BIM技術在裝配式建筑中的應用

牟向舜 王偉 裴顯慶 李俊德 孫大海

摘? 要：隨著我國社會經濟和技術的發展，裝配式建筑逐漸成為建筑業的熱點工程，然而，在裝配式建筑的發展過程中也存在著許多不確定性。本文著重論述了BIM技術與裝配式建筑相結合的發展前景。

關鍵詞：BIM技術;裝配式建筑;數據信息平臺

一、裝配式建筑和BIM技術

1.裝配式建筑概述

由預制部構件在施工現場裝配而成的建筑，稱為裝配式建筑。隨著現代工業技術的發展，房屋的建造可以像工廠生產一樣，成批成套地制造。預制好的建筑構件運到工地上組裝起來。

2.裝配式建筑的優點

（1）施工效率高，過程更安全：裝配式建筑相較于傳統建筑方法來說最顯著的優點是建造速度快，工程效率高。一是大量預制構件由制造車間加工;二是與傳統建筑業相比，現澆混凝土量很小;三是設計和信息管理規范化，建筑部件越標準，裝配生產效率越高，相應的建筑成本就會降低，再結合工廠生產的數字化管理，整個裝配式建筑的性價比會越來越高。

傳統的建筑施工過程需要工作人員現場施工，大多是在施工現場露天的環境下，容易受到較多危險源的影響，工作人員的安全性較低。而裝配式建筑是由工廠提前生產預制品構件并進行預裝配模擬，再運送到施工場地，現場施工只需要專業施工人員根據裝配式施工標準進行安裝，完成作業后進行施工質量檢測，如此一來可以避免工程人員現場施工比如高空作業等存在的安全隱患問題，極大的保障了施工人員的人身安全。

（2）質量保障高，符合綠色建筑理念：構件的質量決定了建筑工程的耐久性和穩定性。裝配式建筑所需的各種零部件都可以進行批量的標準化生產和預制，在構件生產過程中，嚴格控制好生產條件的變化，如溫度、濕度等因素，使得環境條件最有利于構件的生產要求，從而使質量有保證。裝配式建筑施工和構件生產要求非常細致，從預制構件的規格設計到施工過程必須達到最高的精度，才能更保證裝配式建筑的質量。

裝配式建筑符合綠色建筑理念，節能環保。資源利用率得到了很大的提高，同時國家及省市的政策也鼓勵裝配式建筑的發展。

二、BIM技術在裝配式建筑中的優勢

1.裝配式建筑在應用過程中的局限性

（1）構件尺寸誤差較大：裝配式建筑是由工廠加工預制品部件然后進行安裝，所以正如前文所述，預制品構件在加工過程中對尺寸的精準度要求極高。而現實情況卻是構件尺寸雖然是經過標準化生產環節制作預配，但是出錯率較高，設計尺寸往往存在很多誤差，從而導致實際裝配過程中會出現細縫不對應，造成這個問題的原因一是存在一些客觀因素比如操作不當或者工作人員專業技術水平不同，還有就是在生產預制品部件時，構件尺寸設定都是系統提前設定的，在各個生產工序之間難免出現一些誤差，這些小的誤差在最后構件成型后被無限放大，在安裝過程中妨礙了工程的高效進行。

（2）工程造價成本高：裝配式建筑的工程造價與傳統建筑工程造價相比，要高很多。下圖為工程師對沈陽某公租房項目3號樓的兩種建造方式的造價進行分項對比所得數據。

由上圖可知，裝配式建筑的造價遠遠高于傳統建筑工程造價，同時，在預制品構件生產過程中由于誤差問題較多，更加導致了成本的上升。其他因素包括運輸成本，生產廠家自行提價等都是造成這一問題的原因。

（3）模型設計任務量繁復：在設計制造成品零部件時，應事先調整設計階段零部件之間的空間關系，反復修改模型尺寸使之達成一致匹配的狀態。如果尺寸錯誤，則必須調整所有相關部件的尺寸，這一環節僅通過設計人員人工調整，工作量十分巨大，同時也很難做出完善的錯誤碰撞檢查，不可能高效、準確地完成生產任務。

（4）容易發生大量錯漏碰缺：預制構件生產完成后，進入現場裝配施工環節。在現場安裝時，由于操作系統組件之間空間關系的復雜性，經常出現缺陷和碰撞問題，在模擬規劃階段和對組件尺寸精度的控制成都都存在不足。問題發生后，就需要進一步審查和研究裝配計劃，這大大拖延了項目的進度，甚至導致因無法安裝而產生的廢棄部件

2.BIM技術在裝配式建筑中的特點

（1）可視化，提高構件尺寸的精準度：可視化即將建筑圖紙中各個構件的信息由條條線線轉變為三維的立體實物圖形展示在人們面前。傳統的建筑行業雖然也有許多設計效果圖，但是這類效果圖只含有構件大小、位置和顏色等信息，缺少不同構件之間的互動性和反饋性。采用BIM技術構建的各構件三維模型的結果不僅可以通過效果圖顯示，也可以通過報表生成，還可以在工程設計、施工和運營過程中進行溝通、討論和決策。在視覺狀態下進行。

（2）協調性，減少任務量提高工作效率：建筑工程中全方位的協調配合很重要，參與協調的單位包括施工方、監理方、甲方以及設計單位。一旦在項目實施過程中遇到了各種碰撞問題，就要組織各個單位相關人士討論解決辦法，然后作出應對。BIM的協調性就可以幫助處理這種問題，也就是說BIM建筑信息模型可以協調建筑施工前期專業沖突問題，并提供協調數據。

（3）模擬性，避免重工返工控制施工成本：BIM技術不僅可以模擬建筑模型的設計，還可以模擬現實世界中無法操作的事物。BIM技術可以靈活運用3d和4d技術，在施工前期進行各種模擬試驗，然后在施工項目組織設計后對實際施工進行模擬，確定合理的施工方案指導施工。同時，可以模擬建設項目建成后可能發生的幾種突發事件，以避免發生。

（4）優化性，解決大量錯漏碰缺問題：建設項目的全過程是一個不斷優化的過程。從項目計劃的決策到施工過程再到項目的完成，項目的優化受到三個因素的制約：信息、復雜性和時間。利用BIM技術建立的基于數據的信息模型可以為項目技術人員提供可依賴的信息，各種類型的信息為復雜項目的優化提供了多種方案和可能性。

三、BIM技術如何應用于裝配式建筑

1.在建筑設計階段的應用

BIM技術可以有效地解決裝配式建筑項目組件組裝過程中容易出現的各種碰撞錯誤，裝配式建筑中的子項目通常屬于不同的項目部門，復雜的建筑、結構、水力學、環境控制、消防等設施的空間配置往往會發生界面沖突，如果采用傳統的設計方法，任務量將是巨大的，同時還要兼顧出現的問題并予以調整，直到問題消失，這大大拖慢了設計任務進展速度。而BIM技術可以充分發揮其在裝配式建筑中的優勢，運用3D、4D建模技術為設計人員提供準確的信息平臺。利用BIM技術，設計人員可以在立體模型中檢查不同部門所設計的內容，還可以以同樣的方式協同工作，改善傳統的溝通環境，顯著提高所有項目參與者的工作效率，從而創造出科學的建筑設計。BIM技術與GIS技術的結合可以為建筑工程模型的建立打下堅實的基礎，可以為建筑工程模型的建立提供可靠的依據。

2.在構件生產階段的應用

BIM技術在構件制造階段的應用，可以更精確地控制構件的尺寸，裝配式建筑的施工效率與預制構件的生產有著密不可分的關系，裝配式建筑構件數量規模很大。生產過程中的一個數據的變化就需要修改所有關聯的組件數據。在利用BIM技術建立的大型精確的建設項目數據庫中，完全可以實現軟件的自動更新和智能化出圖功能，無需人工修改，只需要最后的核查確認，當某個構件的模型數據發生變化時，自動更新所有關聯的模型數據。同時，對各種構件數據的統計在裝配式建筑中也尤為重要，大到統計預制率，小到統計每一個構件的鋼筋用量。傳統的工作方式統計這些用量非常繁復，容易出現各種錯誤，而BIM技術中統計功能的應用，只需要前期將要統計的數據埋入各個構件中，之后需要的任何數據都可以通過明細表來實現實時聯動的統計，更加方便對工程構件的用量進行管理。

3.在施工吊裝階段的應用

預制構件生產完成后就是施工現場的裝配環節，施工前的碰撞檢查是BIM技術應用的重要部分。通過對BIM技術的演示和優化，避免了在施工過程中出現的各種安全沖突、破壞沖突、瓶頸沖突等問題，通過對施工過程的模擬，可以發現可能出現的各種沖突問題。裝配式建筑的施工核心是吊裝階段，具有工藝復雜、機械化程度高的特點，正確的施工順序對提高裝配式建筑的施工效率尤為重要。整個裝配過程BIM技術可以在項目信息平臺中，利用3D和4D兩種方式，提前模擬設計過程，改進設計方案，優化施工工藝，消除潛在的安全風險，從而方便管理人員對整個過程的掌握。

四、結束語

綜上所述，BIM技術在裝配式建筑中的應用是建筑技術領域向前邁出的一大步。同時，整個預制裝配式建筑可以在更精確的人工控制區域內完成，這樣就可以避免許多客觀因素的干擾：如果建筑企業想要更好地掌握這項技術，應該將更多的精力投入到專業人員的學習培養當中，使其盡快的能夠為技術的發展和建筑模式的變化創造條件。

注釋

①印寶權，吳勇.裝配式預制構件粗糙面施工技術研究與應用[J].新型工業化，2018.

②郭志偉.談裝配式建筑的優缺點[J].經濟管理綜述，2018（10）：178.

③王有官.淺析裝配式建筑的優缺點[J].山西建筑，2018，44（16）：234-235.

④朱維香.BIM技術在裝配式建筑中的應用研究[J].山西建筑，2016，42（14）：227-228.

⑤姜麗梅.淺析BIM技術在裝配式建筑中的應用[J].材料工程，2019，20（02）：25-26.

⑥潘婧.BIM技術在裝配式建筑中的應用探討[J].住宅與房地產，2018（09）：132

⑦裴瀛政，邵磊，施益民.淺析預制裝配式建筑施工中BIM技術使用方法[J].居舍，2019（03）：55.

⑧張建國，于奇，張超.沈陽某裝配式住宅項目預制構件生產組織設計[J].混凝土世界，2016.

⑨郭志勇，游成林.BIM技術在預制裝配式建筑項目平面布置中的應用[J].綠色建筑，2017.

⑩范玉，徐華，黃新.新型裝配式建筑構件生產及其施工技術的研究與應用[J].混凝土與水泥制品，2015.