BIM背景下的裝配式建筑發(fā)展的應(yīng)用研究★

陳 蕾

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

1 BIM技術(shù)與裝配式建筑概述

裝配式建筑，簡稱PC，是指將在加工廠生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場直接在工地裝配而成的建筑。PC構(gòu)件在加工廠進(jìn)行生產(chǎn)制作，相比于施工現(xiàn)場，受氣候變化的影響很小，并且采用機(jī)械化的手段，也可以減少相當(dāng)數(shù)量的一線施工人員，節(jié)約勞動力提高建筑的速度和質(zhì)量。裝配式建筑的施工過程大致可以分為三階段：一為PC構(gòu)件的工廠生產(chǎn)加工階段；二為運(yùn)輸機(jī)械的運(yùn)輸階段；三為PC構(gòu)件的現(xiàn)場安裝階段。PC建筑最主要通過管控PC構(gòu)件的施工三階段來控制整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全幾大目標(biāo)，目前我國進(jìn)行投產(chǎn)使用的主要有三種裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，分別是整體式裝配框架結(jié)構(gòu)、整體式裝配框—剪結(jié)構(gòu)、整體式裝配剪力墻結(jié)構(gòu)。PC建筑相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑，最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式化、施工裝配化、管理信息化和裝修一體化。

建筑信息模型(BIM)技術(shù)于2002年帶入建筑業(yè)，到現(xiàn)在經(jīng)過了近二十年的發(fā)展，將信息化技術(shù)用在建筑產(chǎn)業(yè)上，用三維信息技術(shù)把建筑項(xiàng)目的各階段信息數(shù)據(jù)在信息化模型中進(jìn)行一體化集成，并將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、給排水、暖通、裝飾裝修等各專業(yè)工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等優(yōu)點(diǎn)。

將BIM技術(shù)與裝配式建筑項(xiàng)目結(jié)合，可以使建筑項(xiàng)目中涉及到設(shè)計(jì)、施工、構(gòu)件加工、對接不足等因各種原因造成的資源浪費(fèi)問題得到比較好的解決；另外通過建立BIM參數(shù)化的族構(gòu)件、對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行深化施工，利用場布、BIM5D、夢龍等BIM軟件進(jìn)行三維施工模擬，有效提取工程信息；將產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目工程由現(xiàn)場粗放的現(xiàn)澆土建工程轉(zhuǎn)變成細(xì)致可控的裝配式結(jié)構(gòu)的安裝工程，在此建造中，能夠充分體現(xiàn)出縮短工期、控制成本、提高質(zhì)量、保證安全等目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)快速有效地可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢。

目前國家在大力提倡建設(shè)項(xiàng)目總承包EPC模式，在裝配式的建筑項(xiàng)目中運(yùn)用EPC模式，可以從建設(shè)項(xiàng)目的層面來達(dá)到全產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)籌規(guī)劃，EPC模式與BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目中的信息化管理模式的思路不謀而合，EPC模式能夠?qū)㈨?xiàng)目設(shè)計(jì)采購施工等各方資源進(jìn)行整合，最大限度的發(fā)揮各個(gè)環(huán)節(jié)的巨大優(yōu)勢，而BIM技術(shù)可以利用全生命周期的信息手段對EPC裝配式建筑進(jìn)行各方法人溝通協(xié)調(diào)，多方位全覆蓋實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和信息化的深度融合。

2 基于BIM技術(shù)的建筑裝配化設(shè)計(jì)方法

BIM可以將裝配式建筑的核心思想“集成”串成一條主線，這條主線上有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、裝修和管理各環(huán)節(jié)；可以通過工程量信息的交互和節(jié)點(diǎn)連接模擬及檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)信息化協(xié)同設(shè)計(jì)、可視化裝配、全過程、全方位的信息化集成；通過數(shù)字化信息化模擬，服務(wù)于整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、拆除等全生命周期的每個(gè)過程。

2.1 建立BIM與標(biāo)準(zhǔn)化可視化設(shè)計(jì)

裝配式構(gòu)件可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，可以利用BIM相關(guān)軟件的建族功能來逐步構(gòu)建裝配式預(yù)制構(gòu)件的種類、規(guī)格和數(shù)量，利用可視化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和精細(xì)化模塊化設(shè)計(jì)理念；另外可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)和綠色節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)，給各方參與者提供一個(gè)三維的信息集成平臺，包含建筑在材料、工藝設(shè)備、成本等方面的各層信息，促使無論是建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、材料供應(yīng)方都能在此平臺上進(jìn)行協(xié)同工作。

2.2 建立BIM與工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修的密切聯(lián)系

在工廠規(guī)?；a(chǎn)方面，一是在通過BIM模型對建筑構(gòu)件進(jìn)行信息化表達(dá)，將比較抽象的二維圖紙信息集中到一個(gè)模型中，更加緊密地實(shí)現(xiàn)與預(yù)制工廠的協(xié)同對接；二是借助機(jī)械化的生產(chǎn)方式，將BIM數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入大型的生產(chǎn)設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化生產(chǎn)。

在裝配化施工方面，一是在BIM模型中導(dǎo)入施工進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行施工現(xiàn)場組織和工序模擬，將空間和時(shí)間信息進(jìn)行有效整合，形成可視化的4D模型，利用VR技術(shù)預(yù)先掌握主要的施工控制方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題提出進(jìn)行優(yōu)化，提前對安排的均衡性和工序的正確性進(jìn)行合理評估判斷；二是施工安裝培訓(xùn)，安裝和施工管理人員可以通過VR虛擬建造技術(shù)，清晰地掌握裝配式建筑的組裝構(gòu)成，避免因?yàn)槔斫饣驕贤ㄕ`差造成的工期延誤；三是利用BIM三維技術(shù)模擬施工過程中的碰撞檢測對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工模擬，對在二維各專業(yè)圖紙中不易察覺的碰撞問題進(jìn)行收集更正，增加熟悉度，提高工作效率。

在一體化裝修方面，實(shí)行土建裝修一體化可以提高全過程的生產(chǎn)效率，通過可視化的便利進(jìn)行室內(nèi)渲染、模擬安裝，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化和安裝指導(dǎo)，將室內(nèi)居室空間分解為類似廚房模塊、衛(wèi)生間模塊的獨(dú)立功能模塊，綜合考慮采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便工廠化的生產(chǎn)。

2.3 建立BIM與裝配式建筑信息化管理模式

建立信息化的管理模式，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是經(jīng)濟(jì)算量分析，做到準(zhǔn)確估量，通過分類統(tǒng)計(jì)快速進(jìn)行方案比選確定出項(xiàng)目的工程量清單，實(shí)現(xiàn)成本初步控制；二是在生產(chǎn)運(yùn)輸、施工管理等重要環(huán)節(jié)利用提前在預(yù)埋構(gòu)件中的數(shù)字化芯片進(jìn)行質(zhì)量狀態(tài)跟蹤記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提高建筑質(zhì)量；三是利用BIM技術(shù)與云技術(shù)相結(jié)合，將信息在云端進(jìn)行傳輸和共享，借助移動設(shè)備實(shí)時(shí)查看項(xiàng)目所需要的信息，實(shí)現(xiàn)可移動辦公，提高項(xiàng)目精度。

3 BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用案例

關(guān)于BIM技術(shù)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，下面以南通政務(wù)中心停車綜合樓項(xiàng)目為例來介紹，該項(xiàng)目總建筑面積48 972.21 m2，其中地下建筑面積6 886.94 m2，地上建筑面積42 085.27 m2，項(xiàng)目位于南通市政務(wù)中心北側(cè)地塊，建筑總高度57.15 m(見圖1，圖2)。

該項(xiàng)目采用裝配整體式框架—現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制率達(dá)到53.3%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及欄桿等部品部件裝配率達(dá)到93%。通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，“少規(guī)格、多組合”，從而達(dá)到減少預(yù)制構(gòu)件種類，降低施工難度，節(jié)約建造成本的目標(biāo)；裝配式結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工中進(jìn)行創(chuàng)新模式，提前做好土建與裝修的一體化設(shè)計(jì)模塊，在一線現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)無外腳手架和外模板、無抹灰和現(xiàn)場砌筑的環(huán)保綠色施工，減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)縮短工期。

在建筑設(shè)計(jì)階段本項(xiàng)目以Revit軟件為軟件操作平臺，在此平臺上進(jìn)行建筑性能和外觀設(shè)計(jì)、安裝工程機(jī)電給排水暖通等光線碰撞檢測，裝飾裝修空間模塊對比優(yōu)化，結(jié)合Lumion和3Dmax進(jìn)行可視化空間渲染和漫游等BIM應(yīng)用，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)方面提供了極大的前瞻性和精細(xì)化程度；對于裝配式項(xiàng)目中的重要構(gòu)件節(jié)點(diǎn)和預(yù)制裝構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，利用Cartier軟件平臺實(shí)現(xiàn)重要梁柱節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部精細(xì)化設(shè)計(jì)和安裝模擬等一系列功能，來確保后期現(xiàn)場安裝施工能和前期設(shè)計(jì)吻合，少出現(xiàn)或者不出現(xiàn)施工碰撞和返工浪費(fèi)；在施工階段，施工單位利用魯班或者廣聯(lián)達(dá)等相關(guān)軟件的VR模擬實(shí)現(xiàn)可視化模擬，節(jié)約項(xiàng)目工期，保證質(zhì)量提高效率(見圖3，圖4)。

本項(xiàng)目工程之所以能夠成功申報(bào)了國家住建部裝配式建筑科技示范項(xiàng)目和江蘇省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范項(xiàng)目，是因?yàn)樵陧?xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的前期采用了充分的先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和技術(shù)，在建造過程中實(shí)現(xiàn)以最少的人力和物力資源投入，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保高效有序的目標(biāo)。

4 BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中存在的問題和總結(jié)

目前BIM技術(shù)在裝配式項(xiàng)目運(yùn)用中還是存在一些問題：一是軟件間的數(shù)據(jù)格式差異，在數(shù)據(jù)傳送中因?yàn)樾畔?shù)據(jù)的丟失導(dǎo)致的返工率上升；二是設(shè)計(jì)人員還需要擺脫傳統(tǒng)刻板的設(shè)計(jì)思維，對BIM技術(shù)在裝配式建筑中如何實(shí)際有效的應(yīng)用掌握度還不夠；三是目前設(shè)計(jì)人員對于BIM軟件的應(yīng)用大多還停留在建模階段，對于具體在裝配式項(xiàng)目中如何高效的運(yùn)用還有很多的不足。

針對以上出現(xiàn)的一些問題，目前國家已經(jīng)出臺了一些激勵(lì)政策，加快BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)，在高校內(nèi)開展了相關(guān)的課程，并且國務(wù)院出臺了一系列的政策在加強(qiáng)市場導(dǎo)向，提出大力發(fā)展裝配式混凝土建筑，另外在具備條件的地方提倡發(fā)展現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)體系建筑，堅(jiān)持在建造方式上有所創(chuàng)新，堅(jiān)持管理信息化、應(yīng)用智能化、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、裝修一體化，不斷提高裝配式建筑在未來新建建筑中所占據(jù)的份額。目前還需要加大建筑業(yè)技術(shù)研發(fā)投入的力度，政府增加科研機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域的研究經(jīng)費(fèi)，提高產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)的成果輸出；另外亟需盡快完善建設(shè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，為在項(xiàng)目中各階段可能出現(xiàn)的糾紛的處理提供保障和依據(jù)。