BIM背景下的裝配式建筑發展的應用研究★

陳 蕾

(武漢交通職業學院，湖北 武漢 430065)

1 BIM技術與裝配式建筑概述

裝配式建筑，簡稱PC，是指將在加工廠生產好的預制構件直接運輸到現場直接在工地裝配而成的建筑。PC構件在加工廠進行生產制作，相比于施工現場，受氣候變化的影響很小，并且采用機械化的手段，也可以減少相當數量的一線施工人員，節約勞動力提高建筑的速度和質量。裝配式建筑的施工過程大致可以分為三階段：一為PC構件的工廠生產加工階段；二為運輸機械的運輸階段；三為PC構件的現場安裝階段。PC建筑最主要通過管控PC構件的施工三階段來控制整個項目的質量、進度、成本、安全幾大目標，目前我國進行投產使用的主要有三種裝配式混凝土結構體系，分別是整體式裝配框架結構、整體式裝配框—剪結構、整體式裝配剪力墻結構。PC建筑相對于傳統的鋼筋混凝土現澆結構建筑，最大的優點是可以實現設計標準化、生產模式化、施工裝配化、管理信息化和裝修一體化。

建筑信息模型(BIM)技術于2002年帶入建筑業，到現在經過了近二十年的發展，將信息化技術用在建筑產業上，用三維信息技術把建筑項目的各階段信息數據在信息化模型中進行一體化集成，并將建筑、結構、機電、給排水、暖通、裝飾裝修等各專業工作進行協調，同時BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等優點。

將BIM技術與裝配式建筑項目結合，可以使建筑項目中涉及到設計、施工、構件加工、對接不足等因各種原因造成的資源浪費問題得到比較好的解決；另外通過建立BIM參數化的族構件、對設計模型進行深化施工，利用場布、BIM5D、夢龍等BIM軟件進行三維施工模擬，有效提取工程信息；將產業化項目工程由現場粗放的現澆土建工程轉變成細致可控的裝配式結構的安裝工程，在此建造中，能夠充分體現出縮短工期、控制成本、提高質量、保證安全等目標，實現快速有效地可持續發展等優勢。

目前國家在大力提倡建設項目總承包EPC模式，在裝配式的建筑項目中運用EPC模式，可以從建設項目的層面來達到全產業鏈的統籌規劃，EPC模式與BIM技術在建筑項目中的信息化管理模式的思路不謀而合，EPC模式能夠將項目設計采購施工等各方資源進行整合，最大限度的發揮各個環節的巨大優勢，而BIM技術可以利用全生命周期的信息手段對EPC裝配式建筑進行各方法人溝通協調，多方位全覆蓋實現產業化和信息化的深度融合。

2 基于BIM技術的建筑裝配化設計方法

BIM可以將裝配式建筑的核心思想“集成”串成一條主線，這條主線上有設計、生產、施工、裝修和管理各環節；可以通過工程量信息的交互和節點連接模擬及檢驗，實現信息化協同設計、可視化裝配、全過程、全方位的信息化集成；通過數字化信息化模擬，服務于整個項目的設計、施工、運行、拆除等全生命周期的每個過程。

2.1 建立BIM與標準化可視化設計

裝配式構件可以進行標準化定義，可以利用BIM相關軟件的建族功能來逐步構建裝配式預制構件的種類、規格和數量，利用可視化設計實現人機交互和精細化模塊化設計理念；另外可以實現多個專業的協同設計和綠色節能環保設計，給各方參與者提供一個三維的信息集成平臺，包含建筑在材料、工藝設備、成本等方面的各層信息，促使無論是建設方、設計方、施工方、材料供應方都能在此平臺上進行協同工作。

2.2 建立BIM與工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修的密切聯系

在工廠規模化生產方面，一是在通過BIM模型對建筑構件進行信息化表達，將比較抽象的二維圖紙信息集中到一個模型中，更加緊密地實現與預制工廠的協同對接；二是借助機械化的生產方式，將BIM數據信息導入大型的生產設備中，從而實現機械自動化生產。

在裝配化施工方面，一是在BIM模型中導入施工進度計劃，進行施工現場組織和工序模擬，將空間和時間信息進行有效整合，形成可視化的4D模型，利用VR技術預先掌握主要的施工控制方法，及時發現問題提出進行優化，提前對安排的均衡性和工序的正確性進行合理評估判斷；二是施工安裝培訓，安裝和施工管理人員可以通過VR虛擬建造技術，清晰地掌握裝配式建筑的組裝構成，避免因為理解或溝通誤差造成的工期延誤；三是利用BIM三維技術模擬施工過程中的碰撞檢測對復雜節點進行施工模擬，對在二維各專業圖紙中不易察覺的碰撞問題進行收集更正，增加熟悉度，提高工作效率。

在一體化裝修方面，實行土建裝修一體化可以提高全過程的生產效率，通過可視化的便利進行室內渲染、模擬安裝，實現設計優化和安裝指導，將室內居室空間分解為類似廚房模塊、衛生間模塊的獨立功能模塊，綜合考慮采用標準模數進行設計，方便工廠化的生產。

2.3 建立BIM與裝配式建筑信息化管理模式

建立信息化的管理模式，主要體現在三個方面：一是經濟算量分析，做到準確估量，通過分類統計快速進行方案比選確定出項目的工程量清單，實現成本初步控制；二是在生產運輸、施工管理等重要環節利用提前在預埋構件中的數字化芯片進行質量狀態跟蹤記錄，及時發現問題，提高建筑質量；三是利用BIM技術與云技術相結合，將信息在云端進行傳輸和共享，借助移動設備實時查看項目所需要的信息，實現可移動辦公，提高項目精度。

3 BIM技術在裝配式混凝土結構工程中的應用案例

關于BIM技術在裝配式混凝土結構工程中的應用，下面以南通政務中心停車綜合樓項目為例來介紹，該項目總建筑面積48 972.21 m2，其中地下建筑面積6 886.94 m2，地上建筑面積42 085.27 m2，項目位于南通市政務中心北側地塊，建筑總高度57.15 m(見圖1，圖2)。

該項目采用裝配整體式框架—現澆核心筒結構體系，預制率達到53.3%，圍護結構及欄桿等部品部件裝配率達到93%。通過標準化設計，“少規格、多組合”，從而達到減少預制構件種類，降低施工難度，節約建造成本的目標；裝配式結構在設計和施工中進行創新模式，提前做好土建與裝修的一體化設計模塊，在一線現場實現無外腳手架和外模板、無抹灰和現場砌筑的環保綠色施工，減少安全事故的發生，同時縮短工期。

在建筑設計階段本項目以Revit軟件為軟件操作平臺，在此平臺上進行建筑性能和外觀設計、安裝工程機電給排水暖通等光線碰撞檢測，裝飾裝修空間模塊對比優化，結合Lumion和3Dmax進行可視化空間渲染和漫游等BIM應用，在項目設計方面提供了極大的前瞻性和精細化程度；對于裝配式項目中的重要構件節點和預制裝構件的深化設計，利用Cartier軟件平臺實現重要梁柱節點的內部精細化設計和安裝模擬等一系列功能，來確保后期現場安裝施工能和前期設計吻合，少出現或者不出現施工碰撞和返工浪費；在施工階段，施工單位利用魯班或者廣聯達等相關軟件的VR模擬實現可視化模擬，節約項目工期，保證質量提高效率(見圖3，圖4)。

本項目工程之所以能夠成功申報了國家住建部裝配式建筑科技示范項目和江蘇省建筑產業現代化示范項目，是因為在項目規劃設計的前期采用了充分的先進的建筑結構設計理念和技術，在建造過程中實現以最少的人力和物力資源投入，實現低碳環保高效有序的目標。

4 BIM技術在預制裝配式建筑中存在的問題和總結

目前BIM技術在裝配式項目運用中還是存在一些問題：一是軟件間的數據格式差異，在數據傳送中因為信息數據的丟失導致的返工率上升；二是設計人員還需要擺脫傳統刻板的設計思維，對BIM技術在裝配式建筑中如何實際有效的應用掌握度還不夠；三是目前設計人員對于BIM軟件的應用大多還停留在建模階段，對于具體在裝配式項目中如何高效的運用還有很多的不足。

針對以上出現的一些問題，目前國家已經出臺了一些激勵政策，加快BIM技術人才的培養，在高校內開展了相關的課程，并且國務院出臺了一系列的政策在加強市場導向，提出大力發展裝配式混凝土建筑，另外在具備條件的地方提倡發展現代鋼結構和木結構體系建筑，堅持在建造方式上有所創新，堅持管理信息化、應用智能化、設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化，不斷提高裝配式建筑在未來新建建筑中所占據的份額。目前還需要加大建筑業技術研發投入的力度，政府增加科研機構在這一領域的研究經費，提高產品研發團隊的成果輸出；另外亟需盡快完善建設法規標準，為在項目中各階段可能出現的糾紛的處理提供保障和依據。