BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究

陳麗，徐斌

（紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 引言

為使全國建筑業(yè)可以綠色健康持續(xù)發(fā)展，國家相關(guān)部門出臺了各種關(guān)于大力推廣裝配式建筑的政策，并加大政策的宣傳力度，這些政策從國家層面為裝配式建筑的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。建筑信息技術(shù)是發(fā)展裝配式建筑必要的技術(shù)支承。BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，通過BIM技術(shù)對裝配式建筑進行全專業(yè)一體化設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)、智能化建造、裝配化施工、一體化裝修以及信息化運營等。在保證建筑質(zhì)量的同時，提高建設(shè)效率，有效降低建設(shè)成本，有效節(jié)約建設(shè)資源，有效控制環(huán)境污染，從而促使整個建筑業(yè)的綠色、健康發(fā)展。

2 相關(guān)概念

2.1 BIM技術(shù)

BIM即Building Information Modeling，是技術(shù)的一個集成平臺。通過該技術(shù)集成平臺，組建一種多維的信息模型，使建設(shè)項目的所有參與方參與規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修、管理和運營等階段，從根本上改變了從業(yè)人員依靠符號文字和形式圖紙進行項目建設(shè)和運營管理的工作方式。在工程的各個階段做到可視化模擬以及數(shù)據(jù)化、信息化描述，同時各個專業(yè)之間協(xié)同工作。預(yù)先模擬復(fù)雜節(jié)點連接，檢測碰撞等全新運作，實現(xiàn)了在建項目全生命周期內(nèi)提高工作效率和質(zhì)量、減少錯誤和降低風險的目標。整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的完善，為實現(xiàn)裝配式建筑提供了一定的技術(shù)支撐。

2.2 裝配式建筑

裝配式建筑是指建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)以及內(nèi)裝系統(tǒng)的全部構(gòu)件或部分構(gòu)件采用預(yù)制形式，然后把各個預(yù)制構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過可靠連接各類預(yù)制構(gòu)件而建成的建筑。裝配式建筑是具有設(shè)計標準化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工裝配化、裝修一體化和管理信息化“五化一體”的建筑。裝配式建筑減少了施工現(xiàn)場的澆筑作業(yè)量，有效節(jié)約了勞動力資源，施工現(xiàn)場干凈整潔，符合綠色建筑的要求[1]。裝配式建筑是一次產(chǎn)業(yè)變革，從傳統(tǒng)的分割式模式轉(zhuǎn)型升級為全產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)模式。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用舉例

3.1 國內(nèi)應(yīng)用情況

在大數(shù)據(jù)時代發(fā)展趨勢下，建筑信息化與裝配式建筑互融發(fā)展，依托信息技術(shù)集成平臺，區(qū)別于傳統(tǒng)建筑業(yè)的操作模式，實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)鏈共享信息平臺，推動裝配式建筑的健康發(fā)展。例如，紹興某政府項目為鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑，建設(shè)方在項目中采用BIM技術(shù)對項目的各個階段進行信息化管理。通過BIM平臺進行可視化模型建設(shè)，復(fù)雜節(jié)點進行模擬預(yù)拼裝，再把模型數(shù)據(jù)輸入生產(chǎn)車間設(shè)備，模型數(shù)據(jù)化直接導(dǎo)入生產(chǎn)設(shè)備，避免了人為輸入易出錯的情況發(fā)生，而且生產(chǎn)出來的構(gòu)件都有二維碼標識。當構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，施工人員可以通過云端平臺掃描構(gòu)件上的二維碼，獲取構(gòu)件設(shè)計、加工和運輸信息，控制構(gòu)件質(zhì)量，提高施工進度。又如趙巷鎮(zhèn)地塊商品住宅項目，通過BIM技術(shù)進行施工流程的方案模擬并進行優(yōu)化設(shè)計，PC構(gòu)件內(nèi)的鋼筋提前做碰撞檢測，以減少鋼筋的浪費。PC構(gòu)件之間預(yù)先進行可視化模擬拼裝，實現(xiàn)各PC構(gòu)件之間的無差錯安裝。通過協(xié)同平臺，機電模型與結(jié)構(gòu)模型進行碰撞檢查，修改后實現(xiàn)優(yōu)化出圖[2]。

3.2 國外應(yīng)用情況

美國的住宅建設(shè)以極其發(fā)達的工業(yè)化水平為背景，具有各產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展和勞動生產(chǎn)率高的特點。美國住宅使用的構(gòu)件和部品的標準化、系列化、專業(yè)化、商品化和社會化程度很高，幾乎達到100%。美國住宅的主要結(jié)構(gòu)形式有木結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式推動了工業(yè)化的迅速發(fā)展。2012年，美國建筑企業(yè)采用三維協(xié)同設(shè)計比例值達到71%。美國政府通過頒布一系列BIM指導(dǎo)與實施標準推動BIM技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化建筑中[3]。日本的工業(yè)化住宅主要通過政府強力推進實現(xiàn)，大力推動住宅標準化建設(shè)，建立優(yōu)良住宅部品認定制度等。日本住宅主體結(jié)構(gòu)以預(yù)制裝配式混凝土PC結(jié)構(gòu)為主，在多層住宅中大量采用鋼結(jié)構(gòu)集成住宅、模塊化建筑和木結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了住宅的高度裝配化和集成化。2008年以來，BIM技術(shù)被應(yīng)用于建筑業(yè)的可視化和三維協(xié)同設(shè)計中[4]。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的應(yīng)用及方法

4.1 BIM技術(shù)與標準化設(shè)計

通過BIM技術(shù)建立裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件庫的BIM模型，以數(shù)字和圖形形式表示這些構(gòu)件的信息，用BIM平臺進行智能化控制：根據(jù)裝配式建筑部品部件的用途和使用位置進行分類，統(tǒng)計數(shù)量和規(guī)格，逐步形成標準化的預(yù)制構(gòu)件庫[5]，為標準化設(shè)計積累素材。BIM技術(shù)還可通過可視化設(shè)計和信息化管理對裝配式建筑中的預(yù)制構(gòu)件進行精細化拆分設(shè)計，對預(yù)制構(gòu)件的類型和數(shù)量進行優(yōu)化設(shè)計。

通過協(xié)同設(shè)計使各專業(yè)在同一平臺上預(yù)先進行可視化模擬建造，使建筑中各類管線鋪設(shè)、結(jié)構(gòu)高度和室內(nèi)環(huán)境等相互協(xié)調(diào)，避免碰撞，提前打通裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈。

4.2 BIM技術(shù)與工業(yè)化生產(chǎn)

BIM信息化技術(shù)把裝配式建筑的預(yù)制部品部件以圖形和數(shù)據(jù)化信息導(dǎo)入工廠自動生產(chǎn)設(shè)備中。設(shè)備可以自動生成構(gòu)件材料清單和下料單等，并通過可視化表達幫助工人更好地理解設(shè)計意圖。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以縮短構(gòu)件生產(chǎn)循環(huán)時間，使“拉動式生產(chǎn)系統(tǒng)”成為可能。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，還可以降低工廠優(yōu)化和深化設(shè)計費用，增加自動化設(shè)計和分析軟件的使用，加強生產(chǎn)質(zhì)量控制和設(shè)計協(xié)調(diào)，減少返工。

4.3 BIM技術(shù)與裝配化施工

通過BIM平臺提前對項目進行施工組織設(shè)計，以立體模擬形式，對施工過程中的各個環(huán)節(jié)進行施工順序和施工進度的模擬，解決施工過程中的“硬沖突”“軟沖突”“邏輯沖突”，減少設(shè)計協(xié)調(diào)錯誤。例如，在兩塊墻板之間進行現(xiàn)澆作業(yè)時，由于鋼筋間距過小，要通過BIM技術(shù)模型預(yù)先進行模擬施工，進而解決混凝土內(nèi)預(yù)埋管線空間的問題。

5 結(jié)語

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑中，使其全方位參與項目建設(shè)前期、設(shè)計、生產(chǎn)、施工以及后期維護。

1）建設(shè)前期

使建設(shè)方較準確地把握項目的可行性，利用前期模型確定項目的建筑性能和提高項目質(zhì)量。

2）設(shè)計階段

通過BIM技術(shù)更早和更精確地進行可視化設(shè)計，避免低級錯誤的發(fā)生，隨時生成與模型一致的二維施工圖。各專業(yè)之間相互協(xié)作，降低圖紙錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量。

3）生產(chǎn)階段

利用設(shè)計模型進行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，快速修改設(shè)計變更內(nèi)容，在施工前及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤和遺漏。

4）施工階段

通過BIM技術(shù)完成的建筑模型是建筑的真實反映，可以對建筑施工進行總體計劃，提高工作效率，保證工程進度，使高水平的施工技術(shù)運用到復(fù)雜的項目中，同時增強設(shè)計與施工之間的聯(lián)系。

5）項目建設(shè)后期

BIM技術(shù)可以改善設(shè)備信息移交方式，為其提供良好的設(shè)施運營和管理平臺。

BIM技術(shù)在裝配式建筑中雖然已經(jīng)有了一些發(fā)展，但仍存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面：

①頂層制度設(shè)計相對滯后，裝配式建筑與BIM設(shè)計結(jié)合的發(fā)展目標、重點任務(wù)和政策措施仍需完善；

②相關(guān)標準規(guī)范有待健全；

③技術(shù)體系有待完善，目前迫切需要總結(jié)和梳理成熟的可靠技術(shù)體系，總結(jié)國內(nèi)典型工程的經(jīng)驗；

④人才緊缺，由于這種建設(shè)模式相對來講發(fā)展時間不長，目前，無論從設(shè)計、生產(chǎn)和施工等各環(huán)節(jié)都存在人才不足的問題，嚴重制約了新技術(shù)的發(fā)展。