BIM技術在裝配式建筑中的應用前景分析

成海濱

湘潭市規劃建筑設計院，湖南湘潭 411100

建筑業發展至今，已成為我國經濟支柱產業之一，產值所占GDP的比值較大，又為勞動密集型產業，吸收了大量的從業人員，為社會經濟發展做出了較大貢獻。但傳統的建筑產業存在以下缺點：能耗較高、環境污染較為嚴重、勞動效率較為低下，不利于資源節約型、環境友好型社會的建設。裝配式建筑將成為建筑業發展的方向之一，它具有工業化生產、節材節能、降噪減排的特點，能實現可持續性發展的生產模式。

目前，裝配式建筑在我國逐漸推廣，但市場占有率較低，還未能做到完全標準化設計和工業化生產，其信息化程度不高，與傳統建筑產業相比，優勢不太明顯。

如將BIM技術引入裝配式建筑中，使建筑項目在可行性研究、規劃、設計、施工、使用和維護過程實現信息共享，把建筑生產管理模式從事中、事后模式調整為事前模式，提高建筑設計的合理性和施工的質量。

1 裝配式建筑和BIM技術概述

1.1 裝配式建筑

裝配式建筑是指用預制的構件在工地裝配而成的建筑。相比于傳統現澆結構建筑，這種建筑的優點是建造速度快、受氣候條件制約小、節約勞動力、對環境污染較小，并可提高建筑質量；但同時也存在結構設計難度較大、整體性較差等特點。

20世紀50年代，我國開始引入裝配式建筑技術，主要以預制結構構件為主，如：預制樓板、預制梯板、預制屋架等[1]。2005年，業內提出了建筑工業化的概念，裝配式建筑的研究和應用發展較為迅速。2014年，國家出臺 《綠色建筑行動方案》，加快發展建筑工程的預制和裝配技術，提高工業化集成水平[2]。2016年，鑒于綠色發展、建筑業轉型升級等要求，住房和城鄉建設部提出大力發展裝配式建筑，發布了三大裝配式建筑規范及《裝配式建筑評價標準（征求意見稿） 》 （建標標函 [2016]248 號） 。從發展現狀和趨勢來看，裝配式建筑已成為我國建筑行業未來的戰略發展方向。

目前，我國裝配式建筑發展還處于初級階段，其市場份額和規模還不大[3]。主要原因在于：（1） 新裝配式技術推廣不到位，公眾意識還停留在傳統裝配式建筑的層面，認為建筑整體性不好、結構安全余度較低，對裝配式接受度較低；（2） 裝配式建筑在技術標準的編制推廣、產品體系的發展完善、關鍵技術的集成創新、預制構件生產自動化工藝等方面還存有較大不足；（3） 設計施工信息化管理水平不高，與裝配式建筑對設計、預制構件生產和現場施工的協同工作與信息共享要求不匹配。

1.2 BIM技術

建筑信息制造（Building Information Manufacture，BIM） 是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，通過三維建筑模型，實現工程監理、物業管理、設備管理、數字化加工、工程化管理等功能[4]。

BIM具有以下八大特性：信息完備性、信息關聯性、信息一致性、 可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性。

如將BIM作為裝配式建筑信息化管理平臺，將為客戶提供直觀的可視化展示，由建筑整體結構拆分至分部構件，再由分部構件組裝為建筑整體，并可建立標準構件和設備數據庫，進行構件和設備系統的標準化設計。設計過程中，在BIM平臺上對所有構件進行二維碼編碼，并在構件生產過程中，以各構件二維碼為標識，結合BIM構件參數和施工圖紙進行精準預制。施工現場，以構件二維碼作為構件識別標識，進行準確安裝裝配，提高施工效率和精確度。

2 BIM技術在裝配式建筑設計中的應用

裝配式建筑深化、合理、準確的設計，對于生產階段預制構件的生產和施工階段構件裝配成建筑整體的準確性和生產施工效率至關重要。傳統建筑項目設計中，多以二維平面設計為主，利用CAD繪圖軟件施工圖設計，繪圖工作量巨大，各專業會簽中難以發現相互沖突之處。

利用BIM三維建模軟件平臺，可由各專業設計人員建立項目建筑、結構、給排水、電氣、暖通等專業三維信息化模型。與傳統建筑項目設計不同的是，基于BIM平臺的深化設計，是從整體到細部構件的拆分，利用不斷完善的構件庫，采取參數化設計方法，進行構件自動化建模和深化設計；在施工圖校審和會簽過程中，可應用BIM平臺的自動查校功能，對設計圖紙進行錯誤檢查和各專業施工圖之間的沖突檢查，并進一步對預制構件進行模擬預裝配，檢測構件節點設計的正確性。

以預制剪力墻結構為例，可運用BIM“墻體構建設計”模塊，對建筑墻體進行構件化設計，具體步驟如下：

① 先將墻體分為承重剪力墻和非承重填充墻；

② 根據墻體類別，分別進行連接節點設計 （通用節點可從節點構造庫中直接選擇） ；

③ 針對于承重剪力墻結構進行配筋設計（可利用結構設計軟件PKPM、YJK等進行設計，再通過其BIM軟件接口導入BIM模型） ；

④ 與水電暖等專業施工圖對接，按各專業要求，從水電暖專業預埋件庫中選擇預埋件，并布置在BIM三維模型中；

⑤ 對于安裝過程中，需要預設的吊點進行吊點布置和設計；

⑥ 施工預留、預埋設計，包括模板加固預埋件、外架附著預留預埋和二次構造預留預埋等。

3 BIM技術在裝配式建筑施工中的應用

裝配式建筑施工包括預制構件的工廠化生產與施工現場現澆及預制構件安裝兩個部分。

3.1 BIM技術在裝配式建筑預制構件生產中的應用

工廠化生產預制構件是裝配式建筑生產周期中的重要環節。目前，預制工廠一般通過構件施工圖對預制構件進行放樣、下料和生產。由于施工圖紙中構件的表示方式為二維平面表示法，對于構件的外觀尺寸形狀、預留預埋件及預留孔洞表達不直觀，容易造成生產錯誤或錯漏。并且，在預制構件生產過程中，預制生產進度信息與現場施工信息溝通不甚流暢，容易引起構件生產與現場安裝進度不匹配，造成因預制構件短缺工地窩工或預制構件堆放難的問題。

利用BIM平臺信息指導預制構件生產，則可從模型中直接讀取預制構件的三維放樣信息，直觀明了，減少構件的次品率和錯漏率。并可在生產過程中，通過BIM平臺建立與施工現場的信息互通，及時調整生產計劃，實現構件生產和現場裝配的無縫對接。

如今，3D增材打印技術不斷發展，已開始應用于建筑業生產。將BIM三維信息化模型和3D增材打印技術相結合，直接利用BIM模型打印裝配式建筑預制構件，將大大提高預制構件的生產速度和質量。

3.2 BIM技術在裝配式建筑現場施工中的應用

裝配式建筑在施工現場安裝過程中，構件吊裝工藝較為復雜，高空吊裝工作量大，施工安全保障難度大。在安裝施工前，施工單位可利用BIM平臺進行構件吊裝和裝配模擬，對裝配施工流程進行優化，保證現場施工的順利進行。

裝配式建筑施工現場與傳統建筑施工現場有所不同，對于預制構件堆放存貯場地要求較高。可利用BIM平臺對預制構件進行二維碼編碼，從而實現預制構件的分類堆放。并可在BIM平臺上編制構件堆放目錄，施工中按相關編號進行構件存貯位置查詢，可快速定位所需構件位置，進一步安排最優運輸吊裝路線，提高吊裝施工效率。

如能在BIM 模型中加入人力、材料、機具和時間數據，進一步完善BIM平臺，將大大提高施工單位對裝配式建筑整個施工過程各項資源投入情況的把控，并可針對施工條件的改變，及時作出調整，優化施工方案，提高建筑施工質量和節約工程造價。

4 結語

綜上所述，將BIM信息化技術應用于裝配式建筑當中，將利用BIM強大的可視化、信息化和專業協調性，充分突出裝配式建筑的優勢，提高裝配式建筑設計、構件制作和施工安裝的技術水平，降低工程造價，為建設資源節約型、環境友好型社會作出貢獻。

目前，BIM平臺與裝配式建筑的緊密結合，還存在一些技術上的問題，比如：BIM構件庫不足以支撐裝配式建筑構件需求；BIM軟件與其他設計軟件的接口問題，尚不能實現模型互導；BIM平臺中時間和資源維度模型缺失等。因此，如能在工程實踐中，對BIM技術和裝配式建筑進一步磨合和完善，將進一步促進裝配式建筑產業鏈拓展，成為建筑產業化新時代的創新趨勢。

[1] 樊軍， 楊嗣信.關于實現裝配式建筑的思考及建議[J].建筑技術，2017，48（2） ：118-122.

[2] 國務院辦公廳.《綠色建筑行動方案》成為建筑工業化和住宅產業化發展指南[J].住宅產業， 2014（11） ：8-13.

[3] 楊闖， 劉香.我國裝配式住宅現存問題及應對策略分析[J].建筑技術，2010，41（12） ：1074-1077.

[4] 陳玲燕.BIM在建筑工程項目全壽命周期中的應用價值[J].安徽建筑，2015（6）：221-224.