基于BIM的預制裝配建筑體系應用技術

許杰峰　鮑玲玲　馬恩成　夏緒勇　姜立

(中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司，北京　100013)

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基于BIM的預制裝配建筑體系應用技術

許杰峰鮑玲玲馬恩成夏緒勇姜立

(中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司，北京100013)

本項目根據預制裝配式建筑全產業鏈的需求，基于自主BIM 平臺，開展預制裝配式建筑設計、生產、運輸和施工各環節協同工作關鍵技術研究，建立基于BIM的預制裝配式建筑全流程集成應用體系，并進行工程示范應用。通過本項目實施，完成自主知識產權裝配式建筑BIM平臺、軟件、系統及標準，為裝配式建筑全過程應用提供技術支撐。項目充分挖掘BIM技術信息集成優勢，提高預制裝配式建筑設計效率20%以上，降低80%的拼裝檢測的人工量，降低工程成本，產生明顯的社會經濟效益，從而促進建筑產業化的可持續發展。

自主BIM平臺； 裝配式建筑； BIM技術； 示范工程； 建筑工業化

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.03

1　前言

我國正處在生態文明建設、新型城鎮化戰略布局的關鍵時期，大力發展建筑工業化，對于推進建設領域節能減排，加快建筑業產業升級，具有十分重要的意義和作用[1-3]。裝配式建筑是標準化設計、工業化生產、機械化安裝、信息化管理的現代化建造方式，BIM是裝配式建筑體系中的關鍵技術和最佳平臺，它能夠在全生命周期內提供協調一致的信息，在裝配式建筑全產業鏈中提供有力支持。結合BIM平臺、構件庫、物聯網、計算機輔助加工、虛擬施工安裝等新技術，將有效解決預制裝配式建筑體系產業化發展中的諸多關鍵問題，給裝配式建筑的全產業鏈生產方式帶來全面提升[4-7]。在此背景下，國家啟動“十三五”重點研發計劃“綠色建筑及建筑工業化”專項，并于2016年7月正式立項國家重點研發計劃項目“基于BIM的預制裝配建筑體系應用技術”(項目編號： 2016YFC0702000)，本項目由中國建筑科學研究院牽頭承擔，實施周期為2016年07月至2019年06月。

2　總體目標

基于BIM技術的預制裝配建筑體系應用技術研究，完成自主知識產權的預制裝配式建筑體系BIM平臺[8]，解決預制裝配式建筑設計、生產、運輸和施工各環節中協同工作的關鍵問題，建立完整的基于BIM的預制裝配建筑全流程集成應用體系，為建筑產業化提供科技引領和技術支撐，促進預制裝配式建筑產業現代化。

3　項目課題設置

本項目以自主研發、信息優化、協同管理、動態智能為基本思想，以建立基于BIM預制裝配式建筑全流程、開放式、高效率的集成信息平臺為導向，面向我國裝配式建筑的基本特點和實際需求，設置了五個課題(如圖1)，各課題之間相互關聯(如圖2)，技術路線合理。

圖1　項目課題設置及承擔單位情況

圖2　項目課題分解及關系圖

4　研究內容

本項目以BIM技術為核心，將預制裝配式建筑設計、生產、建造過程有機結合起來[9-12]。具體研究內容如下：

(1)課題一：預制裝配建筑產業化全過程自主BIM平臺關鍵技術的研究開發

基于BIM技術，研究裝配式建筑基礎數據平臺、協同工作平臺和各階段專業應用集成平臺，建立裝配式建筑BIM數據通用化、標準化描述、存取與管理架構，研究裝配式建筑全生命周期協同工作原理與技術方法，實現裝配式建筑全產業鏈各環節的數據共享和軟件集成。

(2)課題二：裝配式建筑分析設計軟件與預制構件數據庫的研究開發

基于自主BIM平臺，研究裝配式建筑標準構件拼裝和構件智能拆分設計方法(圖3)，構建搭積木式的裝配式建筑設計創新模式； 通過研發裝配式建筑分析設計CAD商品化軟件和預制構件數據庫，實現標準化設計，滿足建筑工業化和協同設計要求，保證設計安全度，提高設計質量與效率。

圖3　可視化智能拼裝與拆分模型

(3)課題三：基于BIM模型的預制裝配式建筑部件計算機輔助加工(CAM)技術及生產管理系統的研究開發

基于自主BIM平臺，研究多源異構BIM與生產設備的數據轉換技術； 研發鋼筋骨架自動成型和安裝的預制構件一體化生產計算機輔助制造系統(CAM)； 建立大體量工程需要的預制裝配式構件生產管理系統，實現其設計系統與生產系統之間的數據兼容。

(4)課題四：基于BIM的空間鋼結構預拼裝理論技術和自動監控系統的研究開發

基于自主BIM平臺，研發空間鋼結構預拼裝BIM模型應用和自動監控系統，實現預拼裝過程中自動化數據采集、模型處理、信息擬合、偏差分析等，并提高空間鋼結構預拼裝的智能化程度； 同時，建立空間鋼結構預拼裝模擬及控制理論體系，完成空間鋼結構預拼裝技術標準，保證鋼結構預拼裝與監控的規范性。

(5)課題五：基于BIM和物聯網的裝配式建筑建造過程關鍵技術研究與示范

基于自主BIM平臺和物聯網技術，研發裝配式建筑智能施工安裝系統，編制建筑智能施工安裝應用指南，實現BIM模型及實體構件信息通過云端物聯網在生產、運輸及安裝之間的有效傳遞； 最后，開展裝配式建筑的運輸、安裝及施工現場管理的全過程示范應用，實現裝配式建筑智慧建造。

圖4　項目預期成果顯示

5　主要創新點

(1)創新點1：首創自主BIM平臺，支持裝配式建筑設計、加工、運輸、施工全過程集成應用。

(2)創新點2：建立BIM數據標準化描述和存儲格式，支持裝配式建筑全產業鏈應用。

(3)創新點3：研發基于BIM協同平臺裝配式建筑設計軟件，開創裝配式建筑標準化設計新模式。

(4)創新點4：開發基于云服務的開放的參數化預制構件及部品數據庫管理系統，實現預制構件供應鏈信息流優化和集成。

(5)創新點5：研發基于BIM平臺的計算機輔助制造系統(CAM)，實現預制混凝土構件鋼筋骨架自動成形、安裝。

(6)創新點6：研發基于BIM平臺的大體量工程生產管理系統，實現預制裝配式構件可追溯性質量管控。

(7)創新點7：基于BIM、3D掃描等技術，研究空間鋼結構數據的高效采集以及高精度拼裝模擬、自動監測、評估和控制。

(8)創新點8：建立基于BIM技術的空間鋼結構預拼裝全過程信息化集成應用體系。

(9)創新點9：研發基于BIM平臺、物聯網、點云模型的預制裝配式建筑智能施工安裝系統，實現預制構件生產運輸裝配實時監控、拼裝校驗及智能安裝。

6　預期成果和效益

通過本項目實施，完成自主知識產權裝配式建筑BIM平臺、軟件及系統，完成BIM國家標準1本、BIM軟件技術與信息交換標準2本、空間鋼結構BIM預拼裝技術標準1本，并開展相應的工程示范，為裝配式建筑全過程應用提供技術支撐(圖4)。

(1)科學價值

本項目應用BIM平臺、虛擬施工安裝、3D激光掃描、物聯網等新技術，促進預制裝配式建筑領域BIM技術與其它技術的集成，為后續信息技術的集成提供理論依據和技術參考。

(2)人才培養

通過項目研究為社會培養一批預制裝配式建筑領域重要的技術骨干和研究人才，他們將成為支撐本項目課題開展的中堅力量，也將成為我國預制裝配式建筑產業化長期發展的寶貴資源。

(3)社會經濟效益

項目實施后，充分挖掘BIM技術信息集成優勢，提高預制裝配式建筑設計效率20%以上，降低80%的拼裝檢測的人工量，大幅提高工作效率，降低項目成本，縮短項目周期，產生明顯的社會經濟效益。

本項目承擔單位23家，均在BIM及預制裝配式建筑領域擁有多年技術積累和實踐經驗，涵蓋全國裝配式重點地區的著名科研、軟件、設計、生產、施工及 EPC 一體化單位和高校，充分體現了項目要求的產、學、研、用結合，為項目的實施提供了有力的保障。

7　結論

本項目成果將使預制裝配式建筑設計效率大為提高，并大幅降低拼裝檢測的人工量，通過示范項目及軟件系統商品化，全系列軟件將提升成為全國預制裝配式建筑應用的重要基礎產品。基于BIM技術的預制裝配式建筑應用使原來的粗放型模式向集約型模式轉變，促進建筑產業化的可持續發展，為推動我國建筑工業化做出貢獻。

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Application Technology of BIM-based Prefabricated Building System

Xu Jiefeng，Bao Lingling，Ma Encheng，Xia Xuyong，Jiang Li

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing100013，China)

According to the demand of the whole industry chain of prefabricated building, and based on the independent BIM platform, this project carries out the key technology research on the collaborative work of the prefabricated building design, production, transport and construction, establishes the BIM-based whole process application system of the prefabricated building, and applies it to the demonstration project application. Through the implementation of this project, independent intellectual property BIM platform, software, systems and standards are developed to provide technical support for the whole process application of the prefabricated building. The project fully explores the advantages of BIM technology information integration, improves design efficiency by more than 20%, and reduces 80% manual test and measurement, greatly reduces engineering cost, which has obvious social and economic benefits and promotes the sustainable development of the construction industry.

Independent BIM Platform; Prefabricated Building; BIM Technology; Demonstration Project; Construction Industrialization

“十三五”國家重點研發計劃項目“基于BIM的預制裝配建筑體系應用技術”(編號： 2016YFC0702000)； “十三五”國家重點研發計劃課題“預制裝配建筑產業化全過程自主BIM平臺關鍵技術的研究開發”(編號： 2016YFC0702001)

TU17

A

1674-7461(2016)04-0017-04