裝配式建筑結構施工中BIM技術的應用

顏轉娣

（福建林業(yè)職業(yè)技術學院，福建南平353000）

在我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展的時代背景下，我國的環(huán)境問題也在日益加重。由于傳統(tǒng)的建筑行業(yè)對能源資源的浪費較大、能源消耗和周邊環(huán)境的污染較為嚴重，傳統(tǒng)建筑行業(yè)引起社會的爭議。而裝配式建筑具有資源利用率高、環(huán)境污染少、工期短的優(yōu)點，且可以有效呈現(xiàn)出系統(tǒng)化設計、工廠化預制構件生產(chǎn)與構件安裝的專業(yè)化等構建模式，使之受到當今社會的廣泛青睞。尤其在建筑信息模型技術高速發(fā)展的現(xiàn)階段，BIM技術可以有效提升裝配式建筑在施工、設計與生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的工作效率，為我國建筑業(yè)的綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展提供了強有力的保障。

1 裝配式建筑和BIM技術簡述

1.1 裝配式建筑的定義、類型及特點

裝配式建筑是指在建筑施工現(xiàn)場通過利用相關的連接方式，將預制的構件裝配而成的一種建筑結構，裝配式建筑主要包含以下四種類型。

1.1.1 板材建筑

板材建筑是一種由建筑所預制的較為大型的內(nèi)外墻板、屋面板與樓板等組合板材裝配而成的一種全裝配式建筑的主要建筑類型。板材建筑具有勞動生產(chǎn)效率高、建筑使用面積大、機構重量輕且兼具良好的防震功能等特點。板材建筑對建筑的布局與造型具有較多的限制，由于其采用小開間橫向承重的方式，會對建筑內(nèi)部分隔具有較多的限制，因此，缺少了一定的靈活；同時，因其整個結構是利用焊接、螺栓等其他方式把成品板材連接成一個整體，針對外墻，需要解決防水問題。

1.1.2 砌塊建筑

砌塊建筑是以預制塊狀的材料砌成墻體為自身主要的裝配形式而建成的一種裝配式建筑類型。這種裝配式建筑類型通常被應用于3～5層的低層建筑之中。砌塊建筑中的砌塊主要分小型、中型與大型等幾個型號。小型砌塊雖然其工業(yè)化程度較低，但由于具有方便靈活的特點，在建筑工程中應用較為廣泛；中型砌塊可以利用小型機械進行吊裝，因此，可以節(jié)約一定的勞動力；而大型砌塊在建筑施工中多被預制大型板材所代替。

1.1.3 盒式建筑

盒式建筑類型的主要特點為建筑現(xiàn)場安裝塊、工業(yè)化程度高。通常在預制工廠制作好盒式建筑內(nèi)部的設備、內(nèi)部裝修和結構部分，甚至地毯與家具都可以裝配齊全，將各部位盒式建筑構建安裝完成并連接好電路及水路后即可交付使用。但是，由于盒式建筑的吊裝與運輸較為不便，且其整個項目的投資造價較高，也制約了這一類型建筑的發(fā)展。

1.1.4 骨架板材建筑

骨架板材建筑主要是由工廠制作的板面與構件受力骨骼組合而成。這一建筑結構主要有兩種承重方式，一是由骨骼柱與樓板所組成的板柱式結構承重形式；二是由梁、柱組合而成框架承重，再結合非承重填充墻與樓板共同組成的類似框架承重形式。骨架板材建筑具有內(nèi)部分隔靈活、建筑承重輕和建筑結構合理的特點，其構件節(jié)點之間常見的連接方法有榫接法、留筋現(xiàn)澆成整體的疊合法等，其外墻防滲漏問題較少。

1.2 BIM技術

BIM是根據(jù)工程具體項目的大量圖紙及現(xiàn)場實際信息數(shù)據(jù)為基礎，來建立模擬建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬工程建筑物的詳細信息。它不僅是一個建模工具，更是作為信息系統(tǒng)服務于項目全生命周期的各個階段（圖1）。

圖1 BIM生命周期階段圖

由于BIM技術具有模擬、協(xié)調(diào)、優(yōu)化的特性，以及可視、可出圖的特點，將信息化模型技術有效地應用到當前具體工程施工過程中，就可以直觀展現(xiàn)出建筑工程中所有信息化特征，簡單來講就是將三維可視化技術按照技術操作要求，將其融入到綠色環(huán)保的裝配建筑施工環(huán)節(jié)當中，從而幫助相關工程施工人員建立與之相應的建筑工程施工模型。據(jù)相關研究，這一技術應用在綠色環(huán)保的裝配建筑施工中，可為相關建筑施工單位提供與之相關的具體建筑信息，有效提升建筑工程信息應用的效果，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

1.3 信息化模型技術在施工應用中的優(yōu)勢

在綠色環(huán)保的裝配建筑施工中合理應用BIM技術，與傳統(tǒng)建筑建造相比，具有突出的優(yōu)勢。從建筑材料構建層面來看，裝配式建筑的結構構建在施工過程中具有極強的整體性，具有無噪音、綠色節(jié)能環(huán)保的特點，且這一構建方式始終堅持了可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)發(fā)展理念；從建筑施工質量層面來看，這一建筑所采用的材料構建比傳統(tǒng)建筑材料構建要好，且這一建筑的施工效率要比以往更快。所以，同傳統(tǒng)建筑施工質量相比，綠色環(huán)保的裝配建筑施工質量遠高于前者的施工質量；從建筑施工進度層面來看，BIM技術在綠色環(huán)保的裝配建筑結構施工應用中，表現(xiàn)出了效率質量更高、標準化程度更強、程序化更為突出的特點，可以有效地加快綠色環(huán)保裝配建筑結構施工進度。通過BIM技術在綠色環(huán)保裝配建筑中的科學應用，可以根據(jù)建筑施工中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析，對整體工程項目進行優(yōu)化與調(diào)整。

2 綠色環(huán)保的裝配建筑施工中信息化模型技術的具體應用

2.1 構件設計與數(shù)據(jù)采集

要將BIM技術有效地應用到裝配式建筑結構的施工中，就要對建筑工程施工的相關數(shù)據(jù)進行采集。首先，要合理應用全站儀等建筑設備，對工程的施工現(xiàn)場開展測量工作，要根據(jù)施工當?shù)氐牡刭|結構與施工建筑的施工圖紙對地基結構開展有效分析，這是為有效應用BIM技術提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。其次，要應用遙感技術或衛(wèi)星成像技術，對建筑工程施工地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、建筑物密度、實際交通環(huán)境等相關數(shù)據(jù)開展有效統(tǒng)計，讓相關工作人員依據(jù)所獲得的周邊基本環(huán)境數(shù)據(jù)，合理地開展建筑施工規(guī)劃與設計。最后，應用3D成像技術，將工程相關的人力資源與施工設備設置成為同比例模型。并且，要保證數(shù)據(jù)的準確性，讓相關設計人員可以根據(jù)這一數(shù)據(jù)制作一份包含工程地下結構、施工現(xiàn)場與周邊環(huán)境的立體模型，從而對裝配式建筑施工的構建設計與施工流程進行合理的測算。

2.2 預算分析與施工規(guī)劃

在裝配式建筑結構施工過程中，所涉及到的變量較多，因此，工程的預算也較難準確設定。而BIM技術可以幫助還原施工現(xiàn)場，通過對數(shù)據(jù)的分析，多人協(xié)同合作完成模型的建立，再根據(jù)相應的計算規(guī)則對各個構件之間進行扣減計算，從而得出準確的預算數(shù)據(jù)。如通過錄入相關的交通數(shù)據(jù)，得出施工期間的具體交通狀況，進而讓建筑構建列出建筑所需材料運送狀況可以在系統(tǒng)操作界面上得以顯現(xiàn)。同時，相關工作人員也可以在這一模型中輸入施工地區(qū)的氣候特征與天氣狀況，可以科學地測算出工程施工現(xiàn)場的濕度、溫度等環(huán)境狀況，并根據(jù)環(huán)境狀況開展工程施工。在這一過程中，人員調(diào)配、機械操控、物料擺放等內(nèi)容都得到真實的體現(xiàn)，相關施工人員可以根據(jù)這一數(shù)據(jù)，有效提升建筑工程預算的準確性，對裝配式建筑結構施工流程開展更為合理的規(guī)劃。

2.3 吊裝模擬與施工控制

建筑工程的相關工作人員可以通過應用BIM技術，實現(xiàn)對建筑施工方案的進一步優(yōu)化。裝配式建筑構件大部分是由生產(chǎn)車間加工完成，然后把房屋的各個構件運送到工地進行裝配，在裝配過程中常常運用吊裝施工。如在開展工程吊裝施工之前，相關人員就可以把工程的相關參數(shù)與機械相關數(shù)據(jù)錄入到建筑立體模型當中，實時反應出工程的施工進度，并在靜態(tài)模型場景中，添加實驗不同的吊裝程序，從中選取最佳的施工方案。并且，相關工作人員也可利用這一分析結構，對施工現(xiàn)場進度進行實時模擬，合理調(diào)配工程人員和施工設備，進一步明確工程現(xiàn)場的人員分工與具體位置。相關人員也要將這一系統(tǒng)界面中顯現(xiàn)出的相關變化制成視頻，方便施工人員比照視頻，對建筑施工中可能出現(xiàn)的情況與問題進行分析，提前科學地制定施工進度計劃、各專業(yè)的施工順序及各部門的協(xié)調(diào)。

2.4 碰撞檢測與協(xié)同分析

傳統(tǒng)的碰撞檢查是在施工前，將各專業(yè)專家和圖紙設計者召集起來開專門的協(xié)調(diào)會議，大家一起審閱圖紙，對復雜的結構區(qū)域進行討論分析，找出問題（圖2）。BIM技術應用可以通過工程的數(shù)字化建筑模型對建筑物的模擬進行抗震、抗風實驗，從而有效地檢測出開展施工的建筑工程質量。以往的建筑工程檢測方式（圖3），先要制作出抗震與抗風模型，然后要通過物理實驗，將從實驗中獲得的檢測參數(shù)進一步轉化為工程的相關的數(shù)據(jù)，相關工作人員在通過工程具體的分析公式，了解到工程的實際設計質量。

圖2 傳統(tǒng)碰撞檢查

圖3 BIM技術碰撞檢查

裝配式建筑構件與構件之間連接方式常采用焊接連接、榫接等，這對構件中的預埋件位置、質量提出了很高的要求。同時，安裝工程是裝配式建筑中一個重要組成部分，構件中的水管、電管、電話系統(tǒng)等安裝位置、材料等均占有很重要的位置，其位置的準確性將影響整個建筑的質量及進度。而BIM技術可以通過建筑的相關檢測程序，實現(xiàn)對各種工程實驗場景的構建，也可以模擬工程建筑的構建組裝，讓工程的實際場景得以直觀的呈現(xiàn)，進而讓設計中存在的問題可以直觀地體現(xiàn)出來，實現(xiàn)對建筑施工設計方案的優(yōu)化，減少設計變更，提高施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率。

2.5 現(xiàn)場管理與數(shù)據(jù)應用

由于傳統(tǒng)施工管理的優(yōu)化及相應調(diào)整缺乏可視性和協(xié)同性，導致施工管理受到負面影響。故通過運用BIM技術，進行施工管理的5D模擬，進而發(fā)現(xiàn)施工期間可能存在的問題，及時調(diào)整并制定應對措施，從而保證工程順利進行（圖4、圖 5）。

圖4 傳統(tǒng)施工管理

圖5 BIM施工管理

利用移動終端（智能手機、平板電腦）采集現(xiàn)場裝配式構件、構件與構件間的連接方式等數(shù)據(jù)，建立具體工程質量、安全問題的大數(shù)據(jù)庫，與信息化模型進行實時數(shù)據(jù)對比，以便施工全過程質量問題或簽證變更等數(shù)據(jù)分析。如施工中，要對預制板內(nèi)的鋼筋或型鋼規(guī)格型號進行核驗，可利用BIM模型進行；也可在工程竣工后，移交業(yè)主或物業(yè)管理，再管理的過程可能碰到很多的問題都被隱蔽了（管線的查詢、水管的滲漏等），均可結合BIM技術來完成維修維保。體現(xiàn)了BIM技術具有可視化、定位模型、信息共享、協(xié)同共享等特點。

3 在綠色環(huán)保的裝配建筑施工中運用信息模型技術的條件

裝配式建筑結構施工整合從前期招投標及圖紙設計、預制工廠制造、工地安裝調(diào)試等各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)建筑構建的綠色節(jié)能、環(huán)保。在綠色環(huán)保的裝配建筑施工中運用BIM技術可以充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)點，但是，目前要在我國建筑業(yè)推廣還需要具備一些條件。

3.1 具備BIM技術的施工管理技術人員

由于BIM技術相對較新，開發(fā)公司較多，哪個公司的軟件比較適用于本項目，都是一個新問題。目前，既懂施工管理技術又熟悉BIM技術的復合型人才非常少。

3.2 裝配式建筑結構施工相關配套的業(yè)務

綠色環(huán)保的裝配建筑施工需要整合從研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場裝配等各個業(yè)務領域，各個業(yè)務領域的發(fā)展水平直接影響了綠色環(huán)保的裝配建筑施工的實施。

3.3 電腦與軟件的配置

BIM要求的電腦配置較高，同時，專業(yè)的BIM軟件成本較高，需要施工單位在前期投入比較高的成本。

4 總結

通過本文的研究可以得出，通過BIM技術在綠色環(huán)保的裝配建筑施工中的有效應用，不但推進了建筑行業(yè)的發(fā)展，極大地提升了建筑的施工效率，還有效提升了工程對建筑相關資源的利用效率，更易于推進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。