淺析BIM技術在裝配式建筑中的應用

劉亞楠+楊柯紅+王亞利

摘要：裝配式建筑進軍“一帶一路”，奠定了現代建筑的發展方向。裝配式建筑構件進行工廠標準化大規模生產，符合標準化工業生產的要求，且工期短，污染少。而BIM技術在裝配式建筑中的應用，則給行業帶來了新方向。文章針對裝配式建筑的標準化處理、異形構件處理、構件偏差處理以及碰撞處理，淺談BIM在建筑中的應用價值，并提出了建議。

關鍵詞：裝配式建筑；BIM；預制構件

0引言

裝配式建筑，是指建筑中的構件由設計單位設計完成后，將所需構件的各種參數，包括尺寸規格、材料、施工工藝等發給工廠，由工廠加工后運至施工現場進行放線、吊裝，同時這種“搭積木”方式建成的房子需要進行良好搭接，現階段主要通過鋼筋插口的緊密咬合，并澆筑混凝土做到雙重保險，所以裝配式結構是比較安全的。除此之外，裝配式建筑較為符合綠色建筑的要求，建筑構件進入工廠進行工業化生產，粉塵污染由工廠保證處理，避免在施工現場造成粉塵堆積，揚塵現象嚴重等狀況。

裝配式建筑進軍“一帶一路”，奠定了現代建筑的發展方向。而裝配式建筑曾在上世紀應用過，但是由于當時施工技術、施工材料、施工手段的局限性，并未得到廣泛的發展。如今新技術、新材料、新施工工具的出現以及BIM的開發應用，給裝配式建筑結構的發展帶來了新的希望。尤其是BIM技術，通過一系列三維軟件的運用，針對裝配式建筑的設計、進度管理、現場施工等方面進行優化，實現裝配式建筑的全壽命周期的管理。文章著重從以下幾個方面入手，展示BIM技術在裝配式建筑中的應用。

1 BIM技術在裝配式建筑中的應用

1.1裝配式建筑的標準化處理

裝配式建筑的核心是建筑構件的標準化工業生產，節省建筑施工時間。設計人員在BIM平臺中構建預制構件（如梁、板、柱、樓梯等）的“族”，現階段裝配式建筑主要用于居住類建筑，應適當增加廳式住房的模塊，嚴格按照《建筑模數協調統一標準》（GBJ2-86）（例如，廳式住房中開間、進深必須符合3M的倍數）的規定，制定相應構件的尺寸和形狀。

1.2裝配式建筑異形構件處理

當今社會，建筑不再趨同化，而是注重個性，標新立異，但這并不符合標準工業化大生產的要求，也是裝配式建筑面臨的重大考驗。異形建筑（異形構件）在裝配式建筑中很少應用，主要是因為異形構件圖紙復雜、獨一無二，需單獨繪制，且各種軟件不能共享、受力問題（不能機械的應用程序軟件計算）等。而BIM技術可以在這方面實現優化：

①增加裝配式建筑預制構件的“族”庫，即對Revit進行二次開發，將所需的預制構件進行參數化設計，保證BIM設計中的所有設計參數值能夠在一個界面上運行，形成不同設計單體（施工圖設計、結構設計、給排水設計以及電氣設計）成果，這樣可以減少時間，同時在一個模塊里面進行更改，減少了各個部門之間的摩擦，提高效率。

②針對異形構件的受力問題，借助于BIM技術平臺中ANSYS的CFD分析功能，結合已經輸入BIM信息庫的裝配式構件的搭接形式等，進行結構受力驗算，既精確又高效。

1.3裝配式建筑構件偏差處理

裝配式建筑需要分隔各構件，小型構件，如踏步板：中型構件，如預制樓梯中的平臺梁，平臺板：大型構件，如預制整個樓梯等，由工廠生產，然后運送到現場進行吊裝拼接，不可避免發生一些碰撞、彎曲破壞，導致構件尺寸的偏差，影響施工質量。

裝配式建筑在安裝過程中尤其注意外露鋼筋的位置、長度以及垂直度，因為鋼筋是建筑構件的主要受力點，且外露鋼筋的搭接關系著整個建筑的整體性能的優劣。國家標準規定：鋼筋中心位置的允許偏差為+3mm，外露長度為+10mm。但正是因為這樣的偏差，若建筑面積較大，會影響建筑預留孔洞的空間，嚴重時可影響建筑構件的搭接，出現質量問題。現階段利用BIM技術可以很好地處理這些問題。定期將現場施工數據（注明偏差值）通過RFID技術輸入BIM平臺中，評定施工質量，并根據BIM平臺反饋的真實信息，利用VR（Virtual Reality）技術，模擬真實的拼接狀況，將形成的誤差反饋到結構設計當中，結構設計人員根據得到的信息，進行偏心等計算，驗算是否能夠達到結構的質量要求及外觀要求。

1.4裝配式建筑構件碰撞處理

裝配式建筑構件由工廠到施工現場，通常需要進行長距離運輸，運輸時需要將大型構件進行分割，運至現場進行吊裝、拼接。在吊裝之前需檢查各類構件的類型、編號及外形尺寸等，并將相應信息植入RFID芯片，全程監控。在傳統建筑構件拼接過程中，不可避免地就會發生一些構件碰撞，主要是因為：

①各種設計軟件之間的數據輸出格式不能相互運用，建筑、電氣等施工人員按照各自施工圖進行施工，可能導致構件受力薄弱位置放置荷載較重構件，影響結構的正常使用。

②建筑結構允許偏差造成的碰撞。例如，梁和柱子的搭接問題，預制構件預留外漏鋼筋進行搭接，澆筑混凝土加固。但是，由于施工中偏差的存在，可能會導致結構安裝放線時產生碰撞。

③建筑安裝施工順序造成的碰撞。大型構件在現場安裝時，作業空間較為狹窄。

上述碰撞問題，現階段利用BIM可以提前做出處理，減少不必要的碰撞發生。

①BIM可通過仿真模擬建筑外形、結構、給排水以及電氣施工真實信息，形成三維立體構成圖，在施工前，通過navisworks軟件進行碰撞檢查，一旦發生碰撞問題，可以及時反映給設計單位，各設計專業可以針對這一個模塊進行協調商討，提出較為合理的解決方案。

②結合RFID芯片，根據施工進程，向BIM同步輸入吊裝、安裝的施工現場信息，針對出現的偏差現象及時作出分析，調整。

③利用BIM4D技術，對裝配式建筑施工程序進行演示，根據模擬情況，預留相應的孔洞，避免后期鉆孔對建筑造成的損傷。

2提出建議

對于裝配式建筑，在工廠需要進行大量建筑構件的預制，在施工現場需要對各種預制建筑構件進行吊裝和拼接，如中、大型墻體、柱子、梁等的吊裝和拼接。無論在構件預制的工廠，還是現場的施工吊裝、拼接，都很容易發生人員傷亡等大型事故。因此，裝配式建筑隊作業人員素質要求較高。為了減少傷亡事故的發生，可以通過BIM技術中的VR虛擬現實，在建筑作業前對作業人員進行裝配式建筑的全面安全教育。

此外通過一系列三維軟件構建裝配式建筑的綜合模型，形成可識圖的視覺效果，然后利用VR技術，通過施工人員自身視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，以及其形體、手勢等，參與到建筑施工信息處理的環境中去，身臨其境。這樣不僅能讓施工人員切實的體驗施工環境，掌握施工要素，而且VR技術可以模擬出一些施工中錯誤范例及產生的不良后果，給施工人員予以震懾，提高施工質量。

3結束語

裝配式構件在上世紀建筑設計中未被廣泛應用與其自身的造價高有一定的關聯。據統計，裝配式建筑的造價，平均每平米要比現澆建筑貴200到300元左右。而造價成本主要依托生產規模，只要建設量達到一定的規模，生產部件工業化大批量生產，成本就會總體降下來，因此要把握“一帶一路”這個契機。通過BIM技術，充分展示裝配式結構在建筑結構選擇上的優勢，形成一定的規模，不僅大大減少施工時間，提高效率，而且降低造價，成為性價比較高的建筑形式。endprint