BIM 技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的應(yīng)用路徑探究

摘 要：隨著近些年我國(guó)建筑領(lǐng)域技術(shù)體系的不斷創(chuàng)新，現(xiàn)代化技術(shù)已經(jīng)成為推動(dòng)建筑工程高效發(fā)展的主要工具，因此文章以BIM技術(shù)為切入點(diǎn)，分析該技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑規(guī)劃中的應(yīng)用方法。綜合輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及施工的實(shí)際應(yīng)用需求，定位其中的重點(diǎn)內(nèi)容，并且通過(guò)具體的工程案例，闡述BIM技術(shù)實(shí)際的應(yīng)用方法，以此提升BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)為我國(guó)裝配式建筑的高質(zhì)量發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);輕鋼裝配式建筑;應(yīng)用路徑

中圖分類號(hào)：TU758.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）03-0043-03v

0 引言

文章是以技術(shù)分析法以及案例分析法作為主要方式，綜合BIM技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討，以全面提升裝配式建筑的施工合理性以及標(biāo)準(zhǔn)性作為主要目的，意在能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程的創(chuàng)新提供技術(shù)保障。

1 BIM技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中的應(yīng)用需求分析

1.1 設(shè)計(jì)階段

科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，能夠有效提升裝配式建筑后期的施工效率以及應(yīng)用價(jià)值，因此在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要滿足以下幾項(xiàng)需求，這樣才可以提升建筑的綜合效益。

（1）落實(shí)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。在方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中落實(shí)好設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的優(yōu)化，可以直接通過(guò)BIM軟件打造三維立體模型，運(yùn)用集成技術(shù)，結(jié)合業(yè)主以及實(shí)際施工環(huán)境中的各項(xiàng)需求，充分進(jìn)行各項(xiàng)細(xì)節(jié)的整合和管理，能夠選出多種靈活性的方案，滿足實(shí)際的施工需要[1]。

（2）落實(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)。裝配式建筑是通過(guò)工廠集中預(yù)制生產(chǎn)的方式生產(chǎn)建筑構(gòu)件。因此設(shè)計(jì)師需要結(jié)合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，同時(shí)也要綜合項(xiàng)目的實(shí)際情況和業(yè)主自身的施工需求進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，這就需要打造豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中要涵蓋當(dāng)前裝配式建筑的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要綜合已知的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)匹配，并且結(jié)合不同工程的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。

結(jié)構(gòu)建筑師則需要依托三維立體模型，落實(shí)好輕鋼型建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范性設(shè)計(jì)，同時(shí)也涉及到了各個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)信息驗(yàn)算，比如設(shè)計(jì)依據(jù)以及建筑結(jié)構(gòu)荷載等。

給排水設(shè)計(jì)師以及電氣設(shè)計(jì)師也需要結(jié)合具體的管線施工需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這其中的參數(shù)化設(shè)計(jì)，主要涉及到了生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、管道的截面尺寸、產(chǎn)品類型等相關(guān)信息。

（3）進(jìn)行碰撞檢查設(shè)計(jì)。裝配時(shí)間做的施工需要大量不同結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)件進(jìn)行組合，比如鋼柱、鋼梁、鋼制樓梯、輕鋼龍骨隔墻等。在前期設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要結(jié)合不同結(jié)構(gòu)之間的碰撞情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此需要直接構(gòu)建可視化的三維信息模型，能夠清楚地看到各個(gè)碰撞點(diǎn)有限的時(shí)限，空間布局方案的調(diào)整。以上這些問(wèn)題都需要利用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 生產(chǎn)階段

（1）生產(chǎn)材料的工程量統(tǒng)計(jì)。裝配式建筑的生產(chǎn)涉及到了大量信息以及文件，這些建筑信息能夠?yàn)楹罄m(xù)的工程體系優(yōu)化提供有效保障，因此需要進(jìn)行有效的保存以及分類管理，還需要結(jié)合實(shí)際情況能夠準(zhǔn)確地輸出相關(guān)統(tǒng)計(jì)表，比如門窗統(tǒng)計(jì)表、部品數(shù)量統(tǒng)計(jì)表、各類鋼材重量統(tǒng)計(jì)、連接件種類統(tǒng)計(jì)等。這些信息數(shù)據(jù)的有效統(tǒng)計(jì)能夠?yàn)楹罄m(xù)的建筑結(jié)構(gòu)生產(chǎn)數(shù)量以及材料數(shù)量提供有效依據(jù)，合理地進(jìn)行商品材料的采購(gòu)、運(yùn)輸計(jì)劃、儲(chǔ)存庫(kù)管。

（2）提升生產(chǎn)精度。裝配式建筑的生產(chǎn)精準(zhǔn)性是直接影響后期綜合效益的是基礎(chǔ)保障，因此及時(shí)地落實(shí)好整體工程的設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)和相關(guān)細(xì)節(jié)的把控，至關(guān)重要。例如在工廠集中生產(chǎn)的過(guò)程中，可以直接將前期設(shè)計(jì)的相關(guān)信息模型以及具體參數(shù)，錄入到生產(chǎn)車床中，這樣能夠直接進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)，不僅可以節(jié)約時(shí)間，也可以提升精準(zhǔn)度，降低錯(cuò)誤率[2]。

（3）落實(shí)信息查詢。借助基于物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)部品構(gòu)件的信息化、可視化管理，保證了輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑項(xiàng)目全生命周期中的信息流更加準(zhǔn)確、及時(shí)、有效。

1.3 施工階段

（1）進(jìn)度控制。實(shí)現(xiàn)進(jìn)度控制，能夠有效提升整體工程的綜合效益，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)成本的管控。而裝配式建筑本身涉及到了較多的環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)的信息較為復(fù)雜，必須要及時(shí)地進(jìn)行信息調(diào)控以及相關(guān)細(xì)節(jié)的管理，這樣才可以有效實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管控。

（2）實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的提升。全面增強(qiáng)工程項(xiàng)目的質(zhì)量，需要結(jié)合以下這兩個(gè)方面進(jìn)行探討。

首先是產(chǎn)品的質(zhì)量管理。針對(duì)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一系列行為以及工序進(jìn)行全程的追蹤和記錄，并且能夠結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣可以快速地掌握風(fēng)險(xiǎn)因素以及不確定因素，提升產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。其次為技術(shù)質(zhì)量管理。通過(guò)軟件平臺(tái)，針對(duì)整體施工技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，能夠有效地發(fā)現(xiàn)當(dāng)前技術(shù)體系中存在的主要問(wèn)題，這樣才可以避免實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 BIM技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的應(yīng)用

2.1 工程設(shè)計(jì)

基于BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以直接通過(guò)BIM軟件來(lái)進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠有效改變?cè)械脑O(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)方法。在前期設(shè)計(jì)階段，可以將整體建筑分解成不同的單元，每一個(gè)單元模塊都有其自身的標(biāo)準(zhǔn)和主題。而B(niǎo)IM軟件能夠結(jié)合不同單元進(jìn)行有機(jī)組合，打造新的組合形式。如圖1便是建立在鋼柱單元、鋼梁?jiǎn)卧?、龍骨隔墻單元、門窗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行組合形成的最基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)框架。

我們可以將每一個(gè)單元稱作是制作軟件中的“族”，每一個(gè)“族”直接相互搭配，可以形成新的框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要綜合最終的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)以及碰撞修改，不需要重新建立一個(gè)新的文件，從而有效提升了各結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的效率和質(zhì)量。

除此之外還可以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)和深化徹底。所謂的協(xié)同設(shè)計(jì)則是建立在具體工程結(jié)構(gòu)的角度實(shí)現(xiàn)原有2D圖紙向3D模型的轉(zhuǎn)換，將原有單獨(dú)的項(xiàng)目向各工種協(xié)同完成的項(xiàng)目角度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由原有的離散設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)化為整體性設(shè)計(jì)的方法。直接通過(guò)BIM模型能夠?yàn)楦鞴ば虻脑O(shè)計(jì)師提供統(tǒng)一的共享平臺(tái)，其中大量數(shù)字化的模型可以進(jìn)行可視化組合，讓各個(gè)工序之間具有聯(lián)動(dòng)性，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與后期的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行融合，通過(guò)可視化3D模型能夠有效發(fā)現(xiàn)工程中存在的錯(cuò)、漏、碰等設(shè)計(jì)失誤，減少了返工造成的經(jīng)濟(jì)損失和工期損失。

2.2 生產(chǎn)加工

（1）材料工程量的統(tǒng)計(jì)。通過(guò)BIM技術(shù)能夠有效計(jì)算施工所需要的各個(gè)零部件以及相關(guān)數(shù)量。直接將具體的明細(xì)表導(dǎo)入到Excel軟件，可以快速地分析具體構(gòu)件的實(shí)際尺寸、形狀以及具體的產(chǎn)品特性。然后結(jié)合這些差異性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，可以進(jìn)一步減少人為區(qū)分所浪費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)也能夠提升最終分組的精準(zhǔn)性。將最終分析的結(jié)果以圖形或者文件的方式輸出，會(huì)自動(dòng)生成具體的百分比以及重量信息，這樣可以為后續(xù)工程的成本以及采購(gòu)工作創(chuàng)新奠定良好基礎(chǔ)。

（2）三維模型的構(gòu)建。輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式工程往往涉及到了大量結(jié)構(gòu)的前期預(yù)加工，而通過(guò)BIM模型可以有效指導(dǎo)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。通過(guò)調(diào)取部品模型的三維視圖、參數(shù)尺寸，可以用于直達(dá)相關(guān)部品的加工生產(chǎn)。比如針對(duì)模型的內(nèi)容進(jìn)行深化，能夠形成最基礎(chǔ)的加工圖以及施工樣圖，這樣可以為后續(xù)的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)以及安裝施工提供有效指向。

（3）信息查詢。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)最基礎(chǔ)的圖紙分類以及信息查詢，如可以為具體的加工生產(chǎn)提供詳細(xì)的材料報(bào)表、加工圖、構(gòu)件示意圖、裝配圖等相關(guān)信息[3]。綜合這些信息，可以預(yù)先進(jìn)行施工方案的模擬和驗(yàn)證，能夠了解具體鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況，從而優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這不僅可以節(jié)省原材料，也可以快速便捷地打造符合實(shí)際施工需求的結(jié)構(gòu)體系，方便后續(xù)的安裝。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)施工

裝配式建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行精細(xì)化管理，其中落實(shí)好各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，能夠有效提升整體施工質(zhì)量。BIM技術(shù)在施工環(huán)節(jié)中的實(shí)際應(yīng)用流程如圖2所示。綜合整體流程來(lái)看，其能夠打造高質(zhì)量的可視化體系，同時(shí)可以有效實(shí)現(xiàn)成本、質(zhì)量、材料、場(chǎng)地等多領(lǐng)域的管控。

除此之外，利用BIM技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的施工管理。

首先實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃可視化管控。通過(guò)BIM模型與進(jìn)度計(jì)劃構(gòu)建關(guān)聯(lián)，能夠建立在時(shí)間以及空間信息整合的基礎(chǔ)上，打造4D管控模型與3D管控平臺(tái)相比，4D管控模型的可視化程度更高，能夠有效展現(xiàn)具體的施工進(jìn)度以及不同工序之間的復(fù)雜關(guān)系，這樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化施工進(jìn)度監(jiān)管。可以使項(xiàng)目管理人員在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工直觀地了解各部品系統(tǒng)的施工順序，掌握進(jìn)度管理的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化施工進(jìn)度計(jì)劃。

其次，可以營(yíng)造對(duì)比性的進(jìn)度管理方案。結(jié)合工程項(xiàng)目的具體施工內(nèi)容，落實(shí)里程碑控制節(jié)點(diǎn)的制定，然后設(shè)置里程碑任務(wù)計(jì)劃，能夠直接對(duì)應(yīng)前期的施工方案以及具體的完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分析實(shí)際施工的可調(diào)整。

再次可以實(shí)現(xiàn)施工方案模擬。針對(duì)部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或者重點(diǎn)工序可以落實(shí)好仿真模擬。通常來(lái)講，利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化的復(fù)雜工序分析，提前模擬關(guān)鍵位置的具體施工工序以及施工工藝，能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工方案優(yōu)化提供有效保障。

3 BIM技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的應(yīng)用案例

本項(xiàng)目為典型的輕鋼結(jié)構(gòu)裝配式工程項(xiàng)目，項(xiàng)目的所在地為熱帶氣候區(qū)域降雨量充沛且潮濕多風(fēng)整體的建筑項(xiàng)目占地面積為6280平方米，建筑面積為5139平方米。整體工程地上結(jié)構(gòu)為三層，設(shè)置了局部夾層，主體是輕鋼結(jié)構(gòu)支撐體系，部品大部分為工業(yè)化產(chǎn)品。項(xiàng)目類型為國(guó)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工為同一家企業(yè)，由于項(xiàng)目四面環(huán)海，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

經(jīng)過(guò)多方商討之后，擬定利用BIM技術(shù)作為主要的施工技術(shù)體系?；谧≌缮痰捻?xiàng)目組織進(jìn)行了BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)以及BIM應(yīng)用實(shí)施流程的設(shè)計(jì)。在前期設(shè)計(jì)階段便綜合BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用落實(shí)了基礎(chǔ)分析，打造以Revit軟件為基礎(chǔ)的建筑模型。建立在可視化空間分析以及性能優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合各專業(yè)碰撞檢測(cè)以及深化設(shè)計(jì)，進(jìn)行了針對(duì)性的研究。

在項(xiàng)目的加工階段，利用三維模型指導(dǎo)具體的結(jié)構(gòu)加工以及信息錄入。綜合具體項(xiàng)目進(jìn)展，提出具有科學(xué)性以及標(biāo)準(zhǔn)性的BIM應(yīng)用流程和解決方案。結(jié)合最終的實(shí)際應(yīng)用成效，工程進(jìn)度比預(yù)期時(shí)間縮短了20天，有效降低了成本，同時(shí)提升了施工的效率;以BIM軟件作為建筑性能分析的主要載體，進(jìn)一步優(yōu)化了室內(nèi)的空間布局，將原有的兩層房間改制為三層，有效提高了屋蓋下的凈空空間利用效率;同時(shí)建立在碰撞檢測(cè)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了碰撞點(diǎn)50余處，節(jié)省人工費(fèi)以及材料費(fèi)。高達(dá)30余萬(wàn)元;在加工以及生產(chǎn)的過(guò)程中，有效提升了加工的準(zhǔn)確度，促使容錯(cuò)率減少15%左右，縮短了近15%的組裝時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合整體成效來(lái)看，利用BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的施工管理以及前期設(shè)計(jì)，能夠打造具有聯(lián)動(dòng)性的生產(chǎn)管理體系，不僅可以有效降低施工成本，縮短施工時(shí)間，也能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)以及精細(xì)化管理，全面提升建筑結(jié)構(gòu)施工管控的現(xiàn)代化程度，也可以為我國(guó)的建筑體系優(yōu)化發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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Research on the Application Path of BIM Technology in Prefabricated Buildings with Light Steel Structure

ZHU Tianjiao

（China Railway 11th Bureau Group Hanjiang Heavy Industry Co.， Ltd.， Xiangyang? Hubei? 441000）

Abstract： With the continuous innovation of my country's construction technology system in recent years， modern technology has become the main tool to promote the efficient development of construction engineering. Therefore， the article is based on BIM technology， with light steel structure prefabricated buildings as the main Analyze the object to start research. Comprehensive design， production and construction practical application requirements to analyze the technical system， and through specific engineering cases to illustrate the practical application angle and application content of BIM technology， in order to further enhance the application value of BIM technology in the field of construction， at the same time Lay a good foundation for the high-quality development of prefabricated buildings in my country.

Keywords： BIM technology; light steel fabricated building; application path

收稿日期：2021-12-20

作者簡(jiǎn)介：朱天驕（1989—），男，河北衡水人，本科，工程師，研究方向：工程設(shè)備制造與施工生產(chǎn)。