基于BIM技術(shù)的裝配式建筑應(yīng)用研究

余括

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 城市軌道與建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710043）

0 引言

在2017年政府工作報告中，“推進(jìn)建筑業(yè)改革發(fā)展，提高設(shè)計(jì)水平和工程質(zhì)量”成為重點(diǎn)工作之一。建筑業(yè)首次出現(xiàn)在政府工作報告中，體現(xiàn)了國家對于建筑行業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)地位的認(rèn)可。

近幾年，BIM技術(shù)協(xié)同和集成的理念與裝配式建筑一體化建造的思路高度融合，基于BIM技術(shù)的裝配式建筑信息化應(yīng)用的作用和優(yōu)勢逐漸突出。結(jié)合BIM技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和裝配式建筑的系統(tǒng)性特征，借助BIM等信息化技術(shù)，打通各環(huán)節(jié)、各專業(yè)、各參與方的信息屏障，推進(jìn)裝配式建筑一體化建造的實(shí)施及推廣，可實(shí)現(xiàn)我國建筑工業(yè)化和信息化的深度融合?；贐IM技術(shù)的裝配式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)、全過程、一體化、集成式、標(biāo)準(zhǔn)化、三維可視化BIM協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)體系[1]。

1 技術(shù)特點(diǎn)

通過融合BIM技術(shù)與裝配式建筑技術(shù)，利用其可視化、數(shù)據(jù)化、信息化模型及相關(guān)圖紙、工程量等技術(shù)，可提高裝配式建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量；基于裝配式建筑的BIM模型，可實(shí)現(xiàn)裝配式構(gòu)件建筑全生命周期數(shù)據(jù)傳遞，縮短裝配式建筑設(shè)計(jì)周期[2]。BIM技術(shù)的加入，使得設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和管理的信息化水平更高，構(gòu)件更標(biāo)準(zhǔn)，提高了生產(chǎn)效率。裝配式建筑局部樓層爆炸圖見圖1。

圖1 裝配式建筑局部樓層爆炸圖

2 應(yīng)用體系

目前，中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城市軌道與建筑設(shè)計(jì)研究院（簡稱城建院）的“BIM+裝配式建筑”一體化研究，主要基于“PKPM+Bentley”技術(shù)應(yīng)用體系完成。在BIM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成對裝配式建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、精裝修全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，直接基于BIM模型，生成裝配式各專業(yè)深化圖紙[3]。裝配式建筑構(gòu)件圖紙及BIM模型見圖2。

在“BIM+裝配式建筑”的設(shè)計(jì)軟件中，ISM和iModel可與Bentley ProStructures軟件進(jìn)行無縫數(shù)據(jù)交互。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段根據(jù)設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件模型的建立、拆分、深化，避免施工階段重復(fù)翻模，提高BIM模型數(shù)據(jù)利用率，減少數(shù)據(jù)丟失。某鐵路站房裝配式建筑4D模擬建造見圖3。

3 應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 避免構(gòu)件碰撞

圖2 裝配式建筑構(gòu)件圖紙及BIM模型

圖3 裝配式建筑4D模擬建造

基于“BIM+裝配式建筑”一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，可有效降低裝配式建筑設(shè)計(jì)誤差，設(shè)計(jì)人員利用BIM技術(shù)對裝配式建筑結(jié)構(gòu)和預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，有效減少施工階段的裝配偏差。借助BIM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對預(yù)制構(gòu)件的幾何尺寸及內(nèi)部鋼筋直徑、間距、鋼筋保護(hù)層厚度等重要參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、定位。設(shè)計(jì)人員可在模型中直觀察看預(yù)制構(gòu)件契合度，并利用碰撞檢測功能細(xì)致分析預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的可靠性，排除預(yù)制構(gòu)件間的裝配沖突，避免由于設(shè)計(jì)粗糙而影響預(yù)制構(gòu)件的安裝定位，減少工期延誤和材料資源浪費(fèi)。基于BIM技術(shù)的裝配式建筑碰撞檢測及碰撞檢測點(diǎn)匯總見圖4、圖5。

利用“BIM+裝配式建筑”設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)管線精確預(yù)埋、優(yōu)化管線布置，避免管線與結(jié)構(gòu)鋼筋碰撞，杜絕由于機(jī)電管線隨意集中布置在結(jié)構(gòu)薄弱部位帶來的結(jié)構(gòu)安全隱患。裝配式建筑管線排布示意見圖6。

圖4 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑碰撞檢測

圖5 碰撞檢測點(diǎn)匯總

圖6 裝配式建筑管線排布示意圖

3.2 信息無損傳遞

裝配式建筑設(shè)計(jì)構(gòu)件的信息化管理和傳遞尤為重要。目前，很多二維設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件只包含其型號、樓棟信息，缺少樓層定位信息，造成信息化管理缺失。通過BIM項(xiàng)目實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對建筑構(gòu)件的最小單元劃分，擁有一整套構(gòu)件編碼體系并有完整的項(xiàng)目驗(yàn)證[4]，通過“BIM+裝配式建筑”設(shè)計(jì)，在前期計(jì)入構(gòu)件編碼，通過編碼快速定位預(yù)制構(gòu)件幾何、非幾何信息，并完整傳遞給預(yù)制加工廠及施工安裝單位。

3.3 模型一鍵傳遞

城建院引進(jìn)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對裝配式建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、配筋，并通過裝配式結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件與Bentley ProStructure軟件的數(shù)據(jù)接口，快速實(shí)現(xiàn)裝配式計(jì)算分析模型向BIM模型的數(shù)據(jù)無損傳遞。裝配式計(jì)算模型向BIM模型的一鍵傳遞，提高了數(shù)據(jù)利用率，避免了重復(fù)建立BIM模型，減少了二次建?？赡墚a(chǎn)生的錯誤?；贐IM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算見圖7、圖8。

3.4 節(jié)點(diǎn)防水

除了安全問題，裝配式建筑的耐久性也令人擔(dān)憂。當(dāng)裝配式建筑的漿料收縮開裂，防水油膏成為最后一道防線。在設(shè)計(jì)階段改進(jìn)節(jié)點(diǎn)防水工藝，才能保證裝配式建筑的生命周期。城建院通過BIM模型創(chuàng)建大量三維防水可視化節(jié)點(diǎn)，及時發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)存在問題，保證裝配式節(jié)點(diǎn)防水耐久性?；贐IM技術(shù)的裝配式建筑節(jié)點(diǎn)防水措施見圖9。

圖7 基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖8 基于BIM的裝配式建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算流程

圖9 節(jié)點(diǎn)防水措施

3.5 工程量統(tǒng)計(jì)

裝配式建筑設(shè)計(jì)工程量統(tǒng)計(jì)比較復(fù)雜，其范圍大到預(yù)制率、小到各構(gòu)件鋼筋用量。采用BIM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)功能，前期將需要統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)輸入各構(gòu)件，后期通過統(tǒng)計(jì)報表實(shí)時聯(lián)動統(tǒng)計(jì)所需所有數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)管理效率，更加方便查找設(shè)計(jì)疏漏帶來的加工隱患。

3.6 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

裝配式建筑的核心是集成性，要使構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化（單元標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化），廚衛(wèi)、陽臺模板化。通過“BIM+裝配式建筑”使建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電集成設(shè)計(jì)，涵蓋方案提交、施工圖設(shè)計(jì)、工廠制作、產(chǎn)品運(yùn)輸、現(xiàn)場裝配全過程[5]。裝配式機(jī)電一體化預(yù)制加工及安裝見圖10。

3.7 建筑綠色、節(jié)能分析

圖10 裝配式機(jī)電一體化預(yù)制加工及安裝

借助BIM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)強(qiáng)大的天然采光模擬、能耗分析、聲環(huán)境分析等功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑的精細(xì)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員及時調(diào)整方案及預(yù)制構(gòu)件類型，借助預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件中帶有設(shè)計(jì)信息的RFID芯片，監(jiān)測和分析建筑物能耗；運(yùn)維管理人員根據(jù)軟件處理數(shù)據(jù)，在BIM模型中準(zhǔn)確定位高耗能部位?；贐IM技術(shù)的裝配式建筑通風(fēng)環(huán)境模擬見圖11。

圖11 通風(fēng)環(huán)境模擬

4 結(jié)束語

“BIM+裝配式建筑”技術(shù)不僅可以精準(zhǔn)控制尺寸，還能保證精度、節(jié)省施工周期。在成本、精度、質(zhì)量和方案優(yōu)化等方面均得到有效管理和控制。按照目前在實(shí)際工程中的BIM技術(shù)應(yīng)用情況，裝配式項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益已取得整體優(yōu)化：圖紙錯誤排除90%、返工情況減少60%、施工耗時節(jié)省約10%?！癇IM+裝配式建筑”是現(xiàn)代建筑發(fā)展的必然趨勢。未來，“BIM+裝配式建筑”還將有效提高建筑整體協(xié)同能力及效益，推動整個行業(yè)升級。