BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

璩媛媛

（鄭州升達經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院，河南 鄭州 451191）

裝配式建筑是近年來興起的建筑工程結(jié)構(gòu)施工方式，對提升施工效率和降低因施工帶來的環(huán)境影響非常有益，而且也能將輕質(zhì)環(huán)保的材料大量應(yīng)用到建筑工程中，創(chuàng)造出更具美感的建筑外形和開闊多變的內(nèi)部空間。因此，在施工場地環(huán)境以及建筑工程結(jié)構(gòu)與功能日益多樣化的今天，裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)有了很大的發(fā)展空間。

1 裝配式建筑相對傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)勢和特點

1.1 概述

裝配式建筑是相對傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工模式而言的，傳統(tǒng)的建筑工程所有部分的從無到有都由相關(guān)人員、設(shè)備在施工場地內(nèi)完成，從而一方面要求施工現(xiàn)場配備復(fù)雜的設(shè)施、設(shè)備，對環(huán)境空間的大小與布局都有很高的要求。因此，近年來隨著城市構(gòu)建筑物密度的不斷加大，加之新的工程中高層和大規(guī)模的建筑激增給施工現(xiàn)場的平面布置和管理帶來很大困難。另一方面，由于很多建筑工程的施工工藝需要使用大型設(shè)備，在施工現(xiàn)場進行鋼筋與裝飾材料等的預(yù)制，因此形成的噪音、建筑垃圾以及粉塵等都對周邊的人和環(huán)境產(chǎn)生不利影響。而裝配式建筑理念恰好可以解決這些問題，將傳統(tǒng)建筑工程施工的大部分工作轉(zhuǎn)移到工廠化管理的場地進行，從而大幅簡化現(xiàn)場施工的工序并依托這種模式的先進設(shè)計和施工理念，縮短整個建筑工程的建設(shè)周期。

1.2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工的特點簡介

首先，裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工在設(shè)計階段需要對主體結(jié)構(gòu)進行拆分，根據(jù)建筑各部分的結(jié)構(gòu)特點與功能要求合理的確定分解方案與具體的參數(shù)，才能進入下一步的預(yù)制加工階段。其次，裝配式建筑所使用的材料更加多樣化，除了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土，還有結(jié)構(gòu)鋼材和保溫隔熱材料等綠色建材，可以讓這些能夠循環(huán)利用的材料更多出現(xiàn)在建筑工程施工中。最后，裝配式建筑的構(gòu)件形狀和尺寸設(shè)計非常靈活，能夠創(chuàng)造更加豐富多變的建筑造型和內(nèi)部空間，可以滿足現(xiàn)代城市建設(shè)以及個人的審美需求。

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工在實踐中需解決的技術(shù)問題

預(yù)制裝配率是評價裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平的重要指標(biāo)，而達到較高的預(yù)制裝配率需要有構(gòu)件與預(yù)制單元的分解設(shè)計、預(yù)制加工工藝設(shè)計以及現(xiàn)場組裝固定等多方面的技術(shù)支持。所以，雖然裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工有諸多優(yōu)點，但是涉及多個方面施工工藝的變革和管理理念的改變，解決好上述技術(shù)問題才能體現(xiàn)出這些優(yōu)點。

2.1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計預(yù)制與現(xiàn)場施工之間的銜接

裝配式建筑的建設(shè)周期之所以能夠相對較短，得益于建筑主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和現(xiàn)場施工技術(shù)的革新。但是在實踐中由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致構(gòu)件的預(yù)制與施工現(xiàn)場的裝配工序無法有效銜接[1]。首先，構(gòu)件的預(yù)制和進場進度需要和現(xiàn)場保持高度的協(xié)調(diào)，否則就會出現(xiàn)現(xiàn)場構(gòu)件過多或供應(yīng)不足的問題。而前者會引發(fā)管理混亂和增加裝配錯誤的概率，后者則直接導(dǎo)致工期延長。其次，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配式建筑對構(gòu)件的加工精度要求很高，否則在諸如鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝過程中就會出現(xiàn)較大的誤差，導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力，使整體結(jié)構(gòu)的承載力不足。

2.2 保障構(gòu)件預(yù)制工藝與施工組織計劃的設(shè)計深度

構(gòu)件預(yù)制是裝配式建筑施工的一個重要組成部分，由于部分構(gòu)件的幾何形狀比較復(fù)雜，加之構(gòu)件預(yù)制需要為后續(xù)裝配進行預(yù)留預(yù)埋，因此對工藝設(shè)計深度的要求很高。一旦設(shè)計深度不夠就會導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件無法達到其預(yù)期使用要求，需要在施工開始后進行重新設(shè)計和加工，使整個施工過程的連續(xù)性受到影響。此外，裝配式建筑施工是一個需要設(shè)計、預(yù)制以及現(xiàn)場施工實現(xiàn)協(xié)同工作的過程，才能保持對工程結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與進度的持續(xù)控制，保持施工過程的連貫性和體現(xiàn)出其高效、高質(zhì)量的特點。因此，整個施工組織計劃的設(shè)計更加關(guān)鍵，如何保障其設(shè)計深度就顯得尤其重要。

2.3 如何保障預(yù)制構(gòu)件和裝配單元的裝配質(zhì)量

在裝配式建筑的構(gòu)件或裝配單元的現(xiàn)場施工過程中，由于不同部分使用的連接方式與工藝存在很大差異，加之對裝配精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有較高要求。在各個構(gòu)件空間位置關(guān)系復(fù)雜的情況下，首先在設(shè)計圖紙上展示構(gòu)件的施工工藝細節(jié)、讓操作和現(xiàn)場管理人員理解設(shè)計意圖方面就有很大難度[2]。其次，保障構(gòu)件的空間位置關(guān)系正確也是極大的挑戰(zhàn)，一旦出現(xiàn)裝配失誤就會導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的施工延誤。最后，現(xiàn)場施工中大型預(yù)制構(gòu)件的吊裝對作業(yè)空間有特殊的要求，在現(xiàn)場作用空間動態(tài)變化的過程中，正確評估和判斷施工工藝的可行性也非常困難。

3 通過BIM技術(shù)提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平

BIM技術(shù)的核心理念是基于信息模型，優(yōu)化建筑工程的設(shè)計、施工以及后期管理過程，讓所有相關(guān)的企業(yè)、工程技術(shù)人員與管理者基于同一信息化平臺協(xié)同工作，從而在流暢的信息互動模式下解決每個環(huán)節(jié)的問題。因此，對裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工而言，BIM技術(shù)能夠在多個方面帶來實質(zhì)性的幫助。

3.1 應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)構(gòu)件設(shè)計預(yù)制與現(xiàn)場施工之間的有效銜接

在目前BIM技術(shù)的應(yīng)用實踐中，大多數(shù)利用其進行工程設(shè)計方案的優(yōu)化，基于相關(guān)軟件構(gòu)建建筑工程的信息化模型，讓不同專業(yè)的設(shè)計人員實現(xiàn)協(xié)同工作并提高設(shè)計深度。而這一應(yīng)用功能恰好可以解決裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中的預(yù)制與裝配銜接問題。首先在利用BIM技術(shù)構(gòu)建了具體的裝配式建筑信息模型的基礎(chǔ)上，負(fù)責(zé)進行構(gòu)件與裝配單元預(yù)制以及現(xiàn)場施工的企業(yè)或部門能夠基于模型和信息化平臺實時交互，掌握雙方的實際工作進度并就具體問題進行協(xié)調(diào)[3]，從而合理優(yōu)化構(gòu)件的預(yù)制和運輸進廠次序，確保施工過程的流暢性和連續(xù)性。其次，針對在實際裝配施工中發(fā)現(xiàn)的問題，在預(yù)制環(huán)節(jié)可以基于信息模型迅速響應(yīng)施工要求并進行快速工藝設(shè)計變更，降低對整體施工進程的影響。

3.2 通過建筑信息模型深化構(gòu)件的加工工藝設(shè)計和生產(chǎn)管理

裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件工藝設(shè)計比較復(fù)雜，一方面需要滿足工程設(shè)計要求的幾何尺寸精度與強度等方面的要求，使整體建筑結(jié)構(gòu)達到相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；另一方面還要保證和施工現(xiàn)場的工藝要求一致，保證構(gòu)件安裝技術(shù)方案的可行性。因此，應(yīng)用BIM技術(shù)深化預(yù)制構(gòu)件的工藝設(shè)計并優(yōu)化預(yù)制生產(chǎn)管理無疑能夠提高整體施工過程的效率[4]。首先，由于BIM軟件具有虛擬制造功能，可以在進行構(gòu)件工藝設(shè)計時模擬整個工藝流程，讓設(shè)計人員直觀的觀察和分析設(shè)計方案的科學(xué)性和合理性，發(fā)現(xiàn)其不足并進行必要的改進。其次，構(gòu)件預(yù)制工作的管理也可以基于BIM軟件系統(tǒng)的信息化管理功能，對原材料的庫存、消耗以及構(gòu)件預(yù)制進度進行跟蹤分析，從而更有預(yù)見性的合理安排各項工作，實現(xiàn)真正的工廠化管理。

3.3 利用BIM技術(shù)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)施工組織計劃

由于裝配式建筑的現(xiàn)場施工節(jié)奏較快，需要有更加嚴(yán)謹(jǐn)可行的施工組織計劃，而基于建筑信息模型可以有效地優(yōu)化這一設(shè)計。首先，可以利用BIM軟件實施虛擬施工并優(yōu)化具體工藝流程，對于構(gòu)件的進場、存放以及吊裝次序等方案的科學(xué)性和可行性進行驗證，對于容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)提前制定相應(yīng)的預(yù)防管理措施，避免出現(xiàn)諸如構(gòu)件堆放不合理而導(dǎo)致現(xiàn)場工作量增加等現(xiàn)象[5]。其次，同樣通過模擬施工過程，可以優(yōu)化現(xiàn)場的平面布置與空間利用規(guī)劃，從而通過最佳的設(shè)計方案確保施工過程有序進行。最后，在進行虛擬施工的過程中還能對人員組織和機械設(shè)備的籌劃等進行深入分析，在細節(jié)方面提高不同管理部門的工作效率，從而讓裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工過程保持穩(wěn)定的節(jié)奏，節(jié)約建設(shè)成本并真正體現(xiàn)出這種施工模式各方面的優(yōu)勢。

3.4 運用BIM技術(shù)實現(xiàn)對裝配式建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工管理的優(yōu)化

在有了裝配式建筑信息模型與管理平臺的基礎(chǔ)上，施工現(xiàn)場的管理工作可以基于全面的可視化信息支持，在技術(shù)交底、質(zhì)量驗收以及資源調(diào)度等方面更加高效[6]。首先，基于BIM軟件的三維可視化圖形信息，能夠為現(xiàn)場所有人員提供關(guān)于施工工藝和技術(shù)要求的直觀信息，讓施工作業(yè)與技術(shù)保障人員清晰的理解設(shè)計意圖，從而避免出現(xiàn)人為的錯誤問題。其次，在進行工程施工質(zhì)量監(jiān)測驗收時也能基于信息模型的可視化信息，對相關(guān)細節(jié)做出更準(zhǔn)確的分析判斷。最后，在施工資源的調(diào)配方面由于BIM信息模型提供了關(guān)于施工的所有信息資源，因此可以實時獲取有參考價值的信息和數(shù)據(jù)，并通過管理軟件進行分析和預(yù)測資源使用需求，實現(xiàn)更加精確高效的資源調(diào)配。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工在構(gòu)件預(yù)制裝配率方面還不夠理想，施工流程也時常因各方面設(shè)計深度不足和信息溝通效率問題而不夠順暢，應(yīng)用BIM技術(shù)是解決這些問題并提高裝配式建筑施工技術(shù)水平的可行途徑。