BIM技術在裝配式建筑結構施工中的應用

璩媛媛

（鄭州升達經貿管理學院，河南 鄭州 451191）

裝配式建筑是近年來興起的建筑工程結構施工方式，對提升施工效率和降低因施工帶來的環境影響非常有益，而且也能將輕質環保的材料大量應用到建筑工程中，創造出更具美感的建筑外形和開闊多變的內部空間。因此，在施工場地環境以及建筑工程結構與功能日益多樣化的今天，裝配式建筑結構施工技術有了很大的發展空間。

1 裝配式建筑相對傳統建筑結構施工的優勢和特點

1.1 概述

裝配式建筑是相對傳統的現場施工模式而言的，傳統的建筑工程所有部分的從無到有都由相關人員、設備在施工場地內完成，從而一方面要求施工現場配備復雜的設施、設備，對環境空間的大小與布局都有很高的要求。因此，近年來隨著城市構建筑物密度的不斷加大，加之新的工程中高層和大規模的建筑激增給施工現場的平面布置和管理帶來很大困難。另一方面，由于很多建筑工程的施工工藝需要使用大型設備，在施工現場進行鋼筋與裝飾材料等的預制，因此形成的噪音、建筑垃圾以及粉塵等都對周邊的人和環境產生不利影響。而裝配式建筑理念恰好可以解決這些問題，將傳統建筑工程施工的大部分工作轉移到工廠化管理的場地進行，從而大幅簡化現場施工的工序并依托這種模式的先進設計和施工理念，縮短整個建筑工程的建設周期。

1.2 裝配式建筑結構施工的特點簡介

首先，裝配式建筑結構施工在設計階段需要對主體結構進行拆分，根據建筑各部分的結構特點與功能要求合理的確定分解方案與具體的參數，才能進入下一步的預制加工階段。其次，裝配式建筑所使用的材料更加多樣化，除了傳統的鋼筋混凝土，還有結構鋼材和保溫隔熱材料等綠色建材，可以讓這些能夠循環利用的材料更多出現在建筑工程施工中。最后，裝配式建筑的構件形狀和尺寸設計非常靈活，能夠創造更加豐富多變的建筑造型和內部空間，可以滿足現代城市建設以及個人的審美需求。

2 裝配式建筑結構施工在實踐中需解決的技術問題

預制裝配率是評價裝配式建筑結構施工技術水平的重要指標，而達到較高的預制裝配率需要有構件與預制單元的分解設計、預制加工工藝設計以及現場組裝固定等多方面的技術支持。所以，雖然裝配式建筑結構施工有諸多優點，但是涉及多個方面施工工藝的變革和管理理念的改變，解決好上述技術問題才能體現出這些優點。

2.1 裝配式建筑結構構件設計預制與現場施工之間的銜接

裝配式建筑的建設周期之所以能夠相對較短，得益于建筑主體結構構件的標準化生產和現場施工技術的革新。但是在實踐中由于相關技術不夠成熟，導致構件的預制與施工現場的裝配工序無法有效銜接[1]。首先，構件的預制和進場進度需要和現場保持高度的協調，否則就會出現現場構件過多或供應不足的問題。而前者會引發管理混亂和增加裝配錯誤的概率，后者則直接導致工期延長。其次，結構復雜的裝配式建筑對構件的加工精度要求很高，否則在諸如鋼結構構件的安裝過程中就會出現較大的誤差，導致構件出現內部應力，使整體結構的承載力不足。

2.2 保障構件預制工藝與施工組織計劃的設計深度

構件預制是裝配式建筑施工的一個重要組成部分，由于部分構件的幾何形狀比較復雜，加之構件預制需要為后續裝配進行預留預埋，因此對工藝設計深度的要求很高。一旦設計深度不夠就會導致預制構件無法達到其預期使用要求，需要在施工開始后進行重新設計和加工，使整個施工過程的連續性受到影響。此外，裝配式建筑施工是一個需要設計、預制以及現場施工實現協同工作的過程，才能保持對工程結構施工質量與進度的持續控制，保持施工過程的連貫性和體現出其高效、高質量的特點。因此，整個施工組織計劃的設計更加關鍵，如何保障其設計深度就顯得尤其重要。

2.3 如何保障預制構件和裝配單元的裝配質量

在裝配式建筑的構件或裝配單元的現場施工過程中，由于不同部分使用的連接方式與工藝存在很大差異，加之對裝配精度和結構穩定性有較高要求。在各個構件空間位置關系復雜的情況下，首先在設計圖紙上展示構件的施工工藝細節、讓操作和現場管理人員理解設計意圖方面就有很大難度[2]。其次，保障構件的空間位置關系正確也是極大的挑戰，一旦出現裝配失誤就會導致整體結構的施工延誤。最后，現場施工中大型預制構件的吊裝對作業空間有特殊的要求，在現場作用空間動態變化的過程中，正確評估和判斷施工工藝的可行性也非常困難。

3 通過BIM技術提升裝配式建筑結構施工技術水平

BIM技術的核心理念是基于信息模型，優化建筑工程的設計、施工以及后期管理過程，讓所有相關的企業、工程技術人員與管理者基于同一信息化平臺協同工作，從而在流暢的信息互動模式下解決每個環節的問題。因此，對裝配式建筑結構施工而言，BIM技術能夠在多個方面帶來實質性的幫助。

3.1 應用BIM技術實現構件設計預制與現場施工之間的有效銜接

在目前BIM技術的應用實踐中，大多數利用其進行工程設計方案的優化，基于相關軟件構建建筑工程的信息化模型，讓不同專業的設計人員實現協同工作并提高設計深度。而這一應用功能恰好可以解決裝配式建筑結構施工中的預制與裝配銜接問題。首先在利用BIM技術構建了具體的裝配式建筑信息模型的基礎上，負責進行構件與裝配單元預制以及現場施工的企業或部門能夠基于模型和信息化平臺實時交互，掌握雙方的實際工作進度并就具體問題進行協調[3]，從而合理優化構件的預制和運輸進廠次序，確保施工過程的流暢性和連續性。其次，針對在實際裝配施工中發現的問題，在預制環節可以基于信息模型迅速響應施工要求并進行快速工藝設計變更，降低對整體施工進程的影響。

3.2 通過建筑信息模型深化構件的加工工藝設計和生產管理

裝配式建筑的預制構件工藝設計比較復雜，一方面需要滿足工程設計要求的幾何尺寸精度與強度等方面的要求，使整體建筑結構達到相關設計標準；另一方面還要保證和施工現場的工藝要求一致，保證構件安裝技術方案的可行性。因此，應用BIM技術深化預制構件的工藝設計并優化預制生產管理無疑能夠提高整體施工過程的效率[4]。首先，由于BIM軟件具有虛擬制造功能，可以在進行構件工藝設計時模擬整個工藝流程，讓設計人員直觀的觀察和分析設計方案的科學性和合理性，發現其不足并進行必要的改進。其次，構件預制工作的管理也可以基于BIM軟件系統的信息化管理功能，對原材料的庫存、消耗以及構件預制進度進行跟蹤分析，從而更有預見性的合理安排各項工作，實現真正的工廠化管理。

3.3 利用BIM技術優化建筑結構施工組織計劃

由于裝配式建筑的現場施工節奏較快，需要有更加嚴謹可行的施工組織計劃，而基于建筑信息模型可以有效地優化這一設計。首先，可以利用BIM軟件實施虛擬施工并優化具體工藝流程，對于構件的進場、存放以及吊裝次序等方案的科學性和可行性進行驗證，對于容易出現問題的環節提前制定相應的預防管理措施，避免出現諸如構件堆放不合理而導致現場工作量增加等現象[5]。其次，同樣通過模擬施工過程，可以優化現場的平面布置與空間利用規劃，從而通過最佳的設計方案確保施工過程有序進行。最后，在進行虛擬施工的過程中還能對人員組織和機械設備的籌劃等進行深入分析，在細節方面提高不同管理部門的工作效率，從而讓裝配式建筑結構施工過程保持穩定的節奏，節約建設成本并真正體現出這種施工模式各方面的優勢。

3.4 運用BIM技術實現對裝配式建筑結構現場施工管理的優化

在有了裝配式建筑信息模型與管理平臺的基礎上，施工現場的管理工作可以基于全面的可視化信息支持，在技術交底、質量驗收以及資源調度等方面更加高效[6]。首先，基于BIM軟件的三維可視化圖形信息，能夠為現場所有人員提供關于施工工藝和技術要求的直觀信息，讓施工作業與技術保障人員清晰的理解設計意圖，從而避免出現人為的錯誤問題。其次，在進行工程施工質量監測驗收時也能基于信息模型的可視化信息，對相關細節做出更準確的分析判斷。最后，在施工資源的調配方面由于BIM信息模型提供了關于施工的所有信息資源，因此可以實時獲取有參考價值的信息和數據，并通過管理軟件進行分析和預測資源使用需求，實現更加精確高效的資源調配。

4 結語

目前，國內的裝配式建筑結構施工在構件預制裝配率方面還不夠理想，施工流程也時常因各方面設計深度不足和信息溝通效率問題而不夠順暢，應用BIM技術是解決這些問題并提高裝配式建筑施工技術水平的可行途徑。