BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工中的應(yīng)用研究

王長(zhǎng)勝，藍(lán)杰

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

裝配式建筑中采用大量集中預(yù)制的PC 構(gòu)件，施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量少、建造速度快、施工機(jī)械化水平高，符合綠色施工的要求，對(duì)于國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。目前，很多學(xué)者開(kāi)展了對(duì)于裝配式建筑的研究，其中BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用這一課題頗受關(guān)注。BIM（建筑信息模型）以項(xiàng)目中的各類(lèi)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，具備可視性、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性和可出圖性五大優(yōu)勢(shì)。BIM 模式可以將建筑中的幾何信息及非幾何形信息完全涵蓋，涉及到建筑的材料、尺寸、重量、造價(jià)等方方面面，可以為設(shè)計(jì)方、施工方、業(yè)主方、監(jiān)理方等參建各方提供各類(lèi)工程數(shù)據(jù)，方便相關(guān)人員開(kāi)展“模擬和分析”[1]。

現(xiàn)階段的裝配式建筑項(xiàng)目在施工過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，比如說(shuō)由于工程規(guī)模過(guò)大、施工人員技術(shù)水平良莠不齊、現(xiàn)場(chǎng)管理缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致的施工時(shí)各道工序銜接強(qiáng)度低、施工工藝不符合要求、預(yù)制構(gòu)件受損嚴(yán)重、預(yù)制構(gòu)件連接部位強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。因此，裝配式建筑施工技術(shù)仍需完善，BIM 技術(shù)的引入為裝配式建筑施工技術(shù)的提升帶來(lái)了全新的轉(zhuǎn)機(jī)，BIM 技術(shù)一方面可以減少設(shè)計(jì)誤差、提高設(shè)計(jì)效率，另一方面可以?xún)?yōu)化施工的各道環(huán)節(jié)，對(duì)于推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展意義重大[2]。

2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工前期的應(yīng)用

2.1 構(gòu)建裝配式標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)

BIM 技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合，可以將兩者優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。借助BIM 技術(shù)可以構(gòu)建裝配式標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)，進(jìn)而快速構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型、大幅度縮短建模時(shí)間。而且，BIM 技術(shù)中的碰撞校核管理器還可以開(kāi)展全方位的碰撞信息檢查，防止預(yù)制PC 構(gòu)件出現(xiàn)碰撞的問(wèn)題?？紤]到BIM Structure 軟件在建模過(guò)程中難以滿(mǎn)足預(yù)制混凝土的深化設(shè)計(jì)要求，因此在建模時(shí)可以運(yùn)用Tekla Structure 軟件[3]。具體來(lái)說(shuō)，可以先使用revit 構(gòu)建裝配式標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)，進(jìn)一步利用Tekla Structure軟件對(duì)各個(gè)參數(shù)化節(jié)點(diǎn)配筋，將每一個(gè)構(gòu)件參數(shù)化，匯集形成標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)。

與此同時(shí)，BIM 技術(shù)還可以運(yùn)用于裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)階段。傳統(tǒng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程如下：設(shè)計(jì)單位向預(yù)制廠家提交各類(lèi)PC 構(gòu)件的二維圖紙，預(yù)制廠家人工讀取二維圖紙中的構(gòu)件信息并進(jìn)行生產(chǎn)，這種生產(chǎn)模式往往會(huì)因?yàn)閳D紙讀取錯(cuò)誤而導(dǎo)致構(gòu)件數(shù)據(jù)有誤，從而影響了施工進(jìn)度、導(dǎo)致了構(gòu)件的浪費(fèi)。BIM 技術(shù)的引入，可以將構(gòu)件模型信息（包括構(gòu)件尺寸、材料、鋼筋水泥參數(shù)等）以直觀的形式遞交給預(yù)制廠家，且構(gòu)件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)均可以通過(guò)條形碼轉(zhuǎn)換為加工參數(shù)，使得設(shè)計(jì)信息與生產(chǎn)系統(tǒng)直接對(duì)接，防止構(gòu)件生產(chǎn)錯(cuò)誤，同時(shí)提高了PC 構(gòu)件預(yù)制的自動(dòng)化水平[4]。

2.2 檢驗(yàn)預(yù)制構(gòu)件預(yù)拼裝情況

BIM 技術(shù)還可以用于檢驗(yàn)預(yù)制PC構(gòu)件的預(yù)拼裝情況。具體來(lái)說(shuō)，可以依據(jù)BIM 模型、借助3D 打印技術(shù)打印擬生產(chǎn)構(gòu)件，隨后進(jìn)行構(gòu)件預(yù)拼裝，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拼裝存在問(wèn)題時(shí)，可以及時(shí)修改構(gòu)件尺寸、形狀、接口形式等，再次打印并進(jìn)行構(gòu)件預(yù)拼裝，待預(yù)拼裝無(wú)誤后方可開(kāi)展構(gòu)件的批量生產(chǎn)。通過(guò)BIM 技術(shù)驗(yàn)證預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)方案的合理性、通過(guò)試生產(chǎn)與預(yù)拼裝及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題構(gòu)件，避免盲目的大批量生產(chǎn)導(dǎo)致的構(gòu)件報(bào)廢[5]。

2.3 進(jìn)行裝配式建筑造價(jià)管控

BIM軟件中涵蓋了大量的建筑信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)化管理。該軟件可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)便捷的統(tǒng)計(jì)BIM 模型數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確計(jì)算裝配式建筑的節(jié)點(diǎn)以及工程量，對(duì)比人工計(jì)算大幅度減少了計(jì)算誤差。有關(guān)研究顯示，BIM 技術(shù)的引入可以將造價(jià)估算的精度控制在3%范圍內(nèi)，對(duì)比傳統(tǒng)估算方式可以節(jié)省80%的估算耗時(shí)、并省去40%的預(yù)算外更改。此外，借助BIM 技術(shù)開(kāi)展碰撞檢查，還可以避免不同專(zhuān)業(yè)以及不同參與方之間發(fā)生沖突，促進(jìn)良好交流。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工過(guò)程的應(yīng)用

3.1 模擬裝配式建筑施工過(guò)程

可以通過(guò)BIM 技術(shù)模擬施工過(guò)程，將裝配式建筑施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題逐一演示，進(jìn)而方便調(diào)整施工方案，降低事故發(fā)生概率并控制資源的消耗。舉例來(lái)說(shuō)，在裝配式PC 構(gòu)件吊裝過(guò)程中，利用BIM 軟件實(shí)施PC 構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)吊裝管理，在施工計(jì)劃中寫(xiě)入PC 構(gòu)件的詳細(xì)屬性、其后搭建管理模型、進(jìn)而參照吊裝方案模擬施工。在施工方案確定以后，相關(guān)人員可以利用平板手持設(shè)備開(kāi)展對(duì)于工程項(xiàng)目的實(shí)時(shí)管理。在模擬PC 構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)吊裝過(guò)程中，應(yīng)該綜合考慮工地內(nèi)部所有運(yùn)輸路線以及塔吊工作范圍，并詳細(xì)計(jì)劃施工各道環(huán)節(jié)的銜接配合，進(jìn)而確保各構(gòu)件的吊裝質(zhì)量[6]。此外，在模擬PC 構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)吊裝過(guò)程中，還應(yīng)綜合考慮施工計(jì)劃、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)模型、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地模型等，并利用BIM 軟件將不同階段的施工模擬動(dòng)畫(huà)依據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)銜接，以較為直觀的方式表達(dá)整個(gè)施工過(guò)程。值得注意的是，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)遇到施工要求高、構(gòu)造復(fù)雜的連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接的可視化展示，方便工人依據(jù)三維模型準(zhǔn)確的實(shí)施節(jié)點(diǎn)連接，確保操作的準(zhǔn)確性。

3.2 管理裝配式建筑材料

可以通過(guò)BIM 技術(shù)改善裝配式建筑工程的材料管理。在裝配式建筑的PC構(gòu)件預(yù)制過(guò)程中，預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)會(huì)堆放大量的材料與構(gòu)件，且需要大量的人力和物力來(lái)對(duì)材料與構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)和儲(chǔ)存，且人工操作難免存在各類(lèi)誤差。BIM 技術(shù)的引入，可以準(zhǔn)確模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，在了解項(xiàng)目具體情況的基礎(chǔ)上，將施工各階段所使用的PC 構(gòu)件逐一統(tǒng)計(jì)，從而方便預(yù)制廠分批預(yù)制，避免了預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)堆積過(guò)量或材料短缺的問(wèn)題。同時(shí)，BIM技術(shù)的引入，還可以方便驗(yàn)收者根據(jù)電子信息表收集PC 構(gòu)件信息，大幅度提升驗(yàn)收工作效率。且當(dāng)施工進(jìn)度變化時(shí)，驗(yàn)收者還可以依據(jù)材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃靈活調(diào)配現(xiàn)場(chǎng)資源，以確保特定區(qū)域的PC 構(gòu)件數(shù)量滿(mǎn)足施工要求。另外，施工完成后，施工發(fā)可以借助BIM 軟件統(tǒng)計(jì)施工過(guò)程中構(gòu)件及材料的實(shí)際消耗量，還可以將構(gòu)件及材料的計(jì)劃用量與實(shí)際用量展開(kāi)對(duì)比，為后續(xù)的材料管控打下基礎(chǔ)。

3.3 檢測(cè)裝配式建筑的碰撞情況

可以通過(guò)BIM 軟件在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段開(kāi)展建筑的碰撞檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)BIM 軟件對(duì)圖紙范圍之內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)布置、管線布設(shè)開(kāi)展平面以及豎向上的碰撞檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間發(fā)生沖突時(shí)，及時(shí)修改圖紙，避免施工階段發(fā)生構(gòu)件碰撞的情況，在實(shí)現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的同時(shí)、減少返工耗費(fèi)的成本，對(duì)比傳統(tǒng)方案大幅度提升了工作效率。值得注意的是，在現(xiàn)階段，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于碰撞檢測(cè)尚未得到充分實(shí)踐，該方面的使用及管理尚且存在很多不足，在后續(xù)的工作中有待完善。

3.4 實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工動(dòng)態(tài)管理

BIM 技術(shù)具備模擬性、優(yōu)化性、可視化、協(xié)調(diào)性等諸多優(yōu)勢(shì)。BIM 技術(shù)的引入，可以在實(shí)現(xiàn)建筑施工過(guò)程中施工對(duì)象與施工進(jìn)度的數(shù)據(jù)對(duì)接，將2D 圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)椤?D-BIM”模型，實(shí)現(xiàn)模型化立體式管理。同時(shí)，隨著“3D-BIM”模型向“4D-BIM”可視化模型的轉(zhuǎn)變，還可以實(shí)現(xiàn)施工方對(duì)于施工進(jìn)度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，在“5D-BIM”模型不斷發(fā)展的趨勢(shì)下，施工方還可以構(gòu)建“動(dòng)態(tài)施工規(guī)劃”，實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝配式建筑施工過(guò)程及資源投入的動(dòng)態(tài)管理[7]。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工后期的應(yīng)用

4.1 管理裝配式建筑信息

BIM 軟件的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)平臺(tái)中涵蓋了裝配式建筑項(xiàng)目自立項(xiàng)到建造完成過(guò)程中的全部信息，上述信息數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件的分析與處理，可以關(guān)聯(lián)至裝配式建筑建造中產(chǎn)生的各類(lèi)組件上。另外，在建筑的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，相關(guān)的數(shù)據(jù)信息也可以借助BIM 模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)，從而方便工作人員進(jìn)行自動(dòng)化精準(zhǔn)查找，避免了手動(dòng)搜索的繁瑣，也避免了信息丟失的問(wèn)題。

4.2 檢修裝配式建筑設(shè)備故障

BIM 技術(shù)可以將二維CAD 圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿SBIM 模型，具備可視化的優(yōu)勢(shì)。在裝配式建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，對(duì)于建筑內(nèi)部的水、電、氣等隱蔽工程無(wú)法進(jìn)行肉眼觀測(cè)，而借助BIM 模型，則可以直觀了解到各隱蔽構(gòu)件所處的位置，進(jìn)而可以快速的定位至發(fā)生故障的設(shè)備位置，縮短了維修耗時(shí)。

4.3 制定裝配式建筑應(yīng)急方案

BIM 技術(shù)還具備模擬仿真的性能，具體來(lái)說(shuō)，借助BIM 軟件，可以準(zhǔn)確識(shí)別裝配式建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的安全隱患，并依據(jù)隱患開(kāi)展對(duì)應(yīng)的災(zāi)害模擬，進(jìn)一步提出對(duì)癥的解決方案與應(yīng)急舉措。比如說(shuō)，通過(guò)BIM 及時(shí)開(kāi)展火災(zāi)疏散模擬，為用戶(hù)制定緊急疏散計(jì)劃并規(guī)劃疏散路線，通過(guò)前瞻性的應(yīng)急方案將火災(zāi)帶來(lái)的損害降至最低。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用是未來(lái)裝配式建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)?；贐IM 技術(shù)的裝配式建筑施工，可以有效的提高施工效率。通過(guò)BIM 技術(shù)可以生成直觀的裝配式建筑整體及局部模型，將裝配式建筑的節(jié)點(diǎn)更加清晰的展現(xiàn)出來(lái)，使得施工管理者可以有效的處理相關(guān)PC 構(gòu)件的協(xié)調(diào)問(wèn)題，進(jìn)一步降低工程造價(jià)、提高施工速度、規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)、減少安全隱患，對(duì)于裝配式建筑的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用?，F(xiàn)階段，BIM 技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用仍然存在著信息交互不便、交換信息運(yùn)用能力不足、與原有模式銜接不暢等問(wèn)題，在后續(xù)的研究中仍需要針對(duì)上述問(wèn)題提出改進(jìn)措施，最終保證裝配式建筑在國(guó)內(nèi)得以良好發(fā)展。