BIM的實踐：在裝配式鋼結構住宅中

閆增會

BIM的實踐：在裝配式鋼結構住宅中

閆增會

十三五期間，國家對建筑產業化提出更高的發展要求。建筑產業化是指整個建筑產業鏈的產業化，把建筑工業化向前端的產品開發、下游的建筑材料、建筑能源甚至建筑產品的銷售延伸，是整個建筑行業在產業鏈條內資源的更優化配置，是運用現代化管理模式，通過標準化的建筑設計以及模數化、工廠化的部品生產，實現建筑構部件的通用化和現場施工的裝配化、機械化。發展建筑產業化是建筑生產方式從粗放型生產向集約型生產的根本轉變，是產業現代化的必然途徑和發展方向。

（一）中國建筑產業化與信息化基本背景

我國2016-2020年建筑業信息化發展綱要指出，建筑業信息化是建筑業發展戰略的重要組成部分，“十三五”時期，全面提高建筑業信息化水平，著力增強BIM、大數據、智能化、移動通訊、云計算、物聯網等信息技術集成應用能力，建筑業數字化、網絡化、智能化取得突破性進展，初步建成一體化行業監管和服務平臺，數據資源利用水平和信息服務能力明顯提升，形成一批具有較強信息技術創新能力和信息化應用達到國際先進水平的建筑企業及具有關鍵自主知識產權的建筑業信息技術企業。

BIM技術的出現是計算機科學、圖形學和信息學發展結合的產物，以建筑幾何模型和非幾何屬性信息的統一，既滿足了空間構造的幾何表達，又以各種建筑信息來滿足建筑全生命周期的各種技術和管理需求。BIM技術將為我國建筑業信息化帶來強大的技術支持，BIM技術及其技術拓展帶來的軟件、工具、平臺是當前實現建筑業信息化的必選工具和技術。

實現建筑產業化是我國現代化進程中艱巨的歷史性任務，而信息化是我國加快實現工業化、產業化和現代化的必然選擇。我們堅持以信息化帶動產業化，以產業化促進信息化，走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源優勢得到充分發揮的新型產業化路子。

（二）建誼集團鋼結構裝配住宅虛擬營造新模式

鋼結構裝配住宅是住宅產業化的重要產品之一，是裝配化率最高的裝配式住宅形式。鋼結構裝配住宅用到多種部品，如外墻部品、內墻部品、廚衛部品、機電部品等，涉及多個行業，如建筑、機械加工、機電制造等。鋼結構裝配住宅的設計建造過程，不完全在于某一部品的優劣，更在于多種部品組合時的構造和工藝關系，以及為此應配備的管理技術。在鋼結構住宅全生命周期過程中，需要多個資源廠家的技術和管理信息協同，從而簡約、快捷、優質、價廉地完成鋼結構裝配住宅產品的生產。

BIM和云協同技術的出現為裝配式鋼結構住宅的產業化生產提供了信息化工具。建誼集團為實現鋼結構裝配住宅產品的信息化應用，編制了《建誼集團裝配式鋼結構產品全生命周期BIM實施標準》。標準從BIM實施方法論和實踐角度統一了各方對BIM數據的協同應用。涉及全生命周期各階段虛擬部品、模塊化綜合部品、BIM軟件模板、前期方案模型及投資模型、施工圖模型、設計深化模型、模型4D/5D應用、竣工模型、運維模型、BIM軟件插件管理等。本文重點從模式上介紹集團結合BIM技術和云協同技術如何實現鋼結構裝配住宅的虛擬營造。以下是幾個重要概念：

1.虛擬營造

即在建筑真正實施前，在電腦虛擬環境中模擬設計結果，模擬建造過程，從而對項目決策提供依據和降低風險。虛擬營造之“營”即是建筑系統模型與構件裝配模型的建立過程；虛擬營造之“造”，是對建筑系統模型、構件裝配模型以及非實體模型的應用過程。虛擬營造完成之后的數據信息，將指導項目現場實施，大大降低了傳統模式不經虛擬模擬帶來的風險和成本浪費。

2.構件級異地協同

由于鋼結構裝配住宅設計多種部品資源，各部品商在虛擬營造過程中，基于BIM模型的在線協同變得非常重要。在設計階段是基于建筑、結構和機電系統的協同以解決系統矛盾；在部品深化階段，各生產商在同一模型上若能在線時時溝通進行部品深化、協調工藝和構造方式，將大大降低錯誤和風險；在虛擬建造階段，需要建立各種施工工具、場地布置、安全模型等，也能模擬施工建造過程。因不同部品商處于異地，多方基于互聯網和BIM技術實現多方同臺工作的模式。在互聯網環境下，各生產商虛擬部品可基于互聯網實現共享，設計師、工程師可快速選擇合適的建筑部品。

3.軟件生態圈

建誼集團為實現鋼結構裝配住宅的虛擬營造，建立了軟件應用生態圈，如下圖：

（三）BIM模型體系的劃分

BIM模型分為實體模型與非實體模型兩大類。

a.實體模型：即建筑產品本身內存在的部分，分建筑系統模型和構件裝配模型兩部分。建筑系統構件組成的BIM模型，稱為建筑系統模型，是BIM模型的主體；由虛擬部品部件裝配形成的模型，稱為構件裝配模型，是設計深化的一部分，構件深化模型是對建筑系統模型中裝配部分的深化表達。而非裝配化的構件如抹灰、壁紙、現澆混凝土、房間區域等，還是要存在于建筑系統模型的。

b.非實體模型：是建筑產品本身以外部分如腳手架、場布模型、施工機具模型等。

（四）建誼集團鋼結構裝配住宅實施路徑（以北京市豐臺區成壽寺定向安置房為例）

外觀效果圖

1.軟件平臺準備

根據鋼結構裝配住宅內在特點，在BIM軟件體系選擇中，經過全球考察比選，選定內梅切克GRAPHISOFT ARCHICAD作為主模型建立平臺，采用其BIMcloud平臺作為基于構件級的異地協同平臺。各階段、各參與方均在BIMcloud上基于不同階段模型開展工作。其他軟件參見軟件生態圈章節。

BIMcloud協同機制如下幾張圖所示：

目的：業主、建筑師、施工方等多方通過BIMcloud上的ARCHICAD模型進行數據和信息共享，無論他們身處何地，只要有網絡。

實現機制：BIM模型存儲云服務器上，可實現模型的建立、調用、信息加載與提取，各參與方通過不同的權限獲取對模型和信息的參與權

關鍵技術：增量傳輸技術，使在網絡上傳輸的只是某一操作時間內新增或修改的數據，可做到基于建筑構件級別的協同

移動端應用：移動端設備上的輕量化模型，通過網絡能與BIMcloud上的模型進行在線溝通，可指導現場施工

2.虛擬部品庫儲備

裝配式鋼結構住宅用到非常多的部品部件，必須提前對各種部品的性能、參數有儲備，以虛擬部品的形式建好模型，加載必要的信息，以便在產品實施過程中調用，實現共享。

3.鋼結構住宅戶型庫研發

鋼結構裝配住宅產品不同于傳統結構，例如剪力墻結構住宅，戶型研究是一個系統工程，有其內在的特點，尤其是結構的建筑戶型的約束很大。以建誼集團北京豐臺區成壽寺定向安置房鋼結構裝配住宅戶型圖為例，18層以下，柱網全部為6600x6600標準柱網，可演變出多種面積的套型，以實現套型多樣化。特別說明的是，該戶型有嚴格的套型比要求，同時因日照間距的問題，進深不能做大，只能做成板樓。柱網采用6600x6600是考慮到中間不加次梁的情況下，疊合樓板要求板跨不能太大。

集團一代鋼結構住宅戶型產品（用于北京成壽寺定向安置房）

4.實體模型之系統模型（以建筑系統模型為例）

方案階段開始，全部在ARCHICAD中完成方案設計，通過不同單元間的嵌套，又衍生出多種戶型。

戶型組合方案模型

施工圖階段，全部在ARCHICAD中完成建筑專業設計，并將TEKLA鋼結構模型通過IFC格式導入ARCHICAD進行精細化協調。

建筑系統模型（施工圖出圖模型）

5.實體模型之部品深化模型（以內墻、外墻和裝配樓板為例）

內墻砂加氣條板深化模型

內墻砂加氣條板GD構件參數設定

外墻：砂加氣條板+保溫復合一體板深化模型

樓板：鋼筋桁架疊合樓板深化模型

6.非實體模型

以下僅舉幾個例子，說明非幾何模型的建立和應用情況，例如，通過ARCHICAD軟件和GDL語言技術，建立參數化模型，可通過GDL參數的調整實現各種可行性模擬，例如模擬塔吊半徑是否能覆蓋需吊裝的區域、各種空間分析，而不必每實驗一種可能性就要建一次模型，更不必通過三維動畫等實現模擬，因為其成本較高，效率較低。

基坑開挖及場地布置模型

通過GD熱點可任意調整熱點，形成任意邊支護樁模型，而樁間距可自由定制，而且可在構件中看到樁的數量。

支戶樁GDL構件

再如，通過ARHICAD模型和GDL構件，精確描述出單側支模地下室外墻的構造關系和施工工藝；冬季施工的施工方案也可完全用BIM模型表達出來。

冬季施工措施模型

地下室外墻單側支模模型

鋼結構裝配住宅是裝配化率最高的住宅，用到多種不同生產商的部品，如何協同各方共享信息模型，協同工作，處理好不同部品間的構造和工藝關系，是實現其虛擬營造的關鍵。建誼集團采用GRAPHISOFT ARCHICAD和BIMcloud模型協調平臺，提出了虛擬營造的工作模式。虛擬營造完成后，將形成指導現場實施的精確數據，可實現基于增量傳輸技術的構件級異地協同，大大提高了信息共享和協同的效率，實現建筑產業化與建筑信息化的高度結合。

由于篇幅原因，同時4D/5D應用因企業的具體管理方式不同而不同，本文未展開對BIM模型的4D/5D及運維應用的描述。

該模式對于中國企業為海外的項目實施也提供了非常有價值的借鑒意義，大大減少海外派駐人員的數量，而以BIM模型的協同協調各方的工作。

（作者：北京建誼投資發展（集團）有限公司設計總監兼BIM技術執行總監）