視化程度高，可視化結(jié)果能夠以效果圖或者報(bào)表的形式呈現(xiàn)。此外，在裝配式建筑設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，均可在可視化情境下進(jìn)行溝通、互動(dòng)、研討與決策。

（2）協(xié)調(diào)性。在傳統(tǒng)的裝配式建筑施工中，各部門間的溝通與協(xié)調(diào)難度較大。一旦溝通不充分，便會(huì)出現(xiàn)施工沖突，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際施工存在出入，影響施工設(shè)計(jì)方案的落實(shí)質(zhì)效。將此項(xiàng)技術(shù)融入裝配式建筑施工中，能夠促進(jìn)各部門間的協(xié)調(diào)溝通，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)。例如，在碰撞檢測(cè)中，設(shè)計(jì)人員和施工人員可借助BIM 技術(shù)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖中的不足，及時(shí)著手設(shè)計(jì)圖的修改工作，降低后續(xù)施工中的返工風(fēng)險(xiǎn)。

（3）模擬性。BIM 技術(shù)可模仿、虛擬整個(gè)建筑施工全過程。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員可運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能模擬、日照模擬；項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，施工團(tuán)隊(duì)可運(yùn)用BIM 技術(shù)模擬工程施工過程；運(yùn)維管理階段，管理人員可進(jìn)行地震模擬、火災(zāi)緊急疏散模擬等。

（4）優(yōu)化性。裝配式建筑工程施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的工程文件，若管理不當(dāng)導(dǎo)致原文件丟失，不利于后續(xù)施工。引入BIM 技術(shù)后，能夠?qū)⑽募芾砣藛T從傳統(tǒng)的人工管理模式中解脫出來，優(yōu)化并豐富了文件管理形式。例如，管理人員可將文件以音像、圖文等多元化形式存儲(chǔ)起來，出現(xiàn)施工問題后，施工人員可第一時(shí)間調(diào)取信息，并制訂優(yōu)化方案，有效解決問題。

（5）可出圖性。與傳統(tǒng)的建筑圖紙相比，BIM 技術(shù)可出圖性優(yōu)勢(shì)較為明顯。此項(xiàng)技術(shù)在裝配式建筑工程建模中的應(yīng)用，能夠?qū)ㄖＰ蛯?shí)施全方位展示、協(xié)調(diào)、優(yōu)化與模擬操作，實(shí)現(xiàn)高效出圖。常見圖紙包含綜合管線圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、碰撞檢測(cè)報(bào)告以及相應(yīng)的改進(jìn)方案等。

2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 實(shí)現(xiàn)施工過程模擬化

BIM 技術(shù)可以裝配式建筑技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，在電腦中實(shí)現(xiàn)建筑建造全過程，為建筑團(tuán)隊(duì)營造虛擬化的施工環(huán)境，全方位模擬裝配式建筑的建設(shè)周期。同時(shí)，建設(shè)團(tuán)隊(duì)可在模擬情境下及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配式建筑施工中潛在的問題，強(qiáng)化技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員以及施工人員等建設(shè)參與主體間的溝通與交流，全面優(yōu)化工程設(shè)計(jì)、工程施工與后續(xù)運(yùn)營，從而減少項(xiàng)目建設(shè)中的質(zhì)量隱患，降低建設(shè)成本，提高裝配式建筑的施工質(zhì)效。

2.2 設(shè)計(jì)可出圖性高

在建筑信息模型支撐下，建設(shè)參與方可全方位了解建筑施工全過程，動(dòng)態(tài)掌握裝配式建筑項(xiàng)目各個(gè)部分的構(gòu)造、配件與施工環(huán)節(jié)。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員已將建筑各項(xiàng)參數(shù)輸入模型，當(dāng)建設(shè)參與方需要單個(gè)構(gòu)件或建筑模塊時(shí)，便可快速調(diào)出相關(guān)圖紙。此外，以BIM 技術(shù)為支撐，施工團(tuán)隊(duì)可在模型基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)整改，規(guī)避了重復(fù)性、機(jī)械性的檢修工作。在設(shè)計(jì)施工圖紙出圖環(huán)節(jié)，可以減少設(shè)計(jì)人員反復(fù)修改，不僅提高了設(shè)計(jì)效率，還提升了預(yù)埋套管圖與管線綜合圖的出圖速度[2]。

2.3 施工環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)性強(qiáng)

與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑建設(shè)中，施工團(tuán)隊(duì)需在現(xiàn)場(chǎng)組裝建筑各部分構(gòu)件，對(duì)施工技術(shù)人員協(xié)作性提出了較高要求。傳統(tǒng)建筑施工過程中，一個(gè)工序完成后方可開啟下一個(gè)工序，因此施工團(tuán)隊(duì)只需協(xié)調(diào)好關(guān)聯(lián)工序即可。裝配式建筑項(xiàng)目多會(huì)提前進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，并將構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)組裝，縮短了施工周期，且強(qiáng)化了預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)組裝等各個(gè)環(huán)節(jié)間的配合，規(guī)避了后期操作中的各種問題，節(jié)省了工程建設(shè)成本，提高了裝配式建筑的施工效率。

2.4 提升圖紙可視化水平

傳統(tǒng)建筑模式下，施工圖紙多為二維平面形式，三維立體效果欠佳且缺乏精準(zhǔn)性。裝配式建筑多以“搭積木”的形式完成建筑施工過程，設(shè)計(jì)人員在初始階段即可清晰了解每個(gè)施工模塊與施工環(huán)節(jié)。融入BIM 技術(shù)后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可借助該技術(shù)的三維設(shè)計(jì)功能，全面提升施工圖紙的精確性、指導(dǎo)性與可靠性，施工人員可精準(zhǔn)掌握建筑設(shè)計(jì)、施工、后期運(yùn)營等各個(gè)環(huán)節(jié)的情況，提高裝配效率，降低施工難度，取得良好的施工效果。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑項(xiàng)目各階段的應(yīng)用

3.1 裝配式建筑前期的應(yīng)用

3.1.1 建立標(biāo)準(zhǔn)化族庫

將BIM 技術(shù)融入裝配式建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)前，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合建筑中的各個(gè)構(gòu)件搭設(shè)三維仿真模型，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)預(yù)埋件埋設(shè)、孔洞預(yù)留、鋼筋下料長(zhǎng)度等參數(shù)。在構(gòu)件組裝拼接前，施工團(tuán)隊(duì)需開展模型碰撞檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)中的不當(dāng)之處，制訂修改方案。以上工作的順利進(jìn)行，均離不開相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐。因此，施工團(tuán)隊(duì)需以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建裝配式標(biāo)準(zhǔn)化族庫，有效設(shè)計(jì)不同規(guī)格、型號(hào)、用途的構(gòu)件。此外，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合設(shè)計(jì)需求從標(biāo)準(zhǔn)化族庫中調(diào)用組件，順利完成參數(shù)調(diào)整與構(gòu)件拼裝，高效構(gòu)建裝配式建筑三維實(shí)體模型。由于BIM 技術(shù)構(gòu)建的裝配式建筑模型并不能全面滿足深化設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)人員可利用Revit 軟件設(shè)計(jì)各類構(gòu)件族，優(yōu)化構(gòu)件結(jié)構(gòu)，對(duì)參數(shù)化節(jié)點(diǎn)實(shí)施配筋操作，從而建立完善的標(biāo)準(zhǔn)化族庫[3]。

3.1.2 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

為順利構(gòu)建裝配工程仿真模型，設(shè)計(jì)人員可從BIM 建模軟件平臺(tái)收集建筑項(xiàng)目信息，仔細(xì)對(duì)比分析建筑工程與建模軟件中各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)之間的差距，以此判斷裝配環(huán)節(jié)的合理性以及建筑工程項(xiàng)目預(yù)設(shè)參數(shù)的科學(xué)性，確定數(shù)據(jù)參數(shù)無誤后，方可進(jìn)入軟件模型分析流程。此外，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合傳統(tǒng)平面圖紙繪制立體三維模型，并將施工現(xiàn)場(chǎng)勘查收集到的真實(shí)環(huán)境信息融入模型中，防止設(shè)計(jì)誤差。憑借三維設(shè)計(jì)圖，施工團(tuán)隊(duì)可直觀模擬工程建設(shè)中的各項(xiàng)參數(shù)信息，在對(duì)比圖紙與參數(shù)信息的基礎(chǔ)上，構(gòu)建指導(dǎo)性強(qiáng)的建筑模型，推動(dòng)后續(xù)裝配工作的順利進(jìn)行[4]。

3.1.3 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)與運(yùn)輸

預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑中的核心建材，其質(zhì)量直接影響到建筑設(shè)計(jì)與施工成效。因此，裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)尤為重要。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需積極與生產(chǎn)廠家交流互動(dòng)，確保生產(chǎn)廠家嚴(yán)格規(guī)范生產(chǎn)流程，防止預(yù)制構(gòu)件出現(xiàn)生產(chǎn)失誤。在構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)節(jié)，運(yùn)輸單位可強(qiáng)化BIM 信息系統(tǒng)與構(gòu)件管理系統(tǒng)間的聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，并幫助生產(chǎn)者與建筑項(xiàng)目施工單位動(dòng)態(tài)管理預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸。此外，施工團(tuán)隊(duì)可通過BIM 技術(shù)模擬功能預(yù)演預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸流程，合理規(guī)避裝載、裝配過程的突發(fā)性問題。

3.1.4 構(gòu)件預(yù)拼裝檢驗(yàn)

在正式生產(chǎn)裝配式預(yù)制構(gòu)件前，生產(chǎn)廠商可通過3D 打印技術(shù)打印并試制三維實(shí)體構(gòu)件，將構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝。在裝配式建筑施工環(huán)節(jié)，會(huì)涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣以及暖通等不同專業(yè)的施工。通過BIM 技術(shù)構(gòu)建裝配式建筑三維實(shí)體仿真模型后，施工團(tuán)隊(duì)可著手各個(gè)施工類別的構(gòu)件碰撞測(cè)驗(yàn)與錯(cuò)誤檢查工作，檢驗(yàn)內(nèi)容涵蓋設(shè)計(jì)方案管線布置、建筑結(jié)構(gòu)平面布置以及豎向高程方案協(xié)調(diào)等。若存在管線重疊、交接或者管線與建筑間距離過大等問題，則會(huì)增加裝配式建筑施工中的安全隱患。因此，施工團(tuán)隊(duì)可結(jié)合檢驗(yàn)中存在的問題生成總結(jié)性的模擬報(bào)告，并制訂調(diào)整與優(yōu)化方案，防止構(gòu)件拼裝中出現(xiàn)交叉、碰撞以及疊加等情況。

3.2 裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

3.2.1 模擬施工過程

在裝配式建筑施工過程的模擬環(huán)節(jié)，建設(shè)團(tuán)隊(duì)可通過BIM 技術(shù)模擬構(gòu)件裝配以及預(yù)制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配式建筑施工中的問題，制訂整改方案，提高裝配式施工的安全性。例如，在裝配式預(yù)制構(gòu)件的吊裝環(huán)節(jié)，施工團(tuán)隊(duì)可利用BIM 軟件制訂完善的吊裝方案，并與施工方案融合構(gòu)建管理模型，全面管控構(gòu)件屬性與吊裝進(jìn)度[5]。在模擬裝配式建筑施工過程中，施工團(tuán)隊(duì)可將施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地模型數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)以及裝配式建筑施工計(jì)劃等錄入BIM 軟件中，由軟件動(dòng)態(tài)執(zhí)行施工節(jié)點(diǎn)的裝配內(nèi)容，強(qiáng)化不同節(jié)點(diǎn)裝配作業(yè)間的銜接，生成裝配式建筑施工動(dòng)畫，方便一線施工人員在施工前進(jìn)行施工預(yù)演，并結(jié)合施工中的問題針對(duì)性地調(diào)整施工計(jì)劃。

3.2.2 裝配式建筑材料管理

為推動(dòng)建設(shè)工作順利進(jìn)行，施工單位需緊密連接裝配式建筑構(gòu)件預(yù)制、運(yùn)輸、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，避免在施工場(chǎng)地內(nèi)堆積大量的施工材料與預(yù)制構(gòu)件，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)與儲(chǔ)存環(huán)境。因此，可將BIM 技術(shù)與裝配式建筑材料管理相融合，保障施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件的充足性。此外，施工團(tuán)隊(duì)可借助BIM 技術(shù)預(yù)演裝配式建筑的施工過程，確定施工中所需的預(yù)制構(gòu)件量，為生產(chǎn)單位采購原材料、運(yùn)輸單位制訂運(yùn)輸計(jì)劃等提供數(shù)據(jù)支撐，規(guī)避了施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件或建筑材料的積壓?jiǎn)栴}。在材料驗(yàn)收環(huán)節(jié)，BIM 技術(shù)可為管理人員提供全面的構(gòu)件信息、原材料采購方案等數(shù)據(jù)信息，幫助管理人員對(duì)比材料采購計(jì)劃、構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃以及現(xiàn)場(chǎng)施工計(jì)劃，動(dòng)態(tài)跟進(jìn)材料的使用與損耗情況，確保裝配式建筑原材料管理工作順利進(jìn)行[6]。

3.3 裝配式建筑運(yùn)維階段的應(yīng)用

3.3.1 運(yùn)維管理

BIM 運(yùn)維管理體系擁有一套集成項(xiàng)目全生命周期信息的數(shù)據(jù)庫，可合理規(guī)避傳統(tǒng)運(yùn)維管理模式中實(shí)效性差的問題，方便管理者及時(shí)獲取、整改與管理各個(gè)建筑階段的數(shù)據(jù)信息。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑運(yùn)維環(huán)節(jié)，可提升管理的可視化水平。在BIM 運(yùn)維管理體系內(nèi)涵蓋了各類信息共享平臺(tái)，裝配式建筑項(xiàng)目各建設(shè)主體可同步了解建筑項(xiàng)目?jī)?nèi)的各類信息，避免因人為因素導(dǎo)致信息丟失或信息模糊等問題，實(shí)現(xiàn)信息的交換與共享，減少信息傳遞中的時(shí)間消耗。此外，借助BIM 可視化操作平臺(tái)，運(yùn)維管理人員可直觀、全面掌握裝配式建筑各項(xiàng)業(yè)務(wù)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控，結(jié)合發(fā)現(xiàn)的問題制訂針對(duì)性的整改方案，從整體上提高運(yùn)維管理的精細(xì)化水平。

3.3.2 裝配式建筑設(shè)備故障檢修

BIM 技術(shù)可將建筑設(shè)計(jì)與施工圖紙中的二維裝配式建筑結(jié)構(gòu)以三維可視化形式展現(xiàn)出來，施工人員可直觀查看預(yù)制構(gòu)件間的聯(lián)系，全面掌握裝配式建筑中給排水、電氣以及暖通等隱蔽性的建設(shè)信息。在建筑設(shè)備出現(xiàn)故障后，便可通過BIM 軟件的三維實(shí)體仿真模型找出故障設(shè)備點(diǎn)，制訂檢修方案，提高設(shè)備檢修的針對(duì)性。

3.3.3 應(yīng)急綜合管理

BIM 平臺(tái)中包含豐富的裝配式建筑項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)管理資料，施工團(tuán)隊(duì)可將其作為應(yīng)急綜合管理依據(jù)。例如，為防止建筑施工中的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，施工團(tuán)隊(duì)可從BIM軟件中提取出綜合性資料，分析工程施工中的火災(zāi)隱患，標(biāo)記出建筑工程施工中的高危地區(qū)，做好火災(zāi)排查工作?；馂?zāi)發(fā)生后，施工團(tuán)隊(duì)則可借助BIM 軟件精準(zhǔn)定位火災(zāi)地點(diǎn)，及時(shí)開展撲救工作，將火災(zāi)造成的負(fù)面影響降到最低。

3.3.4 綠色運(yùn)維管理

施工團(tuán)隊(duì)可在BIM 技術(shù)輔助下，有序開展裝配式建筑施工綠色運(yùn)維管理，實(shí)時(shí)跟進(jìn)與管控建筑施工中的物料、能源使用與消耗情況。若能源或者建材消耗量超出預(yù)定范圍，則可分析BIM 模型數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)，找出能耗原因，有序調(diào)整施工方案，優(yōu)化施工工藝，助力綠色裝配式建筑施工的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

目前，裝配式建筑憑借節(jié)能、施工周期短、節(jié)約施工成本等諸多優(yōu)勢(shì)，成為未來建筑工程的重要發(fā)展方向。在實(shí)際施工中，施工團(tuán)隊(duì)需將BIM 技術(shù)全面融入施工前期工作、施工過程與運(yùn)維管理等環(huán)節(jié)，制訂完善的融合方案，以此全面賦能BIM 技術(shù)，助力裝配式建筑朝著現(xiàn)代化、節(jié)能化、高效化方向發(fā)展。