裝配式建筑中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

嚴(yán) 偉

（湘潭規(guī)劃建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，湖南 湘潭 411100）

目前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的負(fù)面問題越來越嚴(yán)重，如資源匱乏與環(huán)境污染等。 對于傳統(tǒng)建筑業(yè)， 由于資源利用率較低，且污染嚴(yán)重，時常受到人們的詬病，而裝配式建筑以其污染少、效率高等優(yōu)勢逐漸得到人們的青睞及重視。對于裝配式建筑，其設(shè)計能實現(xiàn)系統(tǒng)化、構(gòu)件的生產(chǎn)制作能實現(xiàn)工廠化、安裝施工能實現(xiàn)專業(yè)化，以上特點決定了裝配式建筑無論是設(shè)計、生產(chǎn)還是施工都和傳統(tǒng)建筑存在很大差異。近幾年，BIM成為建筑業(yè)大力推廣的技術(shù)手段，這從裝配式建筑角度講，通過對BIM的應(yīng)用，能有效提高實際工作效率，未來將加快這一全新建筑形式的發(fā)展。

1 BIM技術(shù)對裝配式建筑發(fā)展的重要意義

現(xiàn)階段我國很多學(xué)者對裝配式建筑工程的BIM應(yīng)用進(jìn)行了分析，如把這兩者結(jié)合到一起，通過對具體案例的分析，確定兩者是否適用，明確BIM技術(shù)在裝配式建筑領(lǐng)域主要研究方向；又如在BIM基礎(chǔ)上引入RFID，將兩者一同應(yīng)用到裝配式建筑工程的施工及運維管理，并提供了完整的系統(tǒng)框架。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可以看出，BIM可以應(yīng)用在裝配式建筑項目的每一個階段，包括設(shè)計、生產(chǎn)、施工與運維，在不同階段，BIM都能發(fā)揮良好作用，有著不同的應(yīng)用價值，是裝配式建筑發(fā)展的可靠技術(shù)支撐[1]。

2 裝配式建筑工程設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用

對裝配式建筑進(jìn)行設(shè)計時，因需要對不同的預(yù)制構(gòu)件實施復(fù)雜的預(yù)埋預(yù)留，所以，不同專業(yè)人員必須密切配合。此時可借助BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計平臺搭建，利用這一平臺使不同專業(yè)信息得到快速傳遞與共享，進(jìn)而實現(xiàn)對方案的同步設(shè)計與修改。通過對BIM和云端兩項技術(shù)的引入，能使不同專業(yè)人員將包含大量信息的模型統(tǒng)一上傳到之前搭建而成的BIM平臺，然后利用BIM平臺具有的碰撞檢測和自動糾錯等特殊功能，在大量設(shè)計信息當(dāng)中篩選設(shè)計沖突，協(xié)助不同專業(yè)的人員快速找出在設(shè)計過程中存在的缺陷；在裝配式建筑中，往往有很多不同類型的構(gòu)件，每一種構(gòu)件都需要出圖，使出圖量極大，此時利用BIM技術(shù)具有的協(xié)同設(shè)計，能使一個專業(yè)的人員對參數(shù)進(jìn)行修改后，立即同步到其他專業(yè)，這能在很大程度上方便方案調(diào)整，減少用于方案調(diào)整的精力與時間[2]。

除此之外，為不同的設(shè)計、技術(shù)或管理人員授予方案的管理及修改權(quán)限，能促使更多人員切身參與到項目設(shè)計中，以自身專業(yè)為依據(jù)提出合理的建議或意見，這樣能有效減少在后期生產(chǎn)及施工過程中的變更，從而提高建設(shè)單位對項目設(shè)計的滿意程度，并加快設(shè)計工作效率，有效減少或徹底避免因設(shè)計方面的原因?qū)е碌某杀?、資源浪費。以BIM為核心的不同專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作流程如圖1所示。

圖1 以BIM為核心的不同專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作流程

BIM的應(yīng)用還能使設(shè)計信息得到完全開放和共享。由設(shè)計人員將方案上傳至云端后，能直接在云端對方案各項設(shè)計信息進(jìn)行整合，同時建立不同構(gòu)件的族庫。伴隨云端中不同族的持續(xù)積累，設(shè)計人員能對相同類型的族實施對比優(yōu)化，從而形成模數(shù)尺寸與標(biāo)準(zhǔn)形狀。通過對族庫的構(gòu)建，能為行業(yè)通用規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的建立提供一定幫助。對這些族庫進(jìn)行引用，能使設(shè)計人員不斷積累設(shè)計戶型，縮短用于戶型設(shè)計與調(diào)整所需時間，使戶型規(guī)格更加豐富，進(jìn)而適應(yīng)目前的多樣化基本要求[3]。

設(shè)計人員通過對BIM的引用還能對結(jié)構(gòu)與構(gòu)件實施精細(xì)化設(shè)計， 從而避免在施工中產(chǎn)生裝配偏差。 利用BIM技術(shù)，對不同預(yù)制構(gòu)件對應(yīng)的尺寸、配筋等參數(shù)實施精準(zhǔn)的設(shè)計和定位。根據(jù)BIM模型，設(shè)計人員直觀了解預(yù)制構(gòu)件間是否契合，同時借助碰撞檢測這一特殊功能，對連接節(jié)點是否可靠進(jìn)行細(xì)致的分析，避免構(gòu)件間產(chǎn)生裝配沖突，進(jìn)而防止因設(shè)計粗略導(dǎo)致構(gòu)件無法安裝定位或定位偏差較大的情況。

3 裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)BIM技術(shù)應(yīng)用

構(gòu)件生產(chǎn)是裝配式建筑工程建設(shè)重要環(huán)節(jié)之一，同時也是對設(shè)計和施工進(jìn)行銜接的重要環(huán)節(jié)。為使構(gòu)件生產(chǎn)過程中使用的加工信息保持準(zhǔn)確，廠家應(yīng)利用BIM模型對構(gòu)件信息進(jìn)行直接調(diào)取，并編制完善的生產(chǎn)計劃，同時在對構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)時，為施工單位提供進(jìn)度信息，以保證生產(chǎn)和施工的契合度。

為使構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到要求，并實現(xiàn)對建筑工程整體質(zhì)量的可追溯，廠家應(yīng)在對構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)時，向不同的構(gòu)件當(dāng)中置入包含所有基本信息的RFID芯片，然后利用RFID技術(shù)開展物流管理，這樣能為構(gòu)件倉儲及運輸提供極大的便利。

為使施工進(jìn)度與質(zhì)量均達(dá)到要求，完成對方案的設(shè)計之后，相關(guān)設(shè)計人員需要對BIM模型涵蓋的不同構(gòu)配件相關(guān)信息向廠商共享，使廠商獲取所有相關(guān)參數(shù)信息，這些參數(shù)信息都可以采用條形碼的方式變成構(gòu)配件的加工參數(shù)，使模型信息和生產(chǎn)系統(tǒng)真正無縫對接，以此提高生產(chǎn)自動化水平及工作效率[4]。另外，在條件允許的情況下，還能利用3D打印技術(shù)對BIM模型進(jìn)行打印，以此加快試制速度，利用這一模型還能對設(shè)計方案是否合理進(jìn)行校驗。

4 裝配式建筑工程施工BIM技術(shù)應(yīng)用

對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)時，在分類、儲存中需要耗費很多人力、物力， 而且容易產(chǎn)生差錯。 通過對BIM與RFID的引入，在生產(chǎn)中安裝包含構(gòu)件用途與具體安裝部位等重要信息的芯片，使存儲驗收與物流配送人員均能對構(gòu)件基本信息進(jìn)行直接讀取，進(jìn)而對電子信息實施自動對照，從根本上杜絕由于人為因素產(chǎn)生的差錯。對裝配式建筑進(jìn)行施工時，可借助RFID對構(gòu)件信息直接調(diào)取，并完成安裝位置檢驗，最終實現(xiàn)保證安裝質(zhì)量，加快安裝施工效率的目標(biāo)。

裝配式建筑工程的吊裝施工工藝十分復(fù)雜，對機械設(shè)備的依賴程度很高，對安全保證也提出了極高的要求。開工前，施工人員可以借助BIM技術(shù)對施工進(jìn)行模擬與仿真，通過模擬能及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，進(jìn)而實現(xiàn)流程優(yōu)化；此外，還能對安全突發(fā)事件進(jìn)行模擬，不斷完善安全管理制度與應(yīng)急處理預(yù)案，及時發(fā)現(xiàn)并排除所有安全隱患，杜絕事故的發(fā)生。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的BIM還能對現(xiàn)場布置進(jìn)行全面優(yōu)化，大量減少二次搬運，加快吊裝施工效率，縮短工期[5]。

在原有3D-BIM的基礎(chǔ)上引入時間和資源可以形成5D-BIM，通過對這一模型的應(yīng)用，能對整個施工個過程及不同資源實際投入狀況進(jìn)行模擬，形成動態(tài)施工規(guī)劃方案，動態(tài)掌握施工工藝方法、施工進(jìn)度計劃安排，以及不同施工階段的資源和成本實際投入情況。通過模擬還能發(fā)現(xiàn)在原規(guī)劃當(dāng)中潛在的問題，同時對其優(yōu)化，防止因考慮不徹底造成的資源浪費及進(jìn)度拖延。引入5D-BIM后，能幫助技術(shù)及管理人員都更好地了解施工安排、資源投入，使管理人員通過模擬對包含方案、資源、成本等在內(nèi)的各項內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到動態(tài)管理的目標(biāo)[6]。

5 裝配式建筑工程運維BIM技術(shù)應(yīng)用

利用BIM與RFID搭建而成的工程信息管理平臺還能形成對構(gòu)件與設(shè)備的綜合運維系統(tǒng)。例如，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，消防人員可借助信息管理系統(tǒng)相關(guān)信息確定火災(zāi)發(fā)生位置，同時了解火災(zāi)發(fā)生位置具體材料，進(jìn)而指定有針對性的滅火方案。另外，運維人員對建筑及設(shè)備進(jìn)行維修時，可在BIM模型中對所有相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)取，如生產(chǎn)廠家、類型和參數(shù)，使維修工作能夠順利完成。

通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用，能使裝配式建筑在整個壽命周期內(nèi)都實現(xiàn)信息化，對于運維管理人員，根據(jù)不同構(gòu)件內(nèi)芯片，直接獲取其對應(yīng)的廠家、安裝及運輸人員等基本信息。如果在后期產(chǎn)生質(zhì)量問題，則能將問題直接追溯到生產(chǎn)過程，確定責(zé)任歸屬，避免相互推諉。利用BIM技術(shù)還能對項目進(jìn)行綠色運維管理，同樣是根據(jù)芯片，對建筑實際使用時的能耗實施動態(tài)監(jiān)測與分析，根據(jù)監(jiān)測及分析的記錄能立即找出耗能不合理的地方，并采取有效措施解決。當(dāng)需要對建筑進(jìn)行拆除時，還能借助BIM模型確定具備回收利用價值的部分，從而節(jié)省資源，避免造成浪費。

6 結(jié)語

通過上述分析可知，引入BIM技術(shù)以后，能有效提高各階段工作水平，并使項目從最初的設(shè)計到實際使用變得十分緊密，這在現(xiàn)階段我國建筑開始向節(jié)能減排和降低污染方向發(fā)展進(jìn)程中具有十分重要的作用與意義。但為了使裝配式建筑能與BIM技術(shù)更好地結(jié)合，還需要在今后的實踐工作中加強完善及磨合，這無疑需要得到從業(yè)者的大力支持。