BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段中的應(yīng)用研究

曹志芳

（廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院）

1 引言

當(dāng)今社會是技術(shù)型社會，隨著大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)愈加成熟，越來越多的行業(yè)開始與高科技技術(shù)相結(jié)合。對各個行業(yè)來說，只要跟不上時代的進(jìn)步便會被時代淘汰，建筑行業(yè)也面臨這樣的問題。

裝配式建筑和BIM技術(shù)是建筑行業(yè)與時俱進(jìn)的產(chǎn)物，兩者都能提高建筑物的建筑效率，而且BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用更能將兩者的作用發(fā)揮得淋漓盡致[1]。同時，也推進(jìn)了建筑行業(yè)智能化的發(fā)展，促進(jìn)了建筑行業(yè)與信息技術(shù)的高度融合。

2 BIM技術(shù)與裝配式建筑概論

2.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)指的是建筑信息模型技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)在建筑工程方面的重要體現(xiàn)。BIM技術(shù)的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，然后再利用數(shù)字化技術(shù)為虛擬模型提供完整且與實際情況一致的建筑工程信息庫。

BIM技術(shù)能減少設(shè)計人員建模的時間，不管是將平面模型改為三維模型，還是關(guān)于該類建筑以往相關(guān)信息的提供，都能減小設(shè)計人員的工作壓力。在提高設(shè)計人員建筑設(shè)計水平的同時，提高了設(shè)計效率，有利于推動建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1 可視性

在以往的建筑設(shè)計中，只是將不同的建筑信息通過線條在紙上進(jìn)行描繪，而后再通過人腦的想象去構(gòu)建模型。BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，則能使想象中的建筑物立體化，設(shè)計人員設(shè)計建筑物時，直接在三維立體模型上進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計，并能根據(jù)實際情況隨時進(jìn)行調(diào)整。BIM技術(shù)能夠使所設(shè)計的建筑物中包括效果圖以及報表在內(nèi)的所有信息都直觀可見，項目設(shè)計、建造和運(yùn)營過程中的溝通、討論以及決策也都是在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行的。

2.2.2 協(xié)調(diào)性

建筑項目的設(shè)計與實際操作有一些不同，比如，一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件在實際操作中可能會與線路的布置沖突，在以往發(fā)生這類問題以后，都是設(shè)計人員與各施工方進(jìn)行研究討論，而BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性特點(diǎn)則能使這類設(shè)計沖突問題完全避免。在建筑模型設(shè)計前期，BIM技術(shù)會對各方面的沖突問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)并提供給設(shè)計人員，提高設(shè)計水平。

2.2.3 模擬性

BIM技術(shù)最先進(jìn)的功能是模擬功能，它不僅能夠?qū)⒔ㄖM出來，還可以根據(jù)設(shè)計人員的要求對建筑其他方面的性能進(jìn)行模擬，比如，模擬建筑物發(fā)生火災(zāi)時人員逃跑走向等，設(shè)計人員可以根據(jù)BIM技術(shù)模擬的各種模式下的建筑物，對建筑方案進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 裝配式建筑

2.3.1 裝配式建筑的定義

裝配式建筑指的是將建筑物的不同構(gòu)件在建筑設(shè)計完畢后，先行在工廠內(nèi)制造出來，而后將其運(yùn)至建筑施工現(xiàn)場，進(jìn)行構(gòu)件拼接，對組裝好的構(gòu)件進(jìn)行混凝土澆筑，最終形成完好的建筑物。

裝配式建筑打破了傳統(tǒng)建造方式中的現(xiàn)場作業(yè)方式，將大量的類似于外墻板、疊合板、樓梯和預(yù)制柱等構(gòu)件直接由車間生產(chǎn)加工，這種建筑和裝修一體化設(shè)計、施工同步進(jìn)行的建筑方式，不僅能節(jié)約大量的建筑時間，還能提高建筑物的質(zhì)量[2]。

2.3.2 裝配式建筑的不足之處

①成本比較高，原因是其工作范圍較廣，內(nèi)容較雜，而且在構(gòu)件運(yùn)輸過程中也會增加一些運(yùn)輸成本。②尺寸限制，工廠進(jìn)行構(gòu)件的制造，構(gòu)件尺寸會有局限性，要根據(jù)工廠生產(chǎn)設(shè)備所能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)決定相應(yīng)尺寸。③應(yīng)用領(lǐng)域有限，裝配式建筑不適用于高層建筑，因此在應(yīng)用方面有一定局限性。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段中的具體應(yīng)用

要在裝配式建筑施工階段很好地發(fā)揮BIM技術(shù)，并使其產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，一定要使BIM技術(shù)與裝配式建筑深度融合，充分利用BIM建模軟件構(gòu)建實體構(gòu)件以及場地3D模型和組建施工現(xiàn)場布置與運(yùn)輸、裝配式構(gòu)件模型信息數(shù)據(jù)庫、虛擬仿真施工等方面的優(yōu)勢，對收集的三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行組合分析，及時發(fā)現(xiàn)裝配式建筑工程施工中存在的漏洞與缺陷問題，有效避免不必要的返工和拆除安裝工作，科學(xué)地進(jìn)行碰撞分析，高效協(xié)調(diào)各施工主體之間的關(guān)系，做到科學(xué)地節(jié)省人、材、機(jī)成本，顯著提升各主體的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 工程簡介

深圳市A項目9#住宅樓及地下車庫、配套商業(yè)，共3個單元，地下3層，地上6-27層，首層層高5.6m、二層5.3m，標(biāo)準(zhǔn)層2.8m，從地上4層開始為全裝配式住宅樓（見圖1）。

圖1 裝配式樓層范圍

3.2 準(zhǔn)備工作

要在裝配式建筑施工階段很好地應(yīng)用BIM技術(shù)，必須建立標(biāo)準(zhǔn)化地構(gòu)件庫，實施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，遵循模數(shù)化設(shè)計。為了發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化裝配式建筑構(gòu)件庫的作用，在實際應(yīng)用中，必須注意一些事項。

①Revit的每個族文件都含有很多參數(shù)和信息，如，尺寸、形狀、類型和其他的參數(shù)變量設(shè)置等。在裝配式建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)，需要賦予族文件詳細(xì)的參數(shù)信息，對同一類構(gòu)件，只需通過調(diào)整參數(shù)，就可以編輯成新的構(gòu)件并進(jìn)行布置。

②為確保構(gòu)件達(dá)到施工需求，減少二次吊裝、搬運(yùn)、布置的偏差以及相應(yīng)的成本，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守施工各主體企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求構(gòu)建族庫數(shù)據(jù)。

③裝配式建筑施工中應(yīng)用BIM技術(shù)可以提高工作效率。構(gòu)件庫的族文件是以方便各施工主體方交流、調(diào)用為目的建立的，所以，構(gòu)件族應(yīng)該嚴(yán)格參照構(gòu)件用途、專業(yè)工程項目、系統(tǒng)類別和采用的建筑結(jié)構(gòu)體系建立。

3.3 場地規(guī)劃

建筑施工企業(yè)采用BIM建立施工場地規(guī)劃三維模型圖，劃分施工現(xiàn)場相應(yīng)功能區(qū)域，將現(xiàn)場的施工狀況直觀呈現(xiàn)，如，塔吊等施工設(shè)備的安置、預(yù)制構(gòu)件存放區(qū)、預(yù)制樓梯存放區(qū)、道路規(guī)劃等，這樣能有序組織施工而不相互干擾，提高施工效率。

3.3.1 施工現(xiàn)場運(yùn)輸路線及預(yù)制構(gòu)件存放區(qū)布置

在施工時，應(yīng)用BIM技術(shù)建立三維現(xiàn)場施工布置圖，能有效避免二次搬運(yùn)以及安全等問題。在BIM模型中，進(jìn)行場地漫游、模擬路線運(yùn)輸、檢查運(yùn)輸路線的承載能力和避免出現(xiàn)路線交叉作業(yè)現(xiàn)象，模擬堆放預(yù)制構(gòu)件、檢查構(gòu)件堆場位置。采用BIM建模進(jìn)行虛擬場地布置，能夠有效進(jìn)行路線的優(yōu)化，減少運(yùn)輸裝卸作業(yè)的相互干擾，使施工現(xiàn)場運(yùn)輸通暢高效、構(gòu)件堆放裝卸安全[3]。

3.3.2 塔吊布置

為了應(yīng)對施工中可能發(fā)生的安全問題，同時確保吊裝工作的順利高效進(jìn)行，施工現(xiàn)場需要提前謀劃、布置塔吊位置。施工中，首先，為了吊裝安全進(jìn)行，塔吊與塔吊應(yīng)設(shè)置安全距離，避免發(fā)生碰撞。借助BIM技術(shù)模擬施工現(xiàn)場吊裝作業(yè)，可以確定塔吊的最佳位置，提前預(yù)埋結(jié)構(gòu)鋼筋，確保塔吊的自身安全，預(yù)防安全事故。其次，模擬塔吊的吊運(yùn)線路，可以避開人員流動和聚集區(qū)，避開安全通道，確保安全施工。第三，借助BIM技術(shù)可以模擬塔吊在升降和旋轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生的碰撞，通過分析現(xiàn)場塔吊的提升高度，施工作業(yè)人員可以隨著主體結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度，及時調(diào)整塔吊高度，使塔吊高度滿足吊裝要求，保證進(jìn)度要求和施工現(xiàn)場安全（見圖2）[4]。

圖2 塔吊布置及起吊范圍

3.4 碰撞檢查

利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布，首先使用Revit軟件整合各專業(yè)模型，導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行碰撞檢測，找到碰撞點(diǎn)位和碰撞總數(shù)，優(yōu)化鋪設(shè)橋架和預(yù)埋在疊合板里的管道，對預(yù)留洞進(jìn)行精準(zhǔn)定位和精準(zhǔn)預(yù)埋穿墻套管（見圖3）。

圖3 構(gòu)件預(yù)留洞設(shè)計

3.5 施工進(jìn)度模擬

為了直觀精確地反映全過程施工步驟和時間、編制施工進(jìn)度計劃，將進(jìn)度計劃導(dǎo)入Navisworks中，實現(xiàn)BIM模型與施工進(jìn)度計劃鏈接，將三維空間模型信息與時間信息結(jié)合，形成可視化的4D（3D+Time）模型（見圖4）[5]。進(jìn)行施工進(jìn)度交底時，通過模擬裝配式建筑施工進(jìn)度，可以確保進(jìn)度節(jié)點(diǎn)交底到位。為了將干式樓地面平整度誤差值控制在3mm以內(nèi)，本項目在BIM模型中布設(shè)標(biāo)高控制筋。通過模擬刮桿抄平，實現(xiàn)少數(shù)量標(biāo)高定位筋布置以及鋼筋最佳間距。根據(jù)模擬情況，調(diào)整施工順序，修改存在沖突的時間、流程。

圖4 模擬現(xiàn)場實際施工圖

3.6 一體化裝修

在裝配式建筑的施工過程中，一體化裝修在統(tǒng)計材料類型、尺寸、數(shù)量，出具工程量清單的同時，與建筑主體結(jié)構(gòu)、建筑附屬機(jī)電設(shè)備等同時進(jìn)行設(shè)計與施工。在建立建筑主體模型開始階段，室內(nèi)設(shè)計師參與裝修構(gòu)件設(shè)計，設(shè)計要參照BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，通過BIM可視化，裝修構(gòu)件要能與建筑空間的尺寸要完全契合，本裝配式建筑工程項目利用Revit軟件進(jìn)行墻體和地板磚的鋪貼排版、非承重隔墻的排版、屋頂?shù)呐虐?、外墻飾面的排版?/p>

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段中的應(yīng)用價值分析

裝配式建筑作為建筑行業(yè)的新型建筑方式，在結(jié)合新興BIM技術(shù)的使用，對建筑行業(yè)有著重要的推進(jìn)作用，一方面是因為裝配式建筑的缺點(diǎn)能夠依靠BIM技術(shù)彌補(bǔ)，兩者結(jié)合能增加建筑的建設(shè)效率；另一方面則是裝配式建筑和BIM技術(shù)都是建筑行業(yè)新的建筑方式，在建筑行業(yè)中有較為重要的作用[6]。

4.1 能夠加快工程進(jìn)度

在以往的裝配式建筑設(shè)計前期，設(shè)計人員使用的也是圖紙設(shè)計，不僅需要滿足客戶的要求，還需要根據(jù)建筑的實際情況來回更改數(shù)據(jù)，而建筑的模型只能通過設(shè)計人員自行想象，很大程度上增加了建筑的設(shè)計難度，而且設(shè)計人員對裝配式建筑中的構(gòu)件尺寸不能夠很好地把握，經(jīng)常出現(xiàn)實際施工中信息與設(shè)計信息不符的現(xiàn)象，而后設(shè)計人員與施工方重新進(jìn)行交流設(shè)計，這也就導(dǎo)致裝配式建筑工程的建筑進(jìn)度被拖延。

BIM技術(shù)作為建筑設(shè)計領(lǐng)域的新興技術(shù)，能夠使裝配式建筑的設(shè)計方式從圖紙設(shè)計變?yōu)槿S模型設(shè)計，設(shè)計人員不僅能根據(jù)數(shù)據(jù)變動在三維模型上隨意更改，還能夠根據(jù)BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)庫尋找相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為自身的建筑設(shè)計提供可以參考的數(shù)據(jù)與案例，從根本上提高設(shè)計人員的設(shè)計效率和建筑模型的可靠性，能夠加快工程進(jìn)度[7]。

4.2 節(jié)約建造成本

裝配式建筑在施工階段經(jīng)常會發(fā)生一些實際數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)有偏差的情況，因此會導(dǎo)致工程出現(xiàn)多次更改。例如，裝配式建筑構(gòu)件在設(shè)計中的大小應(yīng)用到實際施工中，可能會由于線路等因素不再合適，這就得對這個構(gòu)件進(jìn)行重新制作，不僅浪費(fèi)了制作時間，還浪費(fèi)了材料，而BIM技術(shù)則能對所有的包括構(gòu)件在內(nèi)的物品進(jìn)行合理規(guī)劃，并為設(shè)計人員提供科學(xué)性較高的圖紙和數(shù)據(jù)，通過不斷模擬組建，避免裝配式建筑在后期施工中遇見相互沖突的問題，從根本上節(jié)約了人力資源以及材料的損耗，為整個裝配式建筑工程節(jié)約了大量成本[8]。

4.3 推進(jìn)建筑行業(yè)智慧建造

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在建筑物建造過程中充分利用包括BIM技術(shù)在內(nèi)的智能技術(shù)或者其他的關(guān)技術(shù)，通過建立和應(yīng)用智能化系統(tǒng)，提高建造過程的智能化水平，能夠減少建筑物施工過程中對人力的依賴，增加建造的安全性，從根本上縮減建造周期，并提高了其建造質(zhì)量，有利于推動建筑行業(yè)的智能化發(fā)展。

5 結(jié)語

總而言之，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用不僅能保證施工效果得到一定程度的提升，還能節(jié)約大量的材料、人工等成本，同時對周邊環(huán)境的影響也大幅減少，促進(jìn)了裝配式建筑向更加綠色的方向發(fā)展。BIM技術(shù)是建筑行業(yè)向智能建造邁進(jìn)的第一步，有著無比廣闊的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。

隨著社會的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，智慧建造的時代已經(jīng)來臨，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用只是建筑行業(yè)向智慧建造時代轉(zhuǎn)變的一個開始，未來，BIM技術(shù)和裝配式建筑技術(shù)的不斷完善將會更加滿足市場要求。