基于BIM 技術(shù)下的裝配式建筑智慧建造分析

張文昌，白青松

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

智慧建造理念是基于智慧城市提出來的，目前學(xué)術(shù)界對智慧建造的定義尚未達成統(tǒng)一。以智慧城市為視角，智慧建造解讀為綜合利用信息化技術(shù)采集建筑各個階段的信息，攻克“信息孤島”問題，從而實現(xiàn)建筑信息在工程項目所有參建方中及時、高效地流轉(zhuǎn)。裝配式建筑指的是將預(yù)制構(gòu)件運輸至工程現(xiàn)場并選擇一定的連接方式組裝成的建筑，而BIM 技術(shù)具備可視化與協(xié)調(diào)性優(yōu)勢，且BIM 數(shù)據(jù)庫能集成建筑工程各項信息。由此，BIM 技術(shù)已經(jīng)成為裝配式建筑智慧建造的一種有效手段[1]。

2 裝配式建筑中BIM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用范圍

BIM 技術(shù)的應(yīng)用引領(lǐng)了建筑行業(yè)的革命性發(fā)展?，F(xiàn)階段，在不同類型的裝配式建筑中都已經(jīng)實現(xiàn)了BIM 技術(shù)的實踐應(yīng)用，例如裝配式的木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)等，而在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用比較普遍。此外，在建筑工程項目的所有階段中都可以應(yīng)用BIM 技術(shù)，例如建筑工程的設(shè)計階段、施工階段等。

2.2 應(yīng)用廣度

從裝配式建筑方面分析，在建設(shè)的各個階段BIM 協(xié)同設(shè)計正在嘗試應(yīng)用。以裝配式建筑設(shè)計階段為例，BIM 技術(shù)的應(yīng)用方面分為管線優(yōu)化、預(yù)制構(gòu)件拆分與碰撞檢測等；以裝配式建筑施工階段為例，主要包含了工程現(xiàn)場中預(yù)制構(gòu)件堆放與施工模擬等，實現(xiàn)施工提前規(guī)劃。

3 BIM 技術(shù)裝配式建筑關(guān)鍵點

3.1 建立BIM 平臺

從本質(zhì)上分析，BIM 貫穿工程項目建設(shè)的所有階段，比如工程項目設(shè)計、建造以及運維等全過程。裝配式建筑的實現(xiàn)需要通過技術(shù)平臺進行方案設(shè)計與分析，例如完成建筑工程項目抗震分析、能耗分析、可視度分析與舒適度分析。而通過建立BIM 平臺，把三維建筑模型有效地導(dǎo)入建筑設(shè)計軟件，就能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程項目光源分析、室內(nèi)溫度與濕度分析、通風(fēng)分析以及噪聲分析等（如圖1 所示），從而實現(xiàn)裝配式建筑智慧設(shè)計[2]。

3.2 BIM 數(shù)據(jù)生成

圖1 裝配式建筑智慧設(shè)計模擬方法

BIM 技術(shù)具備可視化、協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢，且創(chuàng)建BIM 數(shù)據(jù)庫能夠有效采集建筑工程項目各個階段的信息，是實現(xiàn)裝配式建筑智慧設(shè)計的一種手段，同時實現(xiàn)了設(shè)計問題的一體化解決。設(shè)計師能夠及時地采集智慧設(shè)計需要的相關(guān)三維模型信息，比如幾何數(shù)據(jù)信息、施工進度信息以及造價信息等，從而實現(xiàn)裝配式建筑智慧設(shè)計[3]。實踐應(yīng)用BIM 技術(shù)，在建筑工程項目的前期能夠結(jié)合建筑工程項目現(xiàn)場地質(zhì)條件與氣候環(huán)境等相關(guān)信息，全面分析智慧建筑設(shè)計的各項組成要素。以建筑采光分析中BIM 技術(shù)的應(yīng)用為例，以BIM 技術(shù)為平臺創(chuàng)建裝配式建筑模型，然后選擇裝配式建筑工程項目中的某一客廳為研究對象，把客廳工作面轉(zhuǎn)化為13X10 點矩陣，與此同時在365 天中選取具備代表性的6 天，基于晴天狀態(tài)下，對客廳工作面點的照度進行計算，通過整理與分析計算結(jié)果，從而總結(jié)出晴天狀態(tài)下客廳的自然采光規(guī)律。利用模擬仿真操作，能夠在最大程度上真實地模擬建筑工程項目環(huán)境，從而為裝配式建筑智慧設(shè)計提供合理、真實、有效的數(shù)據(jù)支持。

4 裝配式建筑智慧建造中BIM技術(shù)的應(yīng)用

以計算機技術(shù)發(fā)展歷程作為依據(jù)，裝配式建筑的發(fā)展階段主要劃分成人工階段、鍵盤階段以及集成階段。通過BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑工程項目生命周期全過程中的不同專業(yè)、不同階段以及所有參建方數(shù)據(jù)信息的一體化集成，促進裝配式建筑傳統(tǒng)建設(shè)模式轉(zhuǎn)型為基于BIM 技術(shù)下的集成建設(shè)模式，從而實現(xiàn)裝配式建筑智慧建造。

4.1 設(shè)計方案優(yōu)化

首先是碰撞檢測?；贐IM 技術(shù)下的裝配式建筑模型，基本包含了結(jié)構(gòu)模型、建筑模型以及施工現(xiàn)場模型等，主要完成相同專業(yè)下的各類構(gòu)件硬碰撞檢測，不同專業(yè)下各類構(gòu)件軟碰撞檢測，以及各類吊裝機械施工的動態(tài)碰撞檢測。然后根據(jù)碰撞檢測報告，以“檢測——優(yōu)化——再檢測”的思路，通過BIM 裝配式建筑多專業(yè)模型實現(xiàn)設(shè)計與施工方案的優(yōu)化，從而確保裝配式建筑施工的有序、有效進行；其次是深化設(shè)計[4]。對于裝配式建筑而言深化設(shè)計與設(shè)計階段、生產(chǎn)階段以及安裝階段是息息相關(guān)的，而應(yīng)用BIM 可視化技術(shù)能夠在很大程度上提升設(shè)計工作效率。以構(gòu)件生產(chǎn)與施工階段為例，在深化設(shè)計時要根據(jù)建模規(guī)范選擇BIM 三維輔助設(shè)計，基于BIM 平臺建立鋼筋、預(yù)留孔洞以及預(yù)埋件等一體化集成BIM 深化模型，當(dāng)采集預(yù)制構(gòu)件各項信息之后，進行碰撞檢測與工程量計算等。同時建立現(xiàn)澆預(yù)制模型，對現(xiàn)澆節(jié)點進行深化設(shè)計，并通過BIM 可視化技術(shù)完成現(xiàn)場裝配的模擬作業(yè)，從而防止預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆連接節(jié)點出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。

4.2 施工進度優(yōu)化

借助BIM5D 或者是Navisworks 軟件創(chuàng)建施工進度4D 模型，實現(xiàn)對施工組織設(shè)計的合理優(yōu)化。針對計劃與實際施工進度偏差、計劃與實際資源偏差進行全過程跟蹤，然后通過對比研究得出最佳施工方案，在有效保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高施工效率。利用BIM 技術(shù)能夠把裝配式建筑擁有的施工進度優(yōu)勢極限放大。不但要完成裝配式建筑工程項目施工全過程的真實模擬分析，也要完成復(fù)雜施工環(huán)節(jié)的模擬分析，比如吊裝埋件與支撐處理等的模擬分析，能夠為施工技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝提供指導(dǎo)，從而提高施工效率與質(zhì)量[5]。

4.3 監(jiān)理控制系統(tǒng)

縱觀現(xiàn)階段的裝配式建筑監(jiān)理工作實際情況，其中仍然存在著許多問題，比較嚴(yán)重的問題有信息存在滯后性、資料造假、預(yù)制構(gòu)件驗收不嚴(yán)等。這一系列問題的發(fā)生都是因為監(jiān)理單位不作為或是不到位，從而進一步導(dǎo)致裝配式建筑工程埋下質(zhì)量與安全隱患。應(yīng)用BIM技術(shù)能夠有效解決這些問題，以BIM 模型為依托進行二次開發(fā)，可以生成與裝配式建筑相契合的監(jiān)理控制系統(tǒng)，其提供了工程項目所有參建方與項目所有階段數(shù)據(jù)的一體化集成功能，并且保證數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確錄入到數(shù)據(jù)庫之中。而參建方的工作人員可以通過權(quán)限訪問數(shù)據(jù)庫，實時了解工程項目進度與數(shù)據(jù)，基于此實現(xiàn)動態(tài)化管控，監(jiān)理工作智能化與可視化互動，建立科學(xué)、可行的BIM監(jiān)理體系。

4.4 “BIM+”技術(shù)

本文研究的“BIM+”技術(shù)主要體現(xiàn)在五個方面，具體如下：

1）BIM+3D 打印

建立裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件BIM 模型，然后利用3D 打印技術(shù)將其360°無死角展示，同時借助CAD 圖紙與電子設(shè)備等完成對裝配式建筑施工的技術(shù)性指導(dǎo)；

2）BIM+無人機

通過無人機的全方位勘察，實現(xiàn)場地規(guī)劃、土方調(diào)度等的優(yōu)化，以及道路的合理選線，由此不僅可以提升施工效率，控制造價，也有利于加強施工現(xiàn)場管理，保證施工質(zhì)量；

3）BIM+智能監(jiān)測

通過提取BIM 模型二次開發(fā)軟件中監(jiān)測點的坐標(biāo)信息、構(gòu)件信息以及變形數(shù)據(jù)等，同時借助信息技術(shù)設(shè)計二維碼，或者是應(yīng)用PFID（射頻識別）技術(shù)，由此只需掃描二維碼就能夠及時獲得監(jiān)測點各項信息；④“BIM+VR”。BIM 模型與VR 技術(shù)的綜合應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑虛擬化、可視化展示，并實現(xiàn)了交互性設(shè)計；⑤“BIM+RFID（射頻識別）”。RFID（射頻識別）技術(shù)與與BIM 數(shù)據(jù)模型的結(jié)合，以預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)為例，針對構(gòu)件的制作、運輸、吊裝等能夠?qū)崿F(xiàn)集約化管理。

4.5 協(xié)同管理

從本質(zhì)上分析，裝配式建筑智慧建造實現(xiàn)的核心點就是建造過程的“一體化集成”，而“一體化集成”的關(guān)鍵點是協(xié)同管理。雖然BIM 技術(shù)有著強大優(yōu)勢，但是如果沒有高度重視協(xié)同管理，是很難實現(xiàn)裝配式建筑所有參建方之間的結(jié)合、建造各個環(huán)節(jié)之間的融合，從而導(dǎo)致智慧建造成為了一種空談。怎樣建立一條完善、成熟的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菍崿F(xiàn)智慧建造的一大瓶頸?，F(xiàn)如今已經(jīng)研發(fā)出了很多先進的BIM 協(xié)同管理軟件，例如廣聯(lián)達公司研發(fā)的BIM5D?；贐IM 技術(shù)下的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，全方面分析設(shè)計、制作以及安裝要求，借助于BIM 模型完成制作與安全的真實模擬，從而提前發(fā)現(xiàn)、解決問題。同時在生產(chǎn)、安裝過程中借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等實現(xiàn)實時跟蹤，保證預(yù)制構(gòu)件制作與裝配精度。

此外，如何促進裝配式建筑各個參建方之間信息的高效傳遞、提升資源整合率是實現(xiàn)智慧建造必須解決的問題?；诖?，BIM 協(xié)同管理軟件應(yīng)一體化集成可視化編輯平臺、各專業(yè)BIM 應(yīng)用軟件與IFC 標(biāo)準(zhǔn)BIM 模型數(shù)據(jù)庫。按照制定的分工規(guī)則，通過云技術(shù)科學(xué)地為各個參建方配置相應(yīng)的管理權(quán)限，實現(xiàn)BIM 協(xié)同平臺數(shù)據(jù)訪問、修改等的規(guī)范化管理，實現(xiàn)信息的有效分享、共享。

基于BIM 技術(shù)下的裝配式建筑設(shè)計，控制了能源損耗，實現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)?！?，使裝配式建筑綠色化。通過BIM技術(shù)實現(xiàn)裝配式建筑資源的有機整合，依托BIM 協(xié)同平臺完成優(yōu)化，與此同時借助BIM 技術(shù)實現(xiàn)裝配式建筑各個環(huán)節(jié)的精細化管理，使裝配式建筑智能化。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，是建立三維模型與動畫展示，也是一種智慧建造方式。BIM 技術(shù)與裝配式建筑的深度結(jié)合，可以提升裝配式建造水平，在建筑行業(yè)中引領(lǐng)新的潮流與新的方向。但是需要注意到，現(xiàn)如今BIM 技術(shù)的應(yīng)用在硬件、技術(shù)以及人才等方面還不是很成熟。而隨著對BIM 技術(shù)研究的不斷深入，軟件的創(chuàng)新性開發(fā)，以及大量的理論實踐，未來BIM 技術(shù)必然會成為實現(xiàn)裝配式建筑智慧建造的有效手段，引領(lǐng)裝配式建筑的智能化、智慧化發(fā)展。