BIM技術(shù)在裝配式建筑技術(shù)的應(yīng)用分析

喬斌

摘要：推廣預(yù)制裝配式的建筑體系，推動(dòng)建筑工業(yè)化，是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)到高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要。BIM技術(shù)是解決裝配式建筑一體化設(shè)計(jì)、全過(guò)程信息化管理的有效手段。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、施工脫節(jié)、BIM模型的利用率偏低及BIM軟件間數(shù)據(jù)的交互性差等問(wèn)題。文章指出BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用的發(fā)展方向?yàn)槿芷趹?yīng)用，以實(shí)現(xiàn)BIM模型的最大化利用，并提出相應(yīng)解決措施，為推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);裝配式建筑;全生命周期;制約問(wèn)題;措施

近十幾年來(lái)，“裝配式”和“BIM”無(wú)疑是建筑工程應(yīng)用領(lǐng)域最熱的兩個(gè)話題，一個(gè)被定義為傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向，另一個(gè)被譽(yù)為繼CAD之后設(shè)計(jì)領(lǐng)域的二次革命。隨著相關(guān)工程項(xiàng)目實(shí)踐的增多，行業(yè)內(nèi)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到兩者存在極佳的契合點(diǎn)，BIM技術(shù)是裝配式建筑的必備手段，裝配式建筑也是BIM技術(shù)的最好載體。BIM技術(shù)已經(jīng)不再是裝配式建筑標(biāo)榜自己技術(shù)含量的一種方式，而是保證工程質(zhì)量所必需的一種手段。

1 存在的問(wèn)題

目前基于BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑全流程應(yīng)用已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，尚存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

1.1 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、施工的脫節(jié)

裝配式建筑在國(guó)內(nèi)發(fā)展較快，技術(shù)體系繁多，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有不同的要求，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)裝配式技術(shù)體系不夠了解，也沒(méi)有充分考慮預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備條件、預(yù)制工藝及現(xiàn)場(chǎng)的裝配工藝，仍然延續(xù)以往的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，造成拆分后的構(gòu)件規(guī)格不夠標(biāo)準(zhǔn)化、模具重復(fù)利用率低、生產(chǎn)施工埋件考慮不全、生產(chǎn)施工效率低等一系列問(wèn)題，無(wú)疑增加了項(xiàng)目成本，無(wú)法體現(xiàn)裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)。

1.2 BIM建模的高成本與低利用率

BIM模型的建立耗費(fèi)大量的人工，而目前大部分只用于整個(gè)建設(shè)過(guò)程中的某個(gè)階段，并沒(méi)有做到完全利用，導(dǎo)致投入產(chǎn)出不成正比，經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，相反給企業(yè)和項(xiàng)目造成額外的負(fù)擔(dān)。也有個(gè)別企業(yè)將已有構(gòu)件深化圖紙翻成BIM模型，僅用于對(duì)外三維展示、宣傳，無(wú)疑增加了企業(yè)的成本，也是BIM技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)誤區(qū)。

1.3 BIM軟件間數(shù)據(jù)的交互性差

BIM技術(shù)涉及裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等多個(gè)階段，目前不太可能通過(guò)單一BIM軟件完成，需要不同階段、不同專業(yè)的BIM軟件間相互配合，這就涉及BIM數(shù)據(jù)的交互性。雖然大多數(shù)BIM軟件公司都宣稱能通過(guò)IFC、API等格式與其他 BIM 軟件相互轉(zhuǎn)換，但效果并不理想，存在部件無(wú)法完全導(dǎo)出、屬性無(wú)法識(shí)別、數(shù)據(jù)丟失等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致不同功能模塊重復(fù)建模，信息也無(wú)法準(zhǔn)確流通。

2 發(fā)展方向：BIM模型的最大化利用

只有同一個(gè)BIM模型在裝配式建筑的全生命周期各個(gè)階段都得到充分利用，才能發(fā)揮其最大價(jià)值。建設(shè)項(xiàng)目全生命周期管理，指貫穿于項(xiàng)目整個(gè)建設(shè)過(guò)程的，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及拆除后再利用的全生命周期中的信息與過(guò)程。該理念的核心思想是信息的管理，通過(guò)建立集成虛擬的建筑信息模型來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)—施工—管理過(guò)程的集成，減少信息在這些過(guò)程中的交流障礙。主要包括以下兩個(gè)方面：①項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中建立相關(guān)建設(shè)工程信息;②在項(xiàng)目全生命過(guò)程中共享和管理這些信息，從而達(dá)到提高項(xiàng)目建造效率、質(zhì)量和獲利能力的目標(biāo)。BIM技術(shù)在裝配式建筑中的全流程應(yīng)用包括以下幾點(diǎn)：

2.1 前期設(shè)計(jì)階段

基于BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑的方案設(shè)計(jì)，利用其三維可視化功能便于業(yè)主對(duì)建筑方案的快速確認(rèn);所有專業(yè)開展基于統(tǒng)一BIM模型的協(xié)同設(shè)計(jì)工作;BIM模型及生成的二維圖紙將同時(shí)交付及歸檔。

2.2 深化設(shè)計(jì)階段

將已有BIM模型以每層為單位拆分為梁、板、柱、墻等各個(gè)構(gòu)件，進(jìn)一步細(xì)化成包含鋼筋、預(yù)埋件等全部設(shè)計(jì)信息的構(gòu)件BIM模型;進(jìn)行碰撞檢測(cè)，可分為單個(gè)構(gòu)件內(nèi)部鋼筋、埋件間的碰撞檢測(cè)和整體拼裝后構(gòu)件間的碰撞檢測(cè);出具預(yù)制構(gòu)件深化詳圖及材料清單表。

2.3 預(yù)制生產(chǎn)階段

利用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目所需物料的自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)，完成物料的精細(xì)化采購(gòu);根據(jù)工廠設(shè)備條件，在預(yù)制構(gòu)件BIM模型基礎(chǔ)上完成模具的深化設(shè)計(jì);利用BIM模型的三維可視化功能，指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件的鋼筋籠加工及埋件布置;將BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)如機(jī)械手自動(dòng)布模、拆模、鋼筋網(wǎng)片自動(dòng)加工、布料機(jī)自動(dòng)澆筑等。

2.4 裝配施工階段

利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地布置，確定預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸車輛的行走路徑、堆場(chǎng)位置及塔吊布置等;進(jìn)行5D施工模擬，確定施工方案及預(yù)制構(gòu)件吊裝順序，進(jìn)而反推出預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)及運(yùn)輸順序;實(shí)現(xiàn)施工流程的可視化管理，為各參建方提供一個(gè)的通暢、直觀的協(xié)同工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)精益化、智能化建造。

2.5 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

實(shí)現(xiàn)基于BIM模型的可視化交房驗(yàn)收，配合后期的空間改造及構(gòu)件維護(hù)等;在物業(yè)管理中，BIM軟件與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，通過(guò)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)行科學(xué)管理決策，并根據(jù)所記錄的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)備的能耗、性能、環(huán)境成本績(jī)效評(píng)估，及時(shí)采取控制措施。

3 實(shí)現(xiàn)的條件

3.1 上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整合優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn) BIM 模型的最大化利用，要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等各個(gè)部門相互緊密配合，建立BIM應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和共享化。只有打通上下游的“筋絡(luò)”，疏通彼此的責(zé)任分工及利益關(guān)系，才能使BIM模型在裝配式建筑全生命周期中無(wú)阻礙地流動(dòng)起來(lái)。大型綜合性建筑企業(yè)內(nèi)部有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工部門，通過(guò)進(jìn)一步的整合優(yōu)化，比較容易形成內(nèi)部的配合。此外，原本獨(dú)立的設(shè)計(jì)院、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)、施工單位等應(yīng)當(dāng)協(xié)同合作，互利共享，減少因企業(yè)多元化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和成本壓力。

3.2 BIM 軟件間數(shù)據(jù)的可交互性

考慮到各自的專利、利益等因素，目前BIM軟件公司之間做到徹底的數(shù)據(jù)共享、兼容、開放及標(biāo)準(zhǔn)化有一定難度，這給BIM模型在裝配式建筑全生命周期應(yīng)用造成了一定困難。這也促進(jìn)了BIM軟件公司產(chǎn)品的多元化，以涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等各個(gè)階段，使自己內(nèi)部的數(shù)據(jù)具有更好的交互性，給用戶更好的體驗(yàn)。例如歐特克公司收購(gòu)了Revit、Naviswork等軟件公司，Trimble公司收購(gòu)了Tekla、Sketchup等公司。此外，還可以開發(fā)制定更為簡(jiǎn)單、通用、開放的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，回歸數(shù)據(jù)的本質(zhì)，破除數(shù)據(jù)交互障礙。但無(wú)論哪種方式，BIM軟件間數(shù)據(jù)的可交互性都是實(shí)現(xiàn)BIM模型最大化利用的基本條件。

當(dāng)前階段BIM軟件的選擇宜遵循細(xì)節(jié)可操控、軟件成系統(tǒng)的原則。細(xì)節(jié)可操控即：滿足裝配式建筑的精細(xì)化、差異化需求，軟件要有足夠的可操作空間，能充分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的意圖。軟件成系統(tǒng)即：所選擇的各階段和各專業(yè)BIM軟件要能形成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，內(nèi)部各個(gè)軟件間數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)無(wú)損流轉(zhuǎn)。

3.3 綜合型高級(jí)技術(shù)人員的協(xié)調(diào)運(yùn)作

這里的綜合型高級(jí)技術(shù)人員絕不是僅會(huì)操作 BIM軟件、根據(jù)已有圖紙翻成三維模型的翻模員，而是在熟悉裝配式建筑技術(shù)體系特點(diǎn)、預(yù)制工廠生產(chǎn)設(shè)備條件、預(yù)制構(gòu)件制作工藝、現(xiàn)場(chǎng)裝配施工工藝等的基礎(chǔ)上，能夠利用 BIM 技術(shù)這一手段，進(jìn)行裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全流程協(xié)調(diào)運(yùn)作。其本身既是設(shè)計(jì)人員，又兼項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)、把控的職能。這對(duì)設(shè)計(jì)人員，特別是結(jié)構(gòu)專業(yè)的要求非常高。

4 結(jié)束語(yǔ)

裝配式建筑和 BIM 技術(shù)經(jīng)過(guò)近十幾年的發(fā)展，已取得一定的階段性成果，也面臨著一些共性問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程中需要政府政策的持續(xù)穩(wěn)定支持，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的支撐，也需要 BIM 軟件的持續(xù)開發(fā)和優(yōu)秀技術(shù)人才的進(jìn)入，才能最終實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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