裝配式混凝土建筑設計階段BIM技術的應用

王際雄 徐建男

摘 要：混凝土建筑是傳統的建筑技術，它已經遠遠落后。相比于裝配式建筑而言，它的缺點顯而易見。而裝配式建筑是指用預制的構件在工地裝配而成的建筑。它建造速度快，受限制小，質量高。但隨著社會的不斷進步，產生了裝配式混凝土建筑，裝配式混凝土預測建筑實施的關鍵是裝配深化設計；可以通過BIM的設計，采用的設計理念是從整體到構件，中建·深港新城項目深化設計就是其中的一個實例，該工程是一個公司實施總承包管理，包含前期規劃設計，施工圖設計，構件生產，施工，后期運營等全過程。BIM技術在其中起著很重要的作用。

關鍵詞：裝配式混凝土建筑；建筑設計；BIM技術應用

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0277-02

1 某項目中存在的問題

裝配式混凝土建筑也在公租房項目住宅結構產業化技術體系中存在，預制構件有很多不同的種類，包括疊合樓板、疊合陽臺板、空調機擱板、樓梯梯段、夾心保溫外墻板、內墻板、女兒墻板、PCF板、裝飾板等不同種類。在建筑中存在著一些問題，這個時候BIM便有著很重要的地位。

建筑中因設計施工、構件加工對接不足造成的資源浪費的問題可以通過建立BIM技術解決問題，BIM技術將深化施工模型的設計，可以利用三維施工模擬、提取構件工程信息等手段解決建筑中深層問題。在這個建造過程中，工期能夠得到合理的縮短，勞動力能夠得到合理的利用，工程質量也能得到提高而且在能耗降低和成本控制方面也存在優勢。

在中建、港深新城項目建筑中，BIM技術得到了充分發揮，他的主要優勢建立在對族模型要求符合高度精度標準，將BIM技術應用與設計與施工過程中，讓施工更加完美，更好的設計藍圖模型，提高其工程的質量。

中建深港新城項目在產業化施工方面遇到的問題有預制構件進行精細化管理比較困難，設計與施工對接難度比較大，專業化施工能力培養難度也比較大。

2 BIM技術

2.1 BIM技術的介紹

BIM一詞在2002年有著名的BIM軟件公司歐特克提出，此后這個概念便迅速在全球普及與發展，我國也不例外，將BIM技術應用于施工階段，并向運維發展。BIM技術具有可視化、模擬性協調性等特點。BIM系統就是通過參數化概念運用面向對象技術，建立一個富含海量建筑數據信息的可視化模型，通過對該模型的應用加強對項目全生命周期中各階段的管理，實現精細化管理。

2.2 用BIM技術解決中建深港新城存在的問題所使用的方案

2.2.1 建立參數化構件族

構件族的參數化建立是裝配式混凝土結構工程主要的體現，通過BIM模型將構件加工圖紙與構件模型信息雙向連接。它與常規現澆混凝土工程的BIM模型存在差異。在創建混凝土澆筑板時，你會發現，混凝土板為實心板，但綁扎的鋼筋占用了空間，就會多出一部分混凝土量，導致板的混凝土用量增加。對此采用參數化族的方式，可以精確混凝土的用量等。

2.2.2 構件模型的管理

信息化技術是產業建筑集成技術體系的重要環節，而管理全過程信息化，在其項目中更是發揮的淋漓盡致。采用BIM結合物聯網技術便實現了這一目標。例如對施工人員吊裝定位的指導，隨時查詢構件參數屬性，做到隨時查詢信息。

（1）建立高精度模型，表現各階段構件安裝。

分離每一個步驟的模型并加以組合，實現用模型反映構件安裝過程的不同階段。

（2）通過施工過程模擬，論證施工方案。

當前住宅產業化缺乏基礎數據，還沒有有效的可指導施工的基礎數據：比如機械設備的分配、場地物資的堆放承受能力等。該項目建造過程中，首先是出現了一次運輸構件施工現場碼放不開尋找指定安裝構件的困難；二次搬運增加構件破損，耗費了大量人力及時間等問題。通過BIM4D預測施工進度，結合構件廠產能與場地條件控制，可控制構件到貨量；通過BIM技術進行吊裝測算，調整構件的碼放順序和位置；通過BIM模型，依據塔式起重機工作半徑范圍，統計構件型號，模擬驗證構件碼放位置的合理性和吊裝順序，合理布置構件碼放區的放置順序（高層構件在下，底層構件在上）。

（3）模擬構件及機械的空間關系制訂施工方案。

通過引入構件參數與人及機械設備、施工材料的關系，可提前發現問題；通過BIM技術管理構件進場、堆放與搬運，分離每步驟模型并加以組合，用模型反映構件不同階段的安裝過程，模擬構件吊裝時與工人的空間關系，制訂吊裝方案。

（4）構件可視化安裝模擬。

目前工人對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作尚存在難度，主要表現在：構件的鋼筋與現澆部分的鋼筋穿筋節點不清；安裝垂直構件時，工人對垂直構件找平及找標高缺少數據支撐。

對構件拼裝順序和三維空間坐標準確性操作有難度的問題，在現場通過三維可視化模擬模板構件拼接，實現同類構件不同公差的安裝方案。通過質檢測量數據錄入BIM模型，實現構件還原實際構件條件，用于指導選擇安裝方案，減少了返工率。

2.2.3 基于BIM技術的裝配式混凝土結構三維技術交底

通常情況下勞務隊伍對于產業化方面沒有足夠的了解，且沒有很好的技術儲備，就可以很好的利用BIM技術進行模擬施工的演示，通過三維的演示對接勞務的交底工作，并且產生知識庫。

2.2.4 構建構件質量跟蹤平臺

結合物聯網技術，質量跟蹤平臺在構件中設置RFID芯片。對構建不同周期的質量和運維情況進行實時跟蹤

3 應用BIM的主要效果

3.1 產業化建造工期可控，效率提高

本工程的設計方案采用了眾多大型項目都使用的BIM技術，建立標準構件庫，通過數字信息模擬建筑物所具有的真實的信息使得設計單位、構件廠和施工企業協調運作，實現將生產工藝集中在流水線上。以安裝構建為主的住宅產業目標減少了工程的資源浪費，人力也進行了縮減。機械化操作提高了生產效率，減少了成本的輸出。

經過研究，在設計階段之初完成對施工階段勞動力的總體分析，采用BIM技術對CSI住宅產業化虛擬三維模擬建造的過程中引入勞動力、物資、和場地的概念，繼而減少勞務選擇風險以及施工進度明顯滯后的問題，提高設計功能對施工過程的指導，這樣一來，工期就大大縮短了。

3.2 實現設計、施工一體化建造

本工程在BIM的CIS設計的基礎上表現出來的特點是精度高、覆蓋設計、構件加工、現場施工等。這些關鍵的環節把以前住宅設計圖紙不具體、現場施工指導效果差的問題解決了。通過強化設計來達到施工過程的有效性，搭建在BIM技術的基礎上預制裝配式設計施工一體化協調平臺。這個平臺根據設計階段完成的施工圖，搭建預制裝配式BIM模型，包括構件模板圖、預埋預留件圖，模型等級定為LOD400等級標準，并進行拆分模擬。根據設計階段的BIM成果，完成PC運輸、施工過程中各種工況的相關深化設計計算；通過結構計算確定脫模、存放時的吊裝和支撐位置。根據PC的BIM模型搭建及深化設計，生成完整的BIM信息模型，形成深化設計圖紙，用于指導后期生產和施工。

3.3 培養專業隊伍

當下，相關施工單位在裝配式混凝土結構施工方面仍然有很多的不足之處，在現場施工時，結合工程的特點以及技術操作的難易程度來對不同的技術交底形式進行選擇，例如：套筒灌漿技術、疊合板支撐技術、各種構件（外墻板、內墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等相關環節的施工方案都可以利用BIM技術進行三維直觀的展示，對于施工現場構件安裝的過程以及施工現場的周邊環境進行模擬。針對勞務隊伍，要采用三維的技術交底方式，對工人安裝過程一步步指導。將交底的內容直觀的表現出來，大大提升了施工現場和分包項目的質量的控制以及有效性。

本工程采用三維技術交底的方式，完善一種產業化的施工標準，結合產業化的設計施工隊伍，培養了相關專業化的人才，很大程度的提高了工程質量水平。

4 結束語

就當前的情況來看，裝配式混凝土結構在住宅方面的應用逐漸的在我國越來越普遍，建筑行業對于資源的節省，以及利用新技術提升住宅品質，是我國建筑行業發展的一個大的方向。對于BIM技術的推廣很好的幫助我國產業化的發展，同時也是住宅進行產業化的重要手段之一。

本工程利用BIM技術的是以構件族作為技術核心，確保設計和施工之間良好的協調，將和構件廠以及業主等幾個相關方的溝通很好的強化；依據BIM的參數化以及可視化的優勢將各種可能出現的情況模擬出來，確保可以達到快速的決策；確定一個和本項目特點相符合的BIM標準是對該項技術實施的一個關鍵點；相關的工程經驗以及施工的設備等信息也一定要和BIM模型信息之間很好的結合才可以達到指揮施工的目的；該項技術可以很好的將承載知識和經驗記錄下來，對后續工作也提供很好的幫助。

收稿日期：2018-3-10