BIM技術在裝配式建筑中的應用

陳 陽，劉富勤

(湖北工業大學 土木建筑與環境學院，湖北 武漢430000)

1 引言

裝配式建筑的推進是國家和社會發展的必要條件，目前我國主要還是以混凝土澆筑的建筑為主，但是為了配合可持續發展的戰略，主打節能環保、綠色施工的裝配式建筑相比于傳統的混凝土現澆有很大的優勢，同時裝配式建筑還可以節約施工時間，提高效率[1]。BIM技術作為建筑行業的后起之秀，在裝配式建筑還不成熟的今天發揮著不可預估的作用，包括建筑的設計、優化、施工以及后期的管理，對提高建筑的質量有很好的效果[2]。

BIM技術整合了整個建設項目各方的數據信息，構建了一個數據平臺(圖1)[3]。BIM采用三維建筑設計方法，能夠直觀地、全面地展現建筑工程的整體面貌、構件之間的連接和管線布置，使設計人員能更清晰地控制工程設計的節奏，提高設計的整體質量和效率。

圖1 BIM技術整合模式

2 BIM技術概述

BIM即建筑信息模型(Building Informtion Modeling)的簡稱，是工程學、土木工程以及建筑學的新工具，是應用于建筑工程的設計、優化、施工以及后期管理的數據化的工具，其通過將建筑的信息化模型以及數據整合在一起，將BIM技術應用于裝配式建筑中，可以對項目進行全生命周期的動態管理和資源共享，同時還可以對建筑工程創造集成管理環境進行數字化控制，大幅度提高建設工程項目建設的效率[4]。

3 BIM技術在裝配式建筑設計階段的應用

裝配式建筑要求設計的各方在設計的時候要多加溝通，進行協調設計，大大增加了裝配式建筑設計的時間和難度。但是，將BIM技術應用到裝配式結構設計中時，需要及時修改和優化設計方案，增強設計的合理性，提高設計的效率。

BIM模型的建立由標準制定、模型建立以及模型應用三個部分組成，其中所有的構件都可以進行參數控制，后期設計變更時，只需要改變構件里面的參數，模型也會隨之更新，為改善傳統CAD圖紙的信息不一致和錯漏的問題提供了保證。BIM模型里面可以同時導入各個專業的模型，實現不同專業的信息合并以及交互，使各個專業、業主、建設方、施工方協同管理 (圖2)[5]。在設計的后期可以將模型導入到BIM碰撞檢查軟件中，比如Navisworks里面，根據時間進度進行施工虛擬模擬，根據施工模擬檢查出其中的碰撞點，然后根據設計方案進行方案的優化，減少施工過程中一些不必要返工以及設計變更。

圖2 BIM模型的建立

4 BIM技術在裝配式建筑預制構件生產階段的應用

在裝配式建筑中，制造商可以直接從BIM模型里面獲取預制構件的顏色、材質以及尺寸參數等制作過程中需要掌握了解的參數(圖3)，根據這些參數制造商可以及時地制定相應的生產計劃，同時還可以將這些參數信息通過條形碼的形式添加到預制構件上，實現BIM模型的設計與預制構件生產的緊密聯系，這種方式可以大幅度的提高預制構件的質量和生產效率[6～8]。為了保證準確性，還可以將BIM模型利用3D打印技術打印出來，分析構件的組裝和試生產過程，檢查原預制構件設計方案是否合理。通過這些手段控制后期施工過程中因為這些因素而產生的停工返工情況[9]。

圖3 精細化BIM模型

5 BIM技術在裝配式建筑施工階段的應用

5.1 進行虛擬施工模擬

隨著科學技術不斷的發展，建筑行業也受益匪淺，比如在裝配式建筑施工中越來越多的工序用到的都是機械施工，并且裝配是建筑施工的工序比較復雜，管理難度比較大[10～12]。在施工過程中應用BIM技術可以對裝配式建筑的施工過程進行事先的仿真模擬，這樣不僅可以熟悉施工過程，同時還可以根據此模擬對施工方案和施工流程進行優化，對預制構件進行準確的定位和高質量的安裝。

此外，BIM技術的虛擬仿真模擬，可以提前了解施工現場的場地布置。BIM技術的施工模擬可以對施工過程進行正序和倒序的模擬，對施工的各個功能區域的安全和配置進行分析，合理地布置施工中需要用到的各種臨時設施、構配件以及垂直機械等設備和物料的位置。為車輛運輸路線、臨時道路提供方案優化，減少后期物料和施工機械的沖突問題。這種方式可以減少在施工現場因為方案等因素造成的二次搬運問題，從而提高裝配施工的進度。此外，利用BIM技術的可視化功能可以對施工現場的安全性能進行動力學分析計算好而評估，優化施工現場關于安全方面的應急方案，以此來保證施工的安全性。

5.2 對施工進度、質量和成本進行管理控制

在裝配式建筑的施工管理過程中，利用BIM技術，可以幫助項目的管理人員更加直觀立體的了解項目的實際情況，根據當時市場的實際情況，進行多方面的配合分析，采用最合理、最經濟的施工方案，在保證施工質量和施工進度的基礎上讓項目的各項資金發揮出最大的效益，從而提高項目的經濟性[13]。另外，還可以利用BIM技術的施工虛擬仿真模擬，制定項目管理專項資金，合理使用項目資金，做好每一筆資金的記錄。

在裝配式建筑施工過程中利用BIM技術具有的可視化等特點，可以將施工進度的數據和施工對象進行對接，實現將2D的平面圖紙轉化為“3D-BIM”三維模型進行立體化的管理[14,15]。其后，將施工時間和“3D-BIM”模型結合起來轉化為“4D-BIM”可視化模型，可以實時對施工進度進行監控和跟蹤。在“4D-BIM”可視化模型中加入資金維度可以轉化為“5D-BIM”模型，項目的各方特別是施工方可以根據這個模型來模擬裝配式建筑施工過程中資金的投入和使用，動態管理裝配式建筑的施工規劃，從而實現對施工進度、質量和成本動態化管理(圖4)[16]。

圖4 BIM模型

6 結論

中國的裝配式建筑發展比較晚，但發展迅速，合理地使用BIM技術可以直觀、全面地展現裝配式建筑的全生命周期。在裝配式建筑中，BIM技術應用比較廣泛，從設計階段到生產階段，施工階段也有應用，施工中的運維管理更是不可缺少，這就實現了協同一體化的管理。同時提高了裝配式建筑的整體效率，減少施工過程、管理階段存在的安全隱患。總而言之，BIM技術的應用可以優化裝配式建筑設計、提高預制構件的匹配率，提升整體的施工進度。

實現建筑施工智能化還有很長的路要走，目前，但現在建筑施工智能化僅停留在初級階段。今后，建筑行業需要一邊推進建筑施工數字化，一邊推進建筑施工智能化，并使兩者互相促進，BIM技術將繼續得到發展和應用，并發揮關鍵作用。