基于裝配式建筑的BIM技術(shù)應(yīng)用研究

【摘要】裝配式建筑是目前我國(guó)乃至世界建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在這一發(fā)展過(guò)程中，管理方式、信息共享等方面需求的提升，導(dǎo)致其在全生命周期里對(duì)施工技術(shù)有著更高的要求。而B(niǎo)IM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑相關(guān)工作的核心技術(shù)，其能夠?qū)ρb配式建筑的各個(gè)階段進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并對(duì)各個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)把控，對(duì)促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】BIM;裝配式建筑;三維模型

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.091

1、引言

十九大報(bào)告指出，我國(guó)特色社會(huì)主義已進(jìn)入發(fā)展新時(shí)代，經(jīng)濟(jì)也從高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展階段。在建筑行業(yè)里面，傳統(tǒng)澆筑建筑因資源利用率低、建筑殘?jiān)y以處理等問(wèn)題，已不符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的理念。而建筑業(yè)作為我國(guó)龍頭行業(yè)之一，也有著從轉(zhuǎn)型升級(jí)到高質(zhì)量發(fā)展層次的迫切需求。而裝配式建筑由于資源利用率高、施工速度快、質(zhì)量有保證、污染小等特點(diǎn)越來(lái)越得到全社會(huì)的關(guān)注。

2、裝配式建筑與BIM技術(shù)的結(jié)合分析

Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM，在我國(guó)認(rèn)可度較高的譯名為建筑信息化模型。它是以建筑項(xiàng)目全生命周期的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)手段構(gòu)建出建筑的三維信息模型，相關(guān)人員可通過(guò)此模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看和修改。

裝配式建筑指在靠近施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件工廠(chǎng)進(jìn)行各個(gè)部件的預(yù)制化生產(chǎn)，通過(guò)各種交通方式運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配件組裝，并利用相關(guān)材料進(jìn)行連接固定。裝配式建筑的特點(diǎn)為在設(shè)計(jì)方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)方面進(jìn)行工廠(chǎng)化、施工方面進(jìn)行裝配化、裝修方面進(jìn)行一體化、管理方面進(jìn)行信息化。

由于起步較晚，再加上裝配式建筑技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等較落后，我國(guó)裝配式建筑還達(dá)不到裝配式建筑的理想狀態(tài)，目前存在著按照傳統(tǒng)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，再將設(shè)計(jì)拆分成裝配式設(shè)計(jì)提供給預(yù)制構(gòu)件廠(chǎng)，造成構(gòu)件誤差較大不滿(mǎn)足施工需求;各承建單位配合度差，信息時(shí)效性低;需要多層設(shè)計(jì)，綜合成本高等相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)，由于施工人員的整體技術(shù)水平較低，施工工法不夠完善，所以裝配式施工對(duì)施工人員來(lái)說(shuō)是一種很大的挑戰(zhàn)。如果采用BIM技術(shù)并將BIM的可視化、協(xié)同性、信息完備性等優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，可以有效的處理裝配式建筑設(shè)計(jì)參數(shù)不完善、信息量大、信息復(fù)雜等問(wèn)題，并通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)模擬，加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)，使得建筑從設(shè)計(jì)階段到運(yùn)維階段的工作效率大幅提高。因此，將BIM技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑中去是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。

3、BIM技術(shù)在裝配式建筑中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

3.1.1 方案設(shè)計(jì)階段

對(duì)于大部分的現(xiàn)場(chǎng)施工人員而言，普通的二維圖紙是比較難理解的，他們很難在腦海里將二維圖紙的線(xiàn)條與三維建筑建立起聯(lián)系。而B(niǎo)IM技術(shù)的可視化特點(diǎn)則極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)圖紙的理解。所以，在裝配式建筑的初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位可以依賴(lài)BIM技術(shù)建立三維方案模型，方便業(yè)主的理解及施工單位的操作。更可以在此基礎(chǔ)上，與業(yè)主進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的溝通，確定方案的可行性，從而避免后期業(yè)主要求更改設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

3.1.2 裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)的建立

BIM技術(shù)使得裝配式建筑結(jié)構(gòu)模型可以高效實(shí)現(xiàn)，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的“族”庫(kù)可以在進(jìn)行重復(fù)性建模和建模工程量大時(shí)提高建模效率、減少建模時(shí)間，而且軟件中碰撞校核管理器可以依據(jù)構(gòu)建的建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞信息檢查，避免出現(xiàn)施工時(shí)構(gòu)件的連接區(qū)域出現(xiàn)鋼筋碰撞。由于BIM Structures技術(shù)尚不能滿(mǎn)足信息模型的深化設(shè)計(jì)要求，所以可以利用Tekla Structures軟件，先在Revite中建立出初步的構(gòu)件族，再在Tekla Structures中根據(jù)參數(shù)化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼筋配置。在后續(xù)的建模過(guò)程中，將二者進(jìn)行結(jié)合即可做出參數(shù)化構(gòu)件，形成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)。

3.2 BIM技術(shù)在構(gòu)件生產(chǎn)階段的應(yīng)用

當(dāng)前，預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)流程大致為：構(gòu)件廠(chǎng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行模具設(shè)計(jì)——制造加工模具——完成預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)。這一整個(gè)流程存在著構(gòu)件廠(chǎng)對(duì)模具設(shè)計(jì)的速度較慢，模具加工制造時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)施工工期會(huì)造成不利的影響。同時(shí)，構(gòu)件廠(chǎng)與施工單位缺乏信息的交流，常常造成施工單位構(gòu)件需求與構(gòu)件廠(chǎng)生產(chǎn)計(jì)劃不符。

基于BIM技術(shù)的協(xié)同化可以建立起設(shè)計(jì)單位、施工單位及構(gòu)件生產(chǎn)單位三方共享的信息平臺(tái)，當(dāng)構(gòu)件族庫(kù)建立完成后，構(gòu)件生產(chǎn)廠(chǎng)家可以從平臺(tái)直接調(diào)用族庫(kù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化尺寸的模具設(shè)計(jì)。構(gòu)件生產(chǎn)廠(chǎng)還可施工單位進(jìn)行溝通交流，依據(jù)施工單位的施工需求調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，既減少了庫(kù)存，也滿(mǎn)足了施工需求。

3.3 BIM技術(shù)在實(shí)際施工階段的應(yīng)用

3.3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用于施工過(guò)程模擬

裝配式建筑的構(gòu)件數(shù)量多，很多都需要機(jī)械進(jìn)行吊裝，吊裝工程量大，而且對(duì)構(gòu)件裝配精度的要求較高。由于缺乏直觀準(zhǔn)確的技術(shù)交底，在吊裝過(guò)程中容易出現(xiàn)構(gòu)件碰撞，導(dǎo)致構(gòu)件損傷，而且若場(chǎng)地布置不合理，會(huì)影響吊裝效率，造成工期的后延。

在實(shí)際施工時(shí)，可以通過(guò)BIM技術(shù)的碰撞模擬技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行演示，以便發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷并及時(shí)調(diào)整，避免事故和返工現(xiàn)象的出現(xiàn)。例如在構(gòu)件吊裝方面，可以在三維模型中輸入吊裝的數(shù)據(jù)，結(jié)合吊裝方案進(jìn)行吊裝演示。明確方案后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員在項(xiàng)目全程施工中可以通過(guò)BIM終端智能設(shè)備進(jìn)行輔助管理。在模擬施工過(guò)程時(shí)，要結(jié)合施工要求綜合考慮塔吊的吊裝范圍，對(duì)場(chǎng)地構(gòu)件運(yùn)輸?shù)穆肪€(xiàn)進(jìn)行合理的前期規(guī)劃，并做好計(jì)劃保證各施工工序的有序銜接。

3.3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于施工材料管理

在裝配式預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中，預(yù)制構(gòu)件廠(chǎng)的倉(cāng)庫(kù)常常會(huì)堆積許多原材料和構(gòu)件。這在分類(lèi)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件時(shí)會(huì)浪費(fèi)很多人力財(cái)力資源，并且容易出現(xiàn)問(wèn)題，構(gòu)件廠(chǎng)可以利用BIM技術(shù)結(jié)合工程項(xiàng)目具體情況，提前準(zhǔn)備好下一個(gè)生產(chǎn)工序所需的資源數(shù)量，防止出現(xiàn)材料短缺或材料短時(shí)間過(guò)剩的問(wèn)題。實(shí)際施工時(shí)，若施工計(jì)劃發(fā)生變動(dòng)，施工單位的驗(yàn)收人員要根據(jù)變動(dòng)情況及時(shí)調(diào)整后續(xù)的材料入廠(chǎng)計(jì)劃，保證庫(kù)存材料能夠滿(mǎn)足施工需求。施工完成后，可以利用BIM技術(shù)對(duì)各種資源的消耗數(shù)量進(jìn)行記錄匯總，經(jīng)過(guò)與理論消耗數(shù)量的對(duì)比分析，為后續(xù)施工的資源需求做好準(zhǔn)備。

3.4 BIM技術(shù)在綠色建筑運(yùn)維階段的應(yīng)用

當(dāng)裝配式建筑順利通過(guò)驗(yàn)收后，該建筑將進(jìn)入后期的運(yùn)維階段。在這一過(guò)程中，建筑可能會(huì)因未知情況產(chǎn)生各種問(wèn)題。此時(shí)，管理方可以根據(jù)變化情況及時(shí)的利用BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行使用情況檢測(cè)，并可對(duì)裝配式建筑的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在第一時(shí)間獲取相關(guān)信息，并在信息平臺(tái)做好記錄。若后期因相關(guān)需求需要對(duì)建筑加以維修改造時(shí)，可以利用BIM技術(shù)在已建成的三維信息模型中模擬相關(guān)流程，從而得到更加具體的數(shù)據(jù)并進(jìn)行具體的處理措施。對(duì)于運(yùn)維管理人員來(lái)說(shuō)，可將建筑內(nèi)的消防、電梯、通信等設(shè)備與BIM平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，用BIM技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能來(lái)判斷該設(shè)備是否正常運(yùn)行。

4、現(xiàn)階段BIM技術(shù)在裝配式建筑中所面臨的阻力

4.1 標(biāo)準(zhǔn)的缺乏

目前，我國(guó)在此方面缺乏系統(tǒng)性、專(zhuān)業(yè)性的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)關(guān)于BIM的國(guó)家、地方、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，難以滿(mǎn)足行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化要求，導(dǎo)致一個(gè)項(xiàng)目只能根據(jù)同一家公司的軟件進(jìn)行部分設(shè)計(jì)和建造的應(yīng)用，很難實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全階段的統(tǒng)一、全面應(yīng)用。當(dāng)前設(shè)計(jì)、施工等參建單位，仍然習(xí)慣采用傳統(tǒng)澆筑建筑的設(shè)計(jì)和建造方法，僅將BIM技術(shù)作為一個(gè)不必要的輔助手段。而建設(shè)單位和運(yùn)維方很少使用BIM技術(shù)。同時(shí)，因?yàn)椴煌＼浖牡讓铀惴ú煌?，交付?biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致BIM單獨(dú)使用，上一階段單位的成果，下一階段的單位很難直接使用。

4.2 BIM軟件發(fā)展不足

目前常見(jiàn)的所使用的BIM技術(shù)軟件，因?yàn)轶w量龐大，對(duì)電腦配置要求較高，且由于是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人士來(lái)主導(dǎo)編程，固定性的功能布局，與實(shí)際施工人員習(xí)慣有所不同，使得大部分設(shè)計(jì)人員不愿使用BIM軟件進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

4.3 人力資源的缺乏

BIM技術(shù)人才儲(chǔ)備不滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)需要。BIM要求操作人員既需要懂得施工專(zhuān)業(yè)技術(shù)，又要熟練的使用軟件。雖然我國(guó)已經(jīng)在相關(guān)應(yīng)用技術(shù)型院校大力的推廣BIM技術(shù)，但根據(jù)實(shí)際社會(huì)情況，要達(dá)到全面普及BIM技術(shù)仍需要不短的一段時(shí)間。

5、相關(guān)問(wèn)題的解決方法

5.1完善相關(guān)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

政府部門(mén)應(yīng)當(dāng)充分的發(fā)揮引領(lǐng)作用，牽頭組織BIM和建筑方面的技術(shù)人才進(jìn)行研討，完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并做好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)解釋?zhuān)阌谧尭鹘ㄖ袠I(yè)的單位明確編制和交付標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，政府部門(mén)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)出臺(tái)推動(dòng)BIM技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合的有利政策，從國(guó)家方面推動(dòng)裝配式建筑向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變。

5.2 提升軟件水平和培養(yǎng)技術(shù)人才

加強(qiáng)BIM軟件在裝配式建筑方面的適應(yīng)性。編程人員要對(duì)軟件做出相關(guān)優(yōu)化，比如減小體量、提升運(yùn)行速度等，以降低軟件對(duì)電腦配置要求。還可以將各功能分區(qū)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，讓使用人員可以根據(jù)自己的習(xí)慣進(jìn)行功能的設(shè)置。

人才培養(yǎng)不能只政府來(lái)做，各裝配式企業(yè)也要認(rèn)識(shí)到BIM技術(shù)的重要性，不斷招募BIM技術(shù)高端人才，同時(shí)制定相應(yīng)的人才培養(yǎng)和發(fā)展計(jì)劃，加強(qiáng)本企業(yè)員工的培養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)：

我國(guó)已經(jīng)從國(guó)家層面開(kāi)始大力推進(jìn)BIM技術(shù)和裝配式建筑的發(fā)展，將BIM技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合，是裝配式建筑未來(lái)發(fā)展的方向，在未來(lái)的建設(shè)管理中BIM技術(shù)將發(fā)揮重要作用。將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的全生命周期，可以有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念，減少各個(gè)階段對(duì)環(huán)境的破壞，提高資源利用率。當(dāng)然，若要實(shí)現(xiàn)將BIM技術(shù)與裝配式建筑在更高層面更加緊密的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的信息化，仍需各方人員在實(shí)踐和研究中努力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張聚賢.BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期的應(yīng)用研究[J].重慶建筑，2020（8）： 17-19.

作者簡(jiǎn)介：

徐超（2001-），主要從事土木工程、工程造價(jià)研究。

通訊作者：屈永平（1984-），工學(xué)博士，主要從事土木工程、工程造價(jià)教學(xué)研究。

基金項(xiàng)目：

四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（2017KJ21）;德陽(yáng)重點(diǎn)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2015zz035）;德陽(yáng)市應(yīng)用與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目 （2017zz063）;四川省教育廳科研項(xiàng)目（18ZA0326）