淺析BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

劉亞楠+楊柯紅+王亞利

摘要：裝配式建筑進(jìn)軍“一帶一路”，奠定了現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。裝配式建筑構(gòu)件進(jìn)行工廠標(biāo)準(zhǔn)化大規(guī)模生產(chǎn)，符合標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)的要求，且工期短，污染少。而BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，則給行業(yè)帶來了新方向。文章針對(duì)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化處理、異形構(gòu)件處理、構(gòu)件偏差處理以及碰撞處理，淺談BIM在建筑中的應(yīng)用價(jià)值，并提出了建議。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；BIM；預(yù)制構(gòu)件

0引言

裝配式建筑，是指建筑中的構(gòu)件由設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)完成后，將所需構(gòu)件的各種參數(shù)，包括尺寸規(guī)格、材料、施工工藝等發(fā)給工廠，由工廠加工后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放線、吊裝，同時(shí)這種“搭積木”方式建成的房子需要進(jìn)行良好搭接，現(xiàn)階段主要通過鋼筋插口的緊密咬合，并澆筑混凝土做到雙重保險(xiǎn)，所以裝配式結(jié)構(gòu)是比較安全的。除此之外，裝配式建筑較為符合綠色建筑的要求，建筑構(gòu)件進(jìn)入工廠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，粉塵污染由工廠保證處理，避免在施工現(xiàn)場(chǎng)造成粉塵堆積，揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重等狀況。

裝配式建筑進(jìn)軍“一帶一路”，奠定了現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。而裝配式建筑曾在上世紀(jì)應(yīng)用過，但是由于當(dāng)時(shí)施工技術(shù)、施工材料、施工手段的局限性，并未得到廣泛的發(fā)展。如今新技術(shù)、新材料、新施工工具的出現(xiàn)以及BIM的開發(fā)應(yīng)用，給裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來了新的希望。尤其是BIM技術(shù)，通過一系列三維軟件的運(yùn)用，針對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)、進(jìn)度管理、現(xiàn)場(chǎng)施工等方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的全壽命周期的管理。文章著重從以下幾個(gè)方面入手，展示BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

1.1裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化處理

裝配式建筑的核心是建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)省建筑施工時(shí)間。設(shè)計(jì)人員在BIM平臺(tái)中構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件（如梁、板、柱、樓梯等）的“族”，現(xiàn)階段裝配式建筑主要用于居住類建筑，應(yīng)適當(dāng)增加廳式住房的模塊，嚴(yán)格按照《建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ2-86）（例如，廳式住房中開間、進(jìn)深必須符合3M的倍數(shù)）的規(guī)定，制定相應(yīng)構(gòu)件的尺寸和形狀。

1.2裝配式建筑異形構(gòu)件處理

當(dāng)今社會(huì)，建筑不再趨同化，而是注重個(gè)性，標(biāo)新立異，但這并不符合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化大生產(chǎn)的要求，也是裝配式建筑面臨的重大考驗(yàn)。異形建筑（異形構(gòu)件）在裝配式建筑中很少應(yīng)用，主要是因?yàn)楫愋螛?gòu)件圖紙復(fù)雜、獨(dú)一無二，需單獨(dú)繪制，且各種軟件不能共享、受力問題（不能機(jī)械的應(yīng)用程序軟件計(jì)算）等。而BIM技術(shù)可以在這方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化：

①增加裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的“族”庫，即對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)，將所需的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，保證BIM設(shè)計(jì)中的所有設(shè)計(jì)參數(shù)值能夠在一個(gè)界面上運(yùn)行，形成不同設(shè)計(jì)單體（施工圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)計(jì)）成果，這樣可以減少時(shí)間，同時(shí)在一個(gè)模塊里面進(jìn)行更改，減少了各個(gè)部門之間的摩擦，提高效率。

②針對(duì)異形構(gòu)件的受力問題，借助于BIM技術(shù)平臺(tái)中ANSYS的CFD分析功能，結(jié)合已經(jīng)輸入BIM信息庫的裝配式構(gòu)件的搭接形式等，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算，既精確又高效。

1.3裝配式建筑構(gòu)件偏差處理

裝配式建筑需要分隔各構(gòu)件，小型構(gòu)件，如踏步板：中型構(gòu)件，如預(yù)制樓梯中的平臺(tái)梁，平臺(tái)板：大型構(gòu)件，如預(yù)制整個(gè)樓梯等，由工廠生產(chǎn)，然后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝拼接，不可避免發(fā)生一些碰撞、彎曲破壞，導(dǎo)致構(gòu)件尺寸的偏差，影響施工質(zhì)量。

裝配式建筑在安裝過程中尤其注意外露鋼筋的位置、長(zhǎng)度以及垂直度，因?yàn)殇摻钍墙ㄖ?gòu)件的主要受力點(diǎn)，且外露鋼筋的搭接關(guān)系著整個(gè)建筑的整體性能的優(yōu)劣。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鋼筋中心位置的允許偏差為+3mm，外露長(zhǎng)度為+10mm。但正是因?yàn)檫@樣的偏差，若建筑面積較大，會(huì)影響建筑預(yù)留孔洞的空間，嚴(yán)重時(shí)可影響建筑構(gòu)件的搭接，出現(xiàn)質(zhì)量問題?，F(xiàn)階段利用BIM技術(shù)可以很好地處理這些問題。定期將現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)（注明偏差值）通過RFID技術(shù)輸入BIM平臺(tái)中，評(píng)定施工質(zhì)量，并根據(jù)BIM平臺(tái)反饋的真實(shí)信息，利用VR（Virtual Reality）技術(shù)，模擬真實(shí)的拼接狀況，將形成的誤差反饋到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員根據(jù)得到的信息，進(jìn)行偏心等計(jì)算，驗(yàn)算是否能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求及外觀要求。

1.4裝配式建筑構(gòu)件碰撞處理

裝配式建筑構(gòu)件由工廠到施工現(xiàn)場(chǎng)，通常需要進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)需要將大型構(gòu)件進(jìn)行分割，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、拼接。在吊裝之前需檢查各類構(gòu)件的類型、編號(hào)及外形尺寸等，并將相應(yīng)信息植入RFID芯片，全程監(jiān)控。在傳統(tǒng)建筑構(gòu)件拼接過程中，不可避免地就會(huì)發(fā)生一些構(gòu)件碰撞，主要是因?yàn)椋?/p>

①各種設(shè)計(jì)軟件之間的數(shù)據(jù)輸出格式不能相互運(yùn)用，建筑、電氣等施工人員按照各自施工圖進(jìn)行施工，可能導(dǎo)致構(gòu)件受力薄弱位置放置荷載較重構(gòu)件，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

②建筑結(jié)構(gòu)允許偏差造成的碰撞。例如，梁和柱子的搭接問題，預(yù)制構(gòu)件預(yù)留外漏鋼筋進(jìn)行搭接，澆筑混凝土加固。但是，由于施工中偏差的存在，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安裝放線時(shí)產(chǎn)生碰撞。

③建筑安裝施工順序造成的碰撞。大型構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，作業(yè)空間較為狹窄。

上述碰撞問題，現(xiàn)階段利用BIM可以提前做出處理，減少不必要的碰撞發(fā)生。

①BIM可通過仿真模擬建筑外形、結(jié)構(gòu)、給排水以及電氣施工真實(shí)信息，形成三維立體構(gòu)成圖，在施工前，通過navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查，一旦發(fā)生碰撞問題，可以及時(shí)反映給設(shè)計(jì)單位，各設(shè)計(jì)專業(yè)可以針對(duì)這一個(gè)模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)商討，提出較為合理的解決方案。

②結(jié)合RFID芯片，根據(jù)施工進(jìn)程，向BIM同步輸入吊裝、安裝的施工現(xiàn)場(chǎng)信息，針對(duì)出現(xiàn)的偏差現(xiàn)象及時(shí)作出分析，調(diào)整。

③利用BIM4D技術(shù)，對(duì)裝配式建筑施工程序進(jìn)行演示，根據(jù)模擬情況，預(yù)留相應(yīng)的孔洞，避免后期鉆孔對(duì)建筑造成的損傷。

2提出建議

對(duì)于裝配式建筑，在工廠需要進(jìn)行大量建筑構(gòu)件的預(yù)制，在施工現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)各種預(yù)制建筑構(gòu)件進(jìn)行吊裝和拼接，如中、大型墻體、柱子、梁等的吊裝和拼接。無論在構(gòu)件預(yù)制的工廠，還是現(xiàn)場(chǎng)的施工吊裝、拼接，都很容易發(fā)生人員傷亡等大型事故。因此，裝配式建筑隊(duì)作業(yè)人員素質(zhì)要求較高。為了減少傷亡事故的發(fā)生，可以通過BIM技術(shù)中的VR虛擬現(xiàn)實(shí)，在建筑作業(yè)前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行裝配式建筑的全面安全教育。

此外通過一系列三維軟件構(gòu)建裝配式建筑的綜合模型，形成可識(shí)圖的視覺效果，然后利用VR技術(shù)，通過施工人員自身視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，以及其形體、手勢(shì)等，參與到建筑施工信息處理的環(huán)境中去，身臨其境。這樣不僅能讓施工人員切實(shí)的體驗(yàn)施工環(huán)境，掌握施工要素，而且VR技術(shù)可以模擬出一些施工中錯(cuò)誤范例及產(chǎn)生的不良后果，給施工人員予以震懾，提高施工質(zhì)量。

3結(jié)束語

裝配式構(gòu)件在上世紀(jì)建筑設(shè)計(jì)中未被廣泛應(yīng)用與其自身的造價(jià)高有一定的關(guān)聯(lián)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝配式建筑的造價(jià)，平均每平米要比現(xiàn)澆建筑貴200到300元左右。而造價(jià)成本主要依托生產(chǎn)規(guī)模，只要建設(shè)量達(dá)到一定的規(guī)模，生產(chǎn)部件工業(yè)化大批量生產(chǎn)，成本就會(huì)總體降下來，因此要把握“一帶一路”這個(gè)契機(jī)。通過BIM技術(shù)，充分展示裝配式結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)選擇上的優(yōu)勢(shì)，形成一定的規(guī)模，不僅大大減少施工時(shí)間，提高效率，而且降低造價(jià)，成為性價(jià)比較高的建筑形式。endprint