BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計與管理中的應(yīng)用探討

胡長平

（廣州市設(shè)計院集團有限公司，廣東廣州 510620）

0 引言

隨著我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標在建筑領(lǐng)域的深入落實，裝配式建筑因其將建筑組件于工廠預制再于現(xiàn)場拼裝的方式，大量減少了施工現(xiàn)場的澆筑作業(yè)，因而節(jié)約了資源與能源，同時減少了各類固廢與排放，相對于傳統(tǒng)建設(shè)方式有了極大的提升。而如果想實現(xiàn)在裝配式建筑的設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運營等方面的整體優(yōu)化，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的應(yīng)用則能充分發(fā)揮其資源整合與信息流通的效率優(yōu)勢，根據(jù)裝配式建筑在項目各階段的不同特點，提供優(yōu)化項目的技術(shù)支撐。

1 BIM 技術(shù)的特點及應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)自21 世紀初提出之日起，就因其直觀、高效的技術(shù)優(yōu)勢不斷對建筑行業(yè)產(chǎn)生影響，時至今日已經(jīng)深刻改變了建筑項目的設(shè)計及建造的流程與方法。其通過對建筑設(shè)計、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的場景仿真模擬，對各類構(gòu)件及建筑整體的重要參數(shù)信息整合、分析，使得計算機在虛擬環(huán)境中智能地“理解”了各類信息互相之間的關(guān)系與影響。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，建筑模型中信息的量級和準確性都得到了顯著的提高，同時各專業(yè)設(shè)計人員及項目各階段的參與人員都能在項目全流程精確地控制建筑的細微變更，減少了信息流通成本，BIM 技術(shù)依托其計算機軟件的信息集成優(yōu)勢，為建筑項目的設(shè)計及管理提供了多個維度的加強。概括而言，BIM 技術(shù)具有如下3 個方面的顯著優(yōu)勢。

1.1 BIM 技術(shù)的直觀性

即通過三維的、多視角的展示方式，使得一直以來依賴空間想象能力的平面圖紙閱讀轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬闹庇^空間感受，在降低設(shè)計難度和提高溝通效率之外，極大拓展了建筑在美學設(shè)計上的邊界，而且項目得以從設(shè)計、建造到運營都有向各類人員直觀展示的途徑。在BIM 技術(shù)條件下，項目各個尺度的修改均能在信息模型中得到實時變更和展示，為避免因前期設(shè)計缺陷導致后期重大修改提供了更多可能。

1.2 BIM 技術(shù)的整合性

傳統(tǒng)項目的設(shè)計及圖紙繪制方法是建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等各專業(yè)分開進行，而在設(shè)計、施工、運營等階段發(fā)現(xiàn)的問題和反饋的優(yōu)化信息，需將圖紙在各階段承擔主體間依次流轉(zhuǎn)，往復修改，若想加快項目進度，提高工程質(zhì)量品質(zhì)，則需要BIM 技術(shù)為其提供的信息整合模型。整合模型因為承載了各階段主體需要的全部數(shù)據(jù)，因而還產(chǎn)生了各專業(yè)協(xié)調(diào)、設(shè)計階段的模擬優(yōu)化等傳統(tǒng)設(shè)計手段所不具備的其他優(yōu)勢。

1.3 BIM 技術(shù)的便捷性

在信息技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大力發(fā)展的當前，BIM 技術(shù)也隨著其載體的變化而日益進步，在現(xiàn)有的條件下，已經(jīng)實現(xiàn)了相比于傳統(tǒng)設(shè)計方法更便捷的溝通方式，電子化的建筑模型盡管信息承載量較之前相比大幅提高，而所需要的物理空間和處理成本則顯著下降。同時，因為建筑信息模型包含了各類復雜信息，在傳統(tǒng)的平面、立面和剖面圖圖紙之外，BIM 工具還能便捷地完成諸如綜合管線和特殊結(jié)構(gòu)節(jié)點的高效出圖[1]。

2 裝配式建筑的特點及與BIM 技術(shù)的結(jié)合優(yōu)勢

裝配式建筑的發(fā)展時間遠早于BIM 技術(shù)，自20 世紀在英、法等國嘗試實踐以來，如今技術(shù)水準已邁上新臺階。裝配式建筑的核心內(nèi)容即為，改變傳統(tǒng)建造模式中設(shè)計與施工分離的建造模式，預先將建筑工程的各部分工作分解，并設(shè)置標準化的各部件形式與尺寸，以便于工廠大規(guī)劃、低成本生產(chǎn)，在此標準下設(shè)計的項目因其構(gòu)件和部品可提前完成制作，只需借助吊裝設(shè)備在現(xiàn)場完成拼裝，即可快速施工，從而實現(xiàn)建筑的產(chǎn)業(yè)化。

2.1 裝配式建筑的特點

總體而言，裝配式建筑擁有建設(shè)工期縮短、施工制約條件減少、資源能源節(jié)約、工程質(zhì)量安全提高等優(yōu)勢特點。與傳統(tǒng)建造方式相比，裝配式建筑因其主要采用EPC（設(shè)計施工總承包）發(fā)包方式，避免了因平行承發(fā)包導致的各階段環(huán)節(jié)脫節(jié)、各主體權(quán)責邊界不清晰的問題。同時，裝配式建筑在設(shè)計要求上，增加了傳統(tǒng)建筑方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計之外的拆分設(shè)計、模具設(shè)計等設(shè)計要求，而且自項目初始就將建筑專業(yè)與其他各專業(yè)的溝通緊密加強，特別是在裝配式住宅項目中，還需要一整套完整的標準化設(shè)計體系乃至于標準戶型模塊[2]。

2.2 裝配式建筑與BIM 技術(shù)的結(jié)合優(yōu)勢

BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用能從多方面有效提升裝配式建筑的設(shè)計建造品質(zhì)，具體而言有如下3 個主要部分：①推動裝配式建筑正向設(shè)計。借助BIM 技術(shù)的模塊化設(shè)計工具，能有效避免裝配式建筑在前期策劃階段因?qū)椖堪芽丶岸ㄎ徊粶蚀_造成的決策失誤，以及對后期設(shè)計的指導依據(jù)缺失。②提升裝配式建筑的標準化程度。以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的裝配式建筑構(gòu)件拆分無法做到深度及全面的構(gòu)件覆蓋，特備是在設(shè)計的后期階段，各專業(yè)交叉介入程度加深，普通工具難以精確考量到各類碰撞、沖突和干涉問題，而BIM 技術(shù)工具能伴隨設(shè)計的各階段完成此類工作，提高裝配式建筑的構(gòu)件的精確性和整體性。③提高構(gòu)件生產(chǎn)效率。BIM 技術(shù)具有的強大歸類統(tǒng)計能力，能輔助構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)在尺寸確認、物料準備、模具生產(chǎn)等方面提高準確性，并以三維圖紙乃至動畫視頻形式指導后續(xù)施工安裝。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

3.1 形成建筑信息的承載模型

在項目設(shè)計階段，BIM 技術(shù)為裝配式建筑設(shè)計帶來的最大提升即為其可視化三維信息模型的搭建，信息模型以計算機軟件為操作工具和展示途徑，將建筑的布局、材料、尺度和與之適應(yīng)的建造方式都賦予虛擬的部品和構(gòu)件，并實時生成各類圖紙和展示的三維動畫。

因為虛擬信息的特性，信息模型可以在各個尺度上做到不斷細分，不斷加入詳盡的信息。對于裝配式建筑而言，模型中的裝配式的構(gòu)件則是其重要組成部分，例如，此類模型需將預制件與裝配件進行區(qū)分，賦予其位置和拼裝順序等信息，并在項目實施前，完成施工階段的模擬。在設(shè)計發(fā)生變更時，可首先在信息模型上進行演示，以此避免因?qū)I(yè)溝通協(xié)調(diào)問題產(chǎn)生的沖突。精細化的模型不僅是BIM 技術(shù)的手段，更將產(chǎn)出一個服務(wù)各方的成果產(chǎn)品。

3.2 匯總構(gòu)件的信息數(shù)據(jù)

裝配式建筑的預制構(gòu)件的標準化特性能夠便捷地在BIM 軟件中進行處理，最終成生成匯總各種層級和尺度的信息數(shù)據(jù)。例如在特定的裝配式建筑項目中，相當部分的構(gòu)件需要逐一編碼，傳統(tǒng)方式下的信息匯總工具因為沒有和BIM 軟件做到深度整合，信息的錄入容易出現(xiàn)錯漏，這降低了之后的建造和管理階段的效率，也留下了隱患。當前已經(jīng)出現(xiàn)的借助物聯(lián)網(wǎng)的工程物料跟蹤管理的技術(shù)，可以采集物料的尺寸、數(shù)量等信息，進而在構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和拼裝環(huán)節(jié)提供支持。

3.3 利用碰撞檢測優(yōu)化設(shè)計

BIM 技術(shù)可以很好地在設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)件、預埋件和預留孔洞之間的沖突和缺失，這得益于其在虛擬環(huán)境中，集成了構(gòu)件在真實世界的物理特性。在裝配式建筑的設(shè)計環(huán)節(jié)，可充分利用碰撞檢測環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)的構(gòu)件錯漏和碰撞沖突，進而優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局、構(gòu)件尺寸和管線的布置。

3.4 對項目全過程進行模擬

在完成基本信息模型之后，將模型置于聲光熱等環(huán)境模擬軟件中以檢查建筑環(huán)境情況、優(yōu)化建筑物理性能是各類應(yīng)用BIM技術(shù)的項目在設(shè)計階段的模擬內(nèi)容之一。而針對裝配式建筑而言，構(gòu)件的生產(chǎn)加工、物流運輸、現(xiàn)場施工等也是模擬的重要環(huán)節(jié)，對建筑模型進行完善的使用情況模擬能及時發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計和錯誤，從而對建筑設(shè)計進行更好的質(zhì)量把控[3]。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑全生命周期管理中的應(yīng)用

4.1 輔助裝配式建筑生產(chǎn)及運輸

BIM 技術(shù)在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)所起的重要作用即為將構(gòu)件的設(shè)計主體與生產(chǎn)主體銜接，預制構(gòu)件的生產(chǎn)主體利用前文所訴的匯總信息，可以直接獲取生產(chǎn)信息，合理組織構(gòu)件的生產(chǎn)，同時向上游提出反饋。而在生產(chǎn)過程中，RFID（無線射頻識別）技術(shù)的引入保證了各構(gòu)件和匯總信息的逐一對應(yīng)，并在生產(chǎn)過程中同步生成下一階段所需信息，便于在后續(xù)的運輸和拼裝過程中實現(xiàn)完全覆蓋的管理。

4.2 科學指導裝配式建筑施工

施工階段的工程量信息計算在傳統(tǒng)的設(shè)計施工分離模式下，難以做到充分的完整和準確，而在設(shè)計階段就生成的準確信息模型，則能為此提供科學參考，從而減少因為工程量計算錯誤導致的資料浪費，進而節(jié)約項目成本。而在設(shè)計階段就已進行的施工模擬中，經(jīng)過核對和優(yōu)化，在實際施工中則可再次利用，合理布置人員與機械、模擬施工步驟，從而提高施工效率。而經(jīng)嚴格模擬演練過的施工過程在執(zhí)行過程中，則可極大降低安全風險，實現(xiàn)精細化管理。

4.3 提高質(zhì)量控制和運維管理精度

在項目建設(shè)后期過程中，信息模型能作為質(zhì)量控制檢查的參考，不僅能將施工圖圖紙與信息模型進行對比，也能將施工現(xiàn)場的實際完成度與之對比，提高質(zhì)量管理精度。而在項目運行過程中，借助引入的RFID 技術(shù)，能極大加強各類建筑構(gòu)件、管道設(shè)備的檢修與維護，對照設(shè)計階段匯總的建筑信息，實現(xiàn)對建筑的全方位了解，實現(xiàn)信息模型作為檔案資料的重要功能[4]。

5 結(jié)語

在裝配式建筑建設(shè)中應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠充分保證工程設(shè)計質(zhì)量，加強施工管理的有效性，為現(xiàn)場安裝施工的有序開展奠定堅實基礎(chǔ)。同時可以提高構(gòu)件加工精度，進而改進裝配式建筑工程質(zhì)量，提高材料和人員的利用率，縮短工程施工的時間，減少成本投入。項目建設(shè)完成后，BIM 技術(shù)也可在運維過程中加大維護管理力度，使裝配式建筑建設(shè)全過程獲得強大的技術(shù)支撐。因而，為推動社會的可持續(xù)發(fā)展，建筑行業(yè)需要主動發(fā)展裝配式建筑，合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，并將二者深度結(jié)合，推動建筑工業(yè)化的發(fā)展。