基于BIM 的裝配式建筑施工技術(shù)的應(yīng)用研究

陳衛(wèi)東

城市化進程的加快，對建筑市場的發(fā)展提出了新要求。傳統(tǒng)的建筑工程存在施工周期長、成本高及人力資源需求高等問題，導(dǎo)致資源短缺和環(huán)境破壞等問題。為解決這些問題，建筑領(lǐng)域形成了新的建筑體系，即預(yù)制裝配式建筑體系。裝配式建筑施工技術(shù)以其高度工業(yè)化、高效率、高質(zhì)量及低浪費等特點，成為當(dāng)前建筑領(lǐng)域一種先進的施工技術(shù)。然而裝配式建筑施工參與主體較多，組織架構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度較大，導(dǎo)致該技術(shù)的普及率較低。為降低裝配式建筑施工技術(shù)的難度，本文提出將建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑施工，提高施工效率。

1 裝配式建筑施工技術(shù)的相關(guān)概述

裝配式建筑施工技術(shù)是一種現(xiàn)代化的建筑技術(shù)，先在工廠內(nèi)預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化的建筑構(gòu)件，再將構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行組裝，以此快速、高效、高質(zhì)地完成建筑工程。相比傳統(tǒng)的建筑施工方式，裝配式建筑施工是一種創(chuàng)新性的施工方式，它注重工業(yè)化、自動化和標(biāo)準(zhǔn)化，有助于降低施工成本、減少資源浪費和提高施工質(zhì)量[1-2]。

裝配式建筑的施工過程主要包括2 個階段，一是工廠生產(chǎn)階段，二是現(xiàn)場安裝階段，具體如下：

1）在工廠生產(chǎn)階段，需要進行構(gòu)件的制造、加工、組裝以及質(zhì)量檢測和測試。此階段強調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；?，以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

2）現(xiàn)場安裝階段，組裝好的構(gòu)件被運輸?shù)浇ㄖ龅?，根?jù)安裝計劃進行構(gòu)件的組裝和安裝。安裝過程中要保證構(gòu)件連接的準(zhǔn)確性和安全性。由于在工廠內(nèi)已經(jīng)完成大部分工序，現(xiàn)場施工時只需要安裝預(yù)制構(gòu)件，因此施工時間大幅縮短。

2 裝配式建筑施工技術(shù)難點

2.1 預(yù)制構(gòu)件運輸與堆放

預(yù)制構(gòu)件運輸與堆放是裝配式建筑施工中的一個技術(shù)難點。預(yù)制構(gòu)件一般在專門的工廠中制造，而后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。由于施工現(xiàn)場與生產(chǎn)工廠之間存在一定距離，運輸過程中構(gòu)件很容易受到震動等外部因素的影響，嚴重時可能會導(dǎo)致構(gòu)件損壞或構(gòu)件出現(xiàn)裂縫[2]。這樣的構(gòu)件如果應(yīng)用到施工中，可能會帶來安全隱患。因此，構(gòu)件運輸是裝配式建筑施工過程中的一個難點。

另外，構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后應(yīng)進行合理堆放?？紤]到施工空間的限制，需要合理規(guī)劃構(gòu)件的裝車順序和堆放方案。如果構(gòu)件未根據(jù)吊裝時間進場，或裝車順序出現(xiàn)錯誤，可能影響現(xiàn)場施工的連續(xù)性，進而影響施工進度。因此預(yù)制構(gòu)件的運輸和堆放是一個難點，需要進行細致計劃和高效協(xié)調(diào)，以確保構(gòu)件安全、完好地到達施工現(xiàn)場，為裝配式建筑的順利施工奠定堅實基礎(chǔ)[3]。

2.2 構(gòu)件安裝與吊裝精度要求高，校正難度大

構(gòu)件安裝與吊裝對精度要求較高、校正難度大，是施工中的重要環(huán)節(jié)。由于裝配式建筑柱網(wǎng)間距較大，預(yù)制梁和預(yù)制板的體積和質(zhì)量相對較大。在預(yù)制構(gòu)件安裝和吊裝過程中，為了達到質(zhì)量要求，對吊裝和安裝精度提出了較高的要求。這不僅增加了施工的復(fù)雜性，也增加了預(yù)制構(gòu)件的校正難度。

如果在安裝過程中構(gòu)件位置出現(xiàn)偏差，則需投入大量人力和物力進行調(diào)整。特別是預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)組合后，若發(fā)生偏差則再校正的難度更大，甚至沒有調(diào)整機會。為此，在裝配式建筑施工過程中，構(gòu)件的安裝和吊裝應(yīng)精益求精，在施工前仔細進行軸線定位和標(biāo)高校驗工作，確保構(gòu)件位置的準(zhǔn)確性。此外，為了提高安裝和吊裝精度，安裝后應(yīng)進行多次復(fù)核。通過這種綜合性的方法，能夠有效應(yīng)對高精度要求，確保裝配式建筑施工的順利進行。

2.3 施工工序銜接緊密，導(dǎo)致協(xié)調(diào)難度大

在裝配式建筑施工過程中，各施工工序銜接緊密，導(dǎo)致協(xié)調(diào)難度較大。裝配式建筑施工過程中，所有施工工序都需要高度協(xié)同，才能提升施工效率。預(yù)制構(gòu)件從加工、裝車運輸、進場，再到起重設(shè)備與吊具選擇、安裝、管線鋪設(shè)等眾多環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣、緊密銜接。只有施工流程流暢，才能保證施工的順利進行。

雖然工序緊密銜接能夠提升施工效率，但給協(xié)調(diào)工作帶來了較大困難。例如：預(yù)制構(gòu)件在運輸過程中出現(xiàn)問題，將直接影響構(gòu)件的進場時間和安裝進程；安裝和吊裝過程中出現(xiàn)精度不高及位置偏差等問題，將直接影響后續(xù)工序的開展。因此在裝配式建筑施工中，不僅要求各工序之間高度配合，還要考慮整體施工協(xié)同性。

裝配式建筑施工是一項綜合、復(fù)雜程度高的工作，在裝配式建筑施工過程中，需要合理安排和協(xié)調(diào)各工序的先后順序，保障每個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量和時效性，才能為工程順利完成奠定基礎(chǔ)[4-6]。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程施工中的應(yīng)用價值

3.1 提供信息數(shù)據(jù)共享平臺

BIM 技術(shù)能夠促進設(shè)計團隊、工程管理團隊和建造商等多個相關(guān)方之間的設(shè)計協(xié)同和數(shù)據(jù)共享。通過統(tǒng)一的數(shù)字平臺，各相關(guān)方可實時更新和分享設(shè)計信息，減少信息的丟失和誤解，提高設(shè)計的一致性和準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)通過構(gòu)建虛擬模型，使得在數(shù)字環(huán)境中構(gòu)建和測試模塊化部件成為可能。設(shè)計團隊和施工團隊借助BIM 技術(shù)，能夠優(yōu)化裝配式建筑的設(shè)計和施工流程，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，最大限度減少實際施工中的不確定性。施工模擬是BIM 技術(shù)的另一個重要應(yīng)用方面。通過模擬整個施工過程，識別潛在沖突，優(yōu)化施工進度和資源利用，為項目團隊提供在實際施工前預(yù)見和解決問題的機會，進而提高施工效率和質(zhì)量[7]。

3.2 提升信息數(shù)據(jù)傳遞效率

通過構(gòu)建設(shè)計和施工階段的一體化平臺，BIM 技術(shù)促進了設(shè)計團隊、工程管理團隊和施工團隊之間的緊密合作。BIM 軟件具備實時共享設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)計和優(yōu)化模塊化部件、施工模擬以及在線協(xié)作等功能，這些功能能夠消除信息傳遞的時間延遲，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。通過實時更新和管理數(shù)字模型，項目團隊能夠更加高效地進行設(shè)計和施工。數(shù)字化文檔管理可以簡化文件的創(chuàng)建和共享程序，降低信息傳遞的時間和成本。

3.3 優(yōu)化信息數(shù)據(jù)交互方式

充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的可視化、信息共享和可追溯性等特性，建立信息平臺，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的實時動態(tài)交互，協(xié)調(diào)項目各階段的精益建造和項目管理，確保工程項目的高效推進。在設(shè)計階段，BIM 技術(shù)通過可視化功能，呈現(xiàn)碰撞檢測分析結(jié)果，直觀展示裝配構(gòu)件和設(shè)備管線之間的碰撞沖突。這不僅有助于提前識別潛在問題，減少設(shè)計失誤帶來的返工，而且為施工階段提供更準(zhǔn)確的參照。

BIM 技術(shù)的實時更新功能，使項目管理人員能夠及時獲取最新的設(shè)計、施工和市場波動等信息，為項目的動態(tài)協(xié)同管理提供有力支持，促進團隊的決策速度和信息交互效率。在項目評價階段，BIM 技術(shù)的可追溯性對特定建材生產(chǎn)、質(zhì)檢、審批、運輸及裝配等全過程進行歷史追溯成為可能，為項目管理的綜合評價提供全面的數(shù)據(jù)支持，有助于總結(jié)經(jīng)驗和改進管理策略，提高項目的執(zhí)行效能。

4 基于BIM 的裝配式建筑施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 基于BIM的裝配式建筑施工技術(shù)

4.1.1 基于BIM的構(gòu)件吊裝技術(shù)

構(gòu)件吊裝是裝配式建筑施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在裝配式建筑施工過程中，借助BIM 模型能夠確保預(yù)制構(gòu)件在運輸和安裝時位置、尺寸及質(zhì)量準(zhǔn)確，提升施工精度。同時，還能通過監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，提升吊裝施工的安全性[8]?；贐IM 的裝配式建筑吊裝技術(shù)，主要應(yīng)用于如下幾個方面：

1）裝配式構(gòu)件檢測。基于BIM技術(shù)的裝配式構(gòu)件檢測，通過數(shù)字化建筑信息模型，為確保構(gòu)件精度提供高效而精準(zhǔn)的解決方案。施工單位利用BIM 模型，在吊裝施工前全面檢測構(gòu)件，確保其準(zhǔn)確性。通過對比三維模型，可以快速識別設(shè)計與實際構(gòu)件之間的差異，為施工精度的評估提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。同時，BIM 技術(shù)能夠強化構(gòu)件與設(shè)計模型之間的協(xié)同，促進設(shè)計與施工的緊密結(jié)合。

2）吊裝場地規(guī)劃?；贐IM 技術(shù)的吊裝場地規(guī)劃是通過Revit 軟件的1 : 1 模型構(gòu)建功能和Naviswork 軟件的漫游動畫檢測功能，實現(xiàn)對裝配式建筑施工場地的精細化規(guī)劃。該方法考慮構(gòu)件堆放、塔式起重機作業(yè)和材料加工等多個要素，確保施工空間充足，避免碰撞和吊裝困難。動態(tài)漫游動畫功能通過優(yōu)化參數(shù)來提升場地布置的合理性，為吊裝施工創(chuàng)造安全和有序的環(huán)境。利用BIM 技術(shù)進行場地規(guī)劃，不僅提高了施工效率，降低了經(jīng)濟損失的風(fēng)險，而且為裝配式構(gòu)件的順利吊裝奠定了堅實基礎(chǔ)。

3）吊裝施工模擬。基于BIM 技術(shù)的吊裝施工模擬是解決裝配式建筑施工中吊裝復(fù)雜性的創(chuàng)新性方法。構(gòu)建精細的構(gòu)件模型，輸入拆分方案，模擬不同的吊裝順序、路徑和角度，直觀評估各方案的實施效果，從中選取最優(yōu)吊裝參數(shù)。這樣不僅能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，如碰撞或吊裝不精準(zhǔn)等，還能避免吊裝失敗和返工，為施工方案的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。這種高度可視化的模擬方法使吊裝施工過程更加可控，有助于提高施工效率、降低成本，提升裝配式建筑施工的精準(zhǔn)度和可行性。

4.1.2 基于BIM的套筒灌漿技術(shù)

套筒灌漿技術(shù)是一種在裝配式建筑中連接構(gòu)件的施工技術(shù)，通過在構(gòu)件之間設(shè)置套筒并在套筒內(nèi)部灌漿的方式，增強構(gòu)件之間的連接強度和穩(wěn)定性。套筒通常為鋼筒或其他材料制成的空心管道。此技術(shù)被廣泛用于連接框架結(jié)構(gòu)、柱子和梁等裝配式建筑構(gòu)件。將BIM 技術(shù)與裝配式建筑套筒灌漿技術(shù)相結(jié)合，可以在三維模型中精確設(shè)計套筒灌漿方案，模擬不同的灌漿情況，這樣有助于發(fā)現(xiàn)潛在問題，提前解決構(gòu)件連接的設(shè)計和施工挑戰(zhàn)。項目團隊通過建立詳細的BIM 模型，模擬套筒灌漿的整個施工過程，確定最佳的施工順序、灌漿路徑和角度，優(yōu)化施工流程、制訂施工計劃、提高施工效率。另外，通過BIM 技術(shù)，也能實現(xiàn)各團隊之間的協(xié)同工作，確保套筒灌漿設(shè)計與整體建筑設(shè)計的一致性，減少設(shè)計與施工過程中的信息不一致和錯誤。通過BIM 軟件的虛擬模擬功能，施工團隊能夠在實際施工前規(guī)劃和優(yōu)化套筒灌漿過程，確保施工的效率和質(zhì)量。

4.2 基于BIM的裝配式建筑施工技術(shù)在實際案例中的應(yīng)用

案例為某住宅小區(qū)，總建筑面積為3001.45 m2，住宅樓設(shè)計為裝配式建筑，層數(shù)為7 層，在施工過程中應(yīng)用BIM 技術(shù)來提高管理效率，提升施工質(zhì)量。

4.2.1 生產(chǎn)階段的應(yīng)用

根據(jù)調(diào)查研究和工程實踐經(jīng)驗制訂科學(xué)合理的生產(chǎn)方案，是滿足預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場吊裝需求和降低成本的核心步驟。為適應(yīng)更高的生產(chǎn)管理要求，引入BIM 技術(shù)，使設(shè)計方與施工方緊密協(xié)作。通過BIM 技術(shù)，可以從云端文件中獲取詳細的尺寸、材料和規(guī)格等信息，從而制訂高度精細的生產(chǎn)方案。需要強調(diào)的是，BIM 模型可以在設(shè)計或施工單位調(diào)整預(yù)制構(gòu)件參數(shù)的同時進行同步更新，確保各方基于最新的構(gòu)件信息進行協(xié)同工作。此外，制訂生產(chǎn)方案是一個雙向協(xié)調(diào)的過程，并非簡單的文件傳遞。施工單位借助BIM 技術(shù)，可以根據(jù)生產(chǎn)進度及時調(diào)整施工計劃。同時，生產(chǎn)廠家也能根據(jù)施工進度，靈活調(diào)整生產(chǎn)方案，確保現(xiàn)場吊裝的順利執(zhí)行。這種雙向協(xié)同的方式有助于提高整體協(xié)同效率，使生產(chǎn)方案更加靈活、高效，滿足項目的實際需求。

4.2.2 施工階段應(yīng)用

通過BIM 技術(shù)，可以從中心文件中提取三維模型、構(gòu)件深化圖紙和模具圖紙，詳細編輯主材和輔材，也可以根據(jù)物料清單（Bill of Materials，BOM）進行物資采購，還可以在正式施工前，利用三維模型進行構(gòu)件的吊裝模擬，根據(jù)評價指標(biāo)及時優(yōu)化吊裝方案，完善相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。這一整合方法不僅能夠提高施工管理的精準(zhǔn)性和高效性，還有助于降低決策風(fēng)險，增強生產(chǎn)過程的可控性。例如：在預(yù)制板吊裝過程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠模擬預(yù)制板的吊裝過程，確定最佳的吊裝路徑和角度，優(yōu)化施工順序；利用BIM 軟件的沖突檢測功能，可以在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)潛在問題，如結(jié)構(gòu)沖突或吊裝設(shè)備碰撞等。此外，BIM 模型中包含的信息可用于實時監(jiān)控吊裝進度以及材料利用等，進而提升施工管理水平。

BIM 技術(shù)在預(yù)制樓梯連接中也發(fā)揮了重要作用。在本項目的預(yù)制樓梯結(jié)構(gòu)中，預(yù)制梯段與梯梁的連接節(jié)點采用高端支承為固定鉸支座，低端支承為滑動鉸支座，以確保連接的靈活性。在連接部位，樓梯梯段設(shè)計了預(yù)留孔，用于安裝C 級螺栓，以實現(xiàn)與梯梁的可靠連接。螺栓下端設(shè)置有鋼筋錨固板，并輔以孔邊加強筋，以提高連接的牢固性和穩(wěn)定性。為了有效填充連接空隙并增強連接的整體性，梯段與梯梁水平縫隙處采用水泥砂漿進行鋪設(shè)，確保連接部位牢固無縫。在高端梯段與梯梁垂直縫隙之間，采用聚苯板進行填充，提供優(yōu)良的隔熱和隔音效果，同時增加結(jié)構(gòu)的絕緣性能。而在低端梯段與梯梁垂直縫隙之間，則不進行填充材料，以保持連接的柔性和可調(diào)性。

5 結(jié)語

在建筑領(lǐng)域中，裝配式建筑施工技術(shù)是一種新型施工技術(shù)，該技術(shù)通過在工廠內(nèi)制造構(gòu)件、在施工現(xiàn)場進行安裝，有效縮短施工時間。本文探討了如何將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑施工，以期為裝配式建筑的施工提供參考，為BIM 技術(shù)應(yīng)用范圍的擴大做出貢獻。