BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計與建造中的應(yīng)用

◎陳霞

長期以來，我國的建筑業(yè)都是按傳統(tǒng)的設(shè)計與施工方式進(jìn)行施工。由于國內(nèi)裝配技術(shù)發(fā)展不成熟，采用裝配式將導(dǎo)致人力資源的短缺。當(dāng)前，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，裝配技術(shù)日趨成熟，人口紅利逐漸消失，勞動年齡急劇下降，政府決定大力發(fā)展裝配式建筑。在此背景下，裝配式建筑逐漸被業(yè)內(nèi)所認(rèn)識和關(guān)注。當(dāng)前，建筑產(chǎn)業(yè)化已成為未來建筑發(fā)展的新潮流。裝配式結(jié)構(gòu)是指將預(yù)制件運送到工地進(jìn)行拼接而成的一種新型結(jié)構(gòu)。不僅對環(huán)境友好，而且節(jié)約了人力。它克服了傳統(tǒng)建筑施工中產(chǎn)生的揚塵、交叉污染和越來越多的污染。從而極大地提高了生產(chǎn)的效率，節(jié)省了大量的勞動力和時間。

一、BIM 技術(shù)的特點

在大力推進(jìn)裝配式建筑施工的同時，BIM 技術(shù)也逐漸系統(tǒng)化，為了使其更好地推廣和應(yīng)用，必須充分利用BIM 技術(shù)。BIM系統(tǒng)是指一個能夠從設(shè)計、施工、管理三個階段運用的數(shù)字化信息技術(shù)。在建筑工程設(shè)計，運用BIM 技術(shù)構(gòu)建模式，可對建筑結(jié)構(gòu)實行建筑仿真，在設(shè)計采用碰撞測試等，從而有效減少了建筑設(shè)計差錯，為工程施工、建設(shè)、后期經(jīng)營等提出了支持，并為各參與方提供BIM 的協(xié)同平臺，提高了協(xié)同工作效率。

1.可視化。

利用BIM 技術(shù)，可以建立一個完整的建筑模型，讓項目的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)能夠完整的顯示出來，從而能夠及時的發(fā)現(xiàn)隱藏工程中的潛在風(fēng)險。而且，BIM 最大的特點就是可以讓設(shè)計人員不用去想空間立體模型，只需要通過軟件就可以看到整個工程的結(jié)構(gòu)，這樣就可以避免使用二維的圖紙，而且為了保證圖紙的可操作性，還會在圖紙上標(biāo)注出相關(guān)的建筑資料，這對工人們來說是很不方便的。與設(shè)計者相比，BIM 技術(shù)可以在很短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)隱藏工程中的問題，從而使設(shè)計人員與模型的交互作用更加緊密，從而更好地掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息。

2.模擬性。

BIM 技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計和施工中具有很多優(yōu)點，它可以通過仿真來實現(xiàn)，從而大大的提高工程建設(shè)的效率。一般認(rèn)為，傳統(tǒng)的裝配式建筑由于技術(shù)和各部門之間的合作，往往要依靠大量的基礎(chǔ)資料才能進(jìn)行。但在實際應(yīng)用中，也有一些問題，即實際應(yīng)用價值低，可行性低。因此，將BIM 技術(shù)運用到這一問題中，可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維仿真試驗，從而確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

3.協(xié)調(diào)性。

由于BIM 技術(shù)具有良好的協(xié)調(diào)能力，因此無論是設(shè)計人員或建筑工人，都可以合理地運用BIM 技術(shù)中的協(xié)調(diào)工作，從而有效應(yīng)對設(shè)計與施工中出現(xiàn)的問題。如果在施工過程中出現(xiàn)了一些難以解決的問題，那么就可以和設(shè)計師進(jìn)行溝通，將BIM 技術(shù)中的問題進(jìn)行合理的分析，然后給出可行的解決方案，同時也可以使用3D 建模，這樣可以讓設(shè)計師和建筑師更好的交流，而使用二維的圖形，則會忽略掉不同的專業(yè)之間的關(guān)系。

二、BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑中的優(yōu)勢

BIM 技術(shù)，也就是所謂的建筑信息模型，它是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)建筑工程的具體要求，利用數(shù)據(jù)和設(shè)備的性能參數(shù)，經(jīng)過一系列的收集、整理、加工、分析、合成，最終形成一個完整的3D 模型，將建筑的真實效果完美地再現(xiàn)。BIM 技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計和施工中具有如下優(yōu)點。

1.構(gòu)件的高精度設(shè)計。

BIM 技術(shù)的運用使裝配式建筑從平面到立體的設(shè)計，使其在設(shè)計和建造方面都得到了進(jìn)一步的提高。通過BIM 技術(shù)，可以搭建一個3D 模擬系統(tǒng)，讓相關(guān)的設(shè)計人員可以將自己的設(shè)計圖上傳到虛擬現(xiàn)實中，查看實際的規(guī)模、布局、尺寸等，直觀看到有沒有碰撞、不合理等問題。另外，通過云計算技術(shù)，可以綜合分析設(shè)計方案中的各種參數(shù)，并通過各種方案的比較，選出最優(yōu)的方案，使裝配式建筑的設(shè)計和各部件的精度偏差保持在合理的范圍之內(nèi)。

2.建筑材料制作。

在建造預(yù)制件的過程中，制造現(xiàn)場會堆滿大量的材料和部件，這種情況下，將預(yù)制品進(jìn)行分類、儲存，不僅需要大量的人力和物力，而且還很有可能會出問題。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行物料的制造和運輸，可以精確地模擬工地的位置。根據(jù)工程的具體情況，對各個階段需要的構(gòu)件數(shù)量做好充分的準(zhǔn)備，以避免在工地上出現(xiàn)材料不足或堆積如山的現(xiàn)象。檢驗員通過工程資料查閱相關(guān)資料，有效地提升了檢驗工作的效果。在實際施工中，如工程進(jìn)度有變動，驗收人員將按照原物料的入廠計劃靈活配置實際材料進(jìn)入，以保證工作范圍內(nèi)的建筑構(gòu)件數(shù)量滿足需求。而在建成或施工后，將利用BIM 等記錄、整理結(jié)構(gòu)數(shù)量和材料的實際消耗量，并將其與原來設(shè)計的實際物料用量加以對比與分析，為后期的施工管理進(jìn)行原物料控制。

3.施工項目管理技術(shù)。

在工程實踐中，可以利用仿真技術(shù)，對施工過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，從而使施工計劃得到及時的調(diào)整，避免發(fā)生事故，降低資源的浪費。因此，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)前，還可利用BIM技術(shù)，把結(jié)構(gòu)的特性輸入到建筑規(guī)劃中，并將其與相關(guān)方案相結(jié)合。在模擬施工中，要根據(jù)現(xiàn)場場地模擬、項目結(jié)構(gòu)模擬、施工方法等內(nèi)容，利用BIM 技術(shù)生成具有時間節(jié)點、施工進(jìn)度相結(jié)合的仿真動畫，使項目施工過程更加直觀。

三、裝配式建筑與BIM 技術(shù)融合的重要性

隨著BIM 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，BIM 技術(shù)越來越多地被應(yīng)用和接受。BIM 技術(shù)能夠與預(yù)制裝配式建筑建立起一個比較高效的合作機(jī)制和平臺，進(jìn)而更有效地提高了預(yù)制裝配式建筑的工程設(shè)計品質(zhì)和效果，從而降低了建筑設(shè)計過程中發(fā)生的重大錯誤，減少了資金投入，從而對建筑設(shè)計產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展具有了一定的促進(jìn)意義。

1.提升裝配式建筑的設(shè)計效率。

通過BIM 技術(shù)的運用，可以為裝配式建筑的設(shè)計信息交換提供一個高度共享的平臺。另外，在現(xiàn)實的建筑設(shè)計工作中，各建筑單位設(shè)計人員也可以使用建筑設(shè)計信息資源共享平臺，將建筑設(shè)計的內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容及時上傳給網(wǎng)絡(luò)，使建筑設(shè)計的工作更加具有同步性與共享性。此外，通過云計算技術(shù)，還可以提高BIM 技術(shù)的三維虛擬建模的錯誤糾錯功能，從而對各學(xué)科或?qū)I(yè)建筑設(shè)計中存在的錯誤進(jìn)行自動檢測，從而找到新的學(xué)科結(jié)合點。

2.帶動實現(xiàn)裝配式建筑預(yù)制結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。

裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計規(guī)范，反映了構(gòu)件的風(fēng)格、尺寸等方面的信息?？傊珺IM 技術(shù)能夠有效地采集和集成建筑的信息，從而體現(xiàn)出建筑的開放、共享特征，并通過對各種裝配式建筑構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，使其具有特定的性能需求和參數(shù)特征，從而保證相關(guān)設(shè)計工作的順利進(jìn)行。

3.推動模型可視化與仿真化發(fā)展。

BIM 技術(shù)在可視化和仿真方面表現(xiàn)突出。由于建筑工程是一個非常復(fù)雜的工程，一般都是由專業(yè)人員來掌握有關(guān)的專業(yè)理論與專業(yè)技能，但是在實際的展覽中，必須要將其呈現(xiàn)給一般的施工隊伍，所以，設(shè)計師可以藉由BIM 技術(shù)，將其轉(zhuǎn)換成視覺化的結(jié)構(gòu)模式，以保證施工隊伍對工程師的意圖有更清晰的認(rèn)識。

4.提升建筑行業(yè)的專業(yè)化水平。

BIM 技術(shù)可以通過建立帶有高度可視化、仿真特性的建設(shè)模式，完成對建設(shè)項目的合理策劃、預(yù)測、材料的使用與布局。運用BIM 技術(shù)，能夠在一定程度上緩解實際工程中出現(xiàn)的部分技術(shù)問題?？梢哉f，通過將BIM 技術(shù)運用于裝配式施工建筑中，就能夠使之更完全地與信息化和工業(yè)化建設(shè)相結(jié)合，從而大大提高了裝配式施工建設(shè)的科學(xué)性、專業(yè)化、智能化。

5.有利于降低設(shè)計誤差。

將BIM 技術(shù)引入到裝配式建筑結(jié)構(gòu)和預(yù)制件的設(shè)計中，可以極大地減少工程造價中的誤差。此外，利用BIM 技術(shù)，可以對預(yù)制件的幾何尺寸、鋼筋規(guī)格、參數(shù)等進(jìn)行必要的規(guī)劃和調(diào)整。通過BIM 技術(shù)，可以更好的觀察和理解預(yù)制件和構(gòu)件之間的配合，并且通過BIM 技術(shù)的碰撞探測，可以更好地判斷出構(gòu)件和構(gòu)件之間的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)構(gòu)件和構(gòu)件之間的關(guān)系，從而達(dá)到最大程度的提高資源利用率，確保項目的順利完成。

6.提高設(shè)計質(zhì)量。

在裝配式建筑的設(shè)計中，由于對設(shè)計者的專業(yè)性有很強(qiáng)的要求，因此，各個專業(yè)之間必須相互協(xié)作，才能提高設(shè)計的工作效率。依托BIM 技術(shù)搭建的中心設(shè)計平臺，能讓各個專業(yè)的設(shè)計人員在任何時候都能及時地了解到設(shè)計信息的變化。若有問題，可以在平臺上進(jìn)行修正。BIM 技術(shù)的應(yīng)用對于設(shè)計人員來說，是一種設(shè)計信息的碰撞，通過不同專業(yè)的設(shè)計，可以很容易的找到問題所在，從而減少工程的安全風(fēng)險。此外，由于裝配式建筑中使用了大量的預(yù)制件，因此常常需要大量的設(shè)計圖紙，利用BIM技術(shù)，使設(shè)計人員能夠進(jìn)行協(xié)作設(shè)計，提高設(shè)計效率，加速設(shè)計方案成型，并確保設(shè)計方案的高品質(zhì)。

7.優(yōu)化整合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程。

從目前的情況來看，施工計劃必須要合理，而且要確定相關(guān)的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)，在具體的規(guī)劃和設(shè)計中都要重視，但也要考慮到BIM 技術(shù)的發(fā)展，以及如何利用BIM 技術(shù)，在裝配式建筑的建設(shè)中，要特別注意對裝配工程的管理，在專業(yè)規(guī)劃的時候，要對方案進(jìn)行修改和審查。為了保證BIM 技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，設(shè)計師們會將自己的BIM 模型和BIM 技術(shù)結(jié)合起來，然后再利用BIM 技術(shù)對設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，以保證設(shè)計的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

四、BIM 技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計與建造應(yīng)用

1.三維建模。

通過對工程實例的測量，與設(shè)計人員的設(shè)計方案相結(jié)合，可以建立一個三維的模擬模型。通過此模型，設(shè)計人員可以直觀地觀察到構(gòu)件的大小、設(shè)計與演示效果，并運用模型對構(gòu)件的各項性能進(jìn)行測試，極大地提升了裝配式建筑的設(shè)計精度，并對存在問題的環(huán)節(jié)或數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，通過三維模型，可以對整個建筑的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理。

2.深化設(shè)計。

在建筑、結(jié)構(gòu)、水電、消防等復(fù)雜的設(shè)施中，往往存在著空間布局上的矛盾。BIM 技術(shù)主要是利用一系列的三維建模軟件，在同一平臺上，通過設(shè)計人員對建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通等進(jìn)行設(shè)計。各專業(yè)的深化設(shè)計人員，都會按照自己的模型，對鋼筋數(shù)量、位置、管線布置等進(jìn)行核對。同時，通過BIM 建模，對構(gòu)件的制作、運輸、安裝進(jìn)行仿真，觀察是否存在碰撞、安裝是否合理；對施工現(xiàn)場進(jìn)行合理的場地布局，對道路、管線、臨時用水、電力等設(shè)備進(jìn)行合理的安排，使施工現(xiàn)場的工作得以有序進(jìn)行，同時也便于管理人員進(jìn)行有效的管理，達(dá)到項目的成本最優(yōu)化。

3.節(jié)點設(shè)計。

在裝配式建筑的設(shè)計端，人工拆分組件的標(biāo)準(zhǔn)化水平較低，部門之間的協(xié)作效率較差，模型不能共享。在構(gòu)件設(shè)計中，碰撞、預(yù)留預(yù)埋件和模板、鋼筋的干擾問題較大，導(dǎo)致后期構(gòu)件制造中的節(jié)點變化較大

4.拆分設(shè)計。

在施工階段，由于BIM 模型中的墻體、樓面等都是比較完整的，因此，在進(jìn)行設(shè)計時，必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求，將其分解為工廠可以制造的獨立構(gòu)件，然后根據(jù)圖紙進(jìn)行加工。在實施BIM 技術(shù)時，必須嚴(yán)格遵循產(chǎn)品和設(shè)計的基本要求，并遵循多組合、少規(guī)格的原則，這樣可以減少零件的類型，提高工廠的生產(chǎn)效率。另外，所有的部件都必須在工地上進(jìn)行組裝。通過對BIM 模型的全面理解和把握，可以對BIM 進(jìn)行更細(xì)致、更科學(xué)的建模。將整個結(jié)構(gòu)分解為可供多個項目制造的部件，從而為預(yù)制件的連接構(gòu)造和預(yù)制構(gòu)件的配筋設(shè)計提供了有利的環(huán)境。另外，利用三維BIM 技術(shù)進(jìn)行分解，可以將最終的結(jié)果以可視的方式呈現(xiàn)出來，一方面可以更直觀地顯示出設(shè)計中的缺陷，另一方面可以有效地解決各種問題，從而提升整個設(shè)計的質(zhì)量。不僅如此，該模型還能保護(hù)數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿?、可靠，最終改善組件拆分設(shè)計的質(zhì)量。

5.碰撞檢測。

雖然裝配式建筑有著明顯的優(yōu)越性，但是也有一些制約因素，其中最突出的問題就是其設(shè)計方案中，各個部件之間的局部發(fā)生沖突。由于管道連接部位的安裝位置重疊，或者管道與周圍建筑物之間的距離不合適，可能會造成安全隱患，進(jìn)行碰撞測試，并形成相應(yīng)的報告，便于工程師們在各個部位做好標(biāo)識，以便進(jìn)一步完善，保證設(shè)計的精確性。

五、結(jié)束語

在裝配式施工建筑中運用BIM 信息技術(shù)，是今后裝配式施工建設(shè)發(fā)展的重點方向。本章主要從結(jié)構(gòu)建造、施工流程模擬、物料管控、碰撞檢測等多個方面，闡述了BIM 信息技術(shù)在預(yù)制裝配式施工中的運用。BIM 信息技術(shù)在裝配式施工建造中的運用，可以有效地提升制造、建筑施工過程的綜合效能，有效推動裝配式施工建造的健康發(fā)展。在裝配式施工建造中運用BIM 信息技術(shù)，能夠使建筑的節(jié)約、安全、合理地減少各施工工藝對建筑周圍環(huán)境的干擾，有效推動裝配式施工建設(shè)行業(yè)的良性發(fā)展，并提升了資金效率。BIM 信息技術(shù)雖然已經(jīng)普遍地運用于我國裝配式工程建設(shè)，但其主要問題仍在于與BIM 內(nèi)容之間的信息交換不便，缺少對現(xiàn)有信息資源的有效利用能力，以及與舊有的建設(shè)模式的信息連接并不暢通等問題，因此亟需更深入的技術(shù)研發(fā)，以保障我國的裝配式工程建設(shè)的規(guī)范化發(fā)展。