裝配式建筑綠色施工中BIM技術綜合應用研究

摘 要 建筑信息模型（BIM）是以工程建設為對象的一項新興的工程實施（技術）理念，具備三維可視化、協同作業、數據共享、全生命周期和數據繼承等較為突出的特點。基于裝配式建筑綠色施工理念，分析BIM在新工藝、新技術應用過程中以及在方案優化設計、施工準備、施工管理中的綜合應用。結果表明，BIM技術的有效應用，能夠在施工過程中發揮積極成效，有效提高施工效率和項目建設管理水平。

關鍵詞 BIM;裝配式;綠色施工;效率

引言

近年來我國建筑行業的發展速度加快，裝配式建筑物作為工業化中的典型結構形式，已經成為建筑施工中的全新模式，但是，目前在裝配式建筑施工的過程中，受到諸多因素影響還存在環境污染與資源浪費等問題，對其可持續發展造成不利影響。因此，在裝配式建筑施工發展的過程中，應積極引進綠色建筑理念，遵循節能環保的工作原則，發揮先進技術的積極作用，為后續的可持續發展夯實基礎[1]。同時BIM技術在一定程度上能夠提高裝配式建筑勞動效率和施工質量。

1BIM技術概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是面向工程建設的新興工程實施技術，是實體工程的三維化展現、數字化表達，是保證各專業協同作業的統一公共數據條件，是各分析軟件的公共載體，是可以進行工程全生命周期管理的信息數據基礎[2]。

在BIM設計階段，主要通過三維設計軟件（如Revit，Bently，Catia等）對工程進行三維模型設計及參數數據確定，同時采用工藝、結構、機電分析軟件等進行輔助設計、碰撞檢測、荷載計算、造價分析等，最終確定滿足要求的工程設計方案。當前應用較為廣泛的是工程三維設計、碰撞檢測、設計方案的可視化數值分析等。

在BIM施工階段，應用BIM設計成果，結合工程施工階段的主要特點，進行BIM施工應用，對工程施工進行有效的指導和管理;當前應用較為廣泛的是三維設計方案展示、三維化信息管理、虛擬建造、施工工藝三維動態展示等。

2裝配式建筑PC構件優化設計

裝配式建筑中，PC構件的應用較為常見，也是最容易誘發環境污染、資源浪費的部分，在此情況下，就應該優化PC構件的優化設計，采用有效措施解決問題。要求按照現場的具體吊裝位置、塔吊設備的吊裝能力等適當的減輕預制樓梯的重量，并將預制陽臺改變成為疊合的陽臺，在降低預制構件重量的情況下，減少原材料的使用數量，同時還能有效的預防出現質量的通病。需要注意的是，預制樓梯部分、飄窗部分、空調板部分與陽臺部分的過程中，要求結合外墻的保溫厚度、空調位置和百葉的尺寸等因素，正確地進行預制處理。深化設計的工作中，應該將CAD技術與BIM技術應用其中，優化建模處理，在預制PC構件的每個安裝節點，均需要建模，通過精密的方式提升設計精確度，預防土建與安裝工作的協同問題，同時還能形成施工可視化的模式，有效的控制工程建設質量，預防出現返工現象或是原材料浪費的問題，形成節能環保的工作機制。

3裝配式建筑綠色施工中BIM技術的應用意義

裝配式建筑中采用綠色建筑的理念，應該積極采用先進的BIM技術，將BIM-CICS理論融入其中，構建出計算機集成制造系統，搜集各種裝配式建筑工程的數據信息與設計內容，并將各種信息有機整合，形成智慧建設的理論模式，將BIM技術的三維建模功能充分發揮出來，通過各種技術的應用，可建立相應的裝配式建筑施工總體模型，明確是否存在能源或是資源浪費的問題，并提出具體的整改建議與意見，有效解決當前的能源浪費問題，達到最終的節能環保工作目的。

4BIM在裝配式建筑綠色施工中的綜合應用

某污水處理廠提標改造工程對象為專業地下污水處理設施，設置了地下兩層結構。上層為空箱結構，作為巡視操作層，下層為水池結構，空箱頂板上覆土約0.5～2.0m，進行綠化，形成大片綠地景觀。結構內含有生物反應系統、高效反應系統、深度處理系統，同時包含鼓風機房、配電房、泵房等。基坑開挖總面積約15萬m2，基坑尺寸263m×289m，東西向最長處約289m，南北向最寬處約263m。基坑平面形狀總體呈矩形，基坑開挖深度12.8～15.8m。

4.1 BIM在方案優化設計中的應用

項目頂板區域設計采用預制裝配式疊合板+預制梁，梁節點處采用現澆模式。通過BIM建模發現，鑒于結構荷載需要，結構配筋導致主次梁與柱子相交節點處鋼筋過密，混凝土骨料無法通過，現場澆筑及振搗無法到位，施工難度大，質量難以保證[3]。項目通過BIM建模，優化節點處的配筋方案比選，采用節點預制方式，將方案優化為頂板區域，采用預制裝配式疊合板+現澆梁，主次梁預制節點與預制裝配式頂板。通過工程實體外采用與原設計1∶1等比例大小的構件建造3m×2m單跨的實驗結構，對構件進行壓載試驗。實驗數據表明，優化后的設計方案相關結構荷載滿足原設計方案要求，效果良好。通過BIM模擬建設方案中相關構建的吊裝等施工過程，提前發現了施工中存在的難點，對難點進行針對性方案優化。鑒于吊裝的難度，優化預制節點構件，在保證質量的前提下，取消疊合板四邊胡須筋，增加挑梁，從而方便了吊裝，縮短了工期，效果顯著[4]。

4.2 BIM在施工布置中的應用

項目中設計規模25萬t/d，工程涉及50萬m3的土方，施工區域平均落深14m，施工過程中有大量的工程車輛進出場地，在有限的施工時間內，預計每小時有45車次的通行頻率。因此，合理布置施工現場和進出通道，將對工程施工效率產生重大影響。項目在施工布置前期，利用BIM模擬現場設施布置，合理設置入坑通道和施工便道;結合場地和便道設置，布置各項工種的加工區域，促使場地整體布置更加合理，施工過程更加流暢。

裝配式建筑綠色施工過程中預制構件的進場速度、預制構件的堆場設置、構件短駁及吊裝等，都將影響工程的施工效率。通過BIM模擬建設，結合塔吊的覆蓋范圍，預先設計合理的預制構件堆場布置方案，提高場地利用率，減少了二次搬運。對場地布置進行模擬，合理規劃了施工材料臨時堆場及加工場地。鋼筋、模板及預制構件等結構材料堆放在擬建建筑物外沿施工道路側，施工時配備一臺25t汽車吊配合施工。

在前期施工策劃階段，通過BIM建立施工臨時設施用地的規劃模型，更加直觀地對比選擇最優化布置方案，充分利用大臨場地，保障工程需要。通過BIM模擬還建立了各施工階段不同場地的布置模型，有效結合工程進展，合理布置施工設施、設備，劃分工作區域，保證了施工需求，提高了工作效率。

4.3 框架結構梁柱節點連接

框架結構梁柱節點的連接方式一直是裝配式建筑設計中首先要解決的問題之一。因為梁柱節點處鋼筋密集，預制構件鋼筋避讓困難，且后期澆筑混凝土也容易不密實，因此，本項目中梁柱節點連接方式采用鍵槽式連接方式，即預制梁端預留鍵槽，鍵槽內現澆混凝土，通過鍵槽內鋼筋與框架柱連接形成整體，該連接方式簡單有效，但是在實際中如何實施應用，采用BIM技術對該節點進行模擬。

通過BIM技術模擬裝配式構件預留鋼筋和現澆部位鋼筋的位置關系和鏈接，提前優化設計方案，減少了施工過程中的構件錯位和碰撞。

采用BIM技術進行設計，需要對復雜的節點優先進行三維模擬，分析其可實施性，然后決定節點形式，根據施工圖傳遞的模型，直接進行構件深化設計，保證了數據傳遞的正確性。同時，還將BIM應用到立面深化設計中，裝配式建筑的立面需兼顧裝配式標準化的特點，因此，選用三維模型模擬立面效果，更加直觀，更加準確。

4.4 BIM在施工管理中的應用

預制裝配式建筑綠色施工，要遵循綠色理念，采用預制裝配方式，減少工程結構施工時的模板使用，減少支撐排架的搭設，增加機械施工作用，減少勞動力的使用，實現在建設過程中人力資源、物力資源的節約，減少對周圍環境的影響。

在BIM施工階段，結合工程施工階段的主要特點，利用BIM的三維設計方案展示功能、施工工藝三維動態展示功能、模擬建造等功能，直觀展示相關施工細節。在裝配式施工過程中，施工的重點及難點通過BIM模型，實現對施工人員及管理人員進行有效的技術交底，提高施工效率。在項目施工中，現澆柱柱頂預留插筋定位和柱梁節點頂部灌漿是該工程階段的難點，通過BIM模擬預制構件吊裝的施工流程、柱梁節點頂部灌漿流程、模擬盤扣式支撐體系搭設過程，精準又直觀地展示了該階段的施工全過程，并針對工程施工中的重點及難點進行了反復研討和交底，減少了吊裝中的誤差，提高了吊裝的精確性和安全性，從而提高了施工效率，減少了施工成本。

5結束語

綠色建筑背景之下，裝配式建筑工程施工的過程中，應遵循科學化、環保性的工作原則，將先進的預制PC構件生產技術、BIM技術等融入其中，節約能源的消耗量，有效地降低成本費用的支出，強化各方面的綠色環保工作力度，將綠色施工技術與理念的優勢充分發揮，以此提升整體工程的施工建設效果和水平，達到預期的工作目標。

參考文獻

[1] 張孟陽.BIM技術背景下綠色建筑與裝配式建筑融合發展的趨勢研究[J].建筑工程技術與設計，2019，（20）：13.

[2] 馬祥.BIM技術背景下綠色建筑與裝配式建筑融合發展的趨勢研究[D].山東：青島理工大學，2018，（45）.

[3] 陳慧群.BIM技術在建筑施工中的應用實踐分析與研究[J].居業，2018，（5）：11.

[4] 曹新穎，晏陽芷，暴穎慧，等.基于BIM的裝配式建筑信息協同研究[J].建筑經濟，2019，（9）：85-89.

作者簡介

楊龑（1992-），學歷：本科，助理工程師，研究方向：裝配式建筑工程設計。