BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

陳 陽(yáng)，劉富勤

(湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430000)

1 引言

裝配式建筑的推進(jìn)是國(guó)家和社會(huì)發(fā)展的必要條件，目前我國(guó)主要還是以混凝土澆筑的建筑為主，但是為了配合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，主打節(jié)能環(huán)保、綠色施工的裝配式建筑相比于傳統(tǒng)的混凝土現(xiàn)澆有很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)裝配式建筑還可以節(jié)約施工時(shí)間，提高效率[1]。BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)的后起之秀，在裝配式建筑還不成熟的今天發(fā)揮著不可預(yù)估的作用，包括建筑的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、施工以及后期的管理，對(duì)提高建筑的質(zhì)量有很好的效果[2]。

BIM技術(shù)整合了整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目各方的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)(圖1)[3]。BIM采用三維建筑設(shè)計(jì)方法，能夠直觀地、全面地展現(xiàn)建筑工程的整體面貌、構(gòu)件之間的連接和管線布置，使設(shè)計(jì)人員能更清晰地控制工程設(shè)計(jì)的節(jié)奏，提高設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量和效率。

圖1 BIM技術(shù)整合模式

2 BIM技術(shù)概述

BIM即建筑信息模型(Building Informtion Modeling)的簡(jiǎn)稱，是工程學(xué)、土木工程以及建筑學(xué)的新工具，是應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、施工以及后期管理的數(shù)據(jù)化的工具，其通過(guò)將建筑的信息化模型以及數(shù)據(jù)整合在一起，將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑中，可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期的動(dòng)態(tài)管理和資源共享，同時(shí)還可以對(duì)建筑工程創(chuàng)造集成管理環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化控制，大幅度提高建設(shè)工程項(xiàng)目建設(shè)的效率[4]。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

裝配式建筑要求設(shè)計(jì)的各方在設(shè)計(jì)的時(shí)候要多加溝通，進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，大大增加了裝配式建筑設(shè)計(jì)的時(shí)間和難度。但是，將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，需要及時(shí)修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)設(shè)計(jì)的合理性，提高設(shè)計(jì)的效率。

BIM模型的建立由標(biāo)準(zhǔn)制定、模型建立以及模型應(yīng)用三個(gè)部分組成，其中所有的構(gòu)件都可以進(jìn)行參數(shù)控制，后期設(shè)計(jì)變更時(shí)，只需要改變構(gòu)件里面的參數(shù)，模型也會(huì)隨之更新，為改善傳統(tǒng)CAD圖紙的信息不一致和錯(cuò)漏的問(wèn)題提供了保證。BIM模型里面可以同時(shí)導(dǎo)入各個(gè)專業(yè)的模型，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)的信息合并以及交互，使各個(gè)專業(yè)、業(yè)主、建設(shè)方、施工方協(xié)同管理 (圖2)[5]。在設(shè)計(jì)的后期可以將模型導(dǎo)入到BIM碰撞檢查軟件中，比如Navisworks里面，根據(jù)時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行施工虛擬模擬，根據(jù)施工模擬檢查出其中的碰撞點(diǎn)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行方案的優(yōu)化，減少施工過(guò)程中一些不必要返工以及設(shè)計(jì)變更。

圖2 BIM模型的建立

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的應(yīng)用

在裝配式建筑中，制造商可以直接從BIM模型里面獲取預(yù)制構(gòu)件的顏色、材質(zhì)以及尺寸參數(shù)等制作過(guò)程中需要掌握了解的參數(shù)(圖3)，根據(jù)這些參數(shù)制造商可以及時(shí)地制定相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)還可以將這些參數(shù)信息通過(guò)條形碼的形式添加到預(yù)制構(gòu)件上，實(shí)現(xiàn)BIM模型的設(shè)計(jì)與預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，這種方式可以大幅度的提高預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率[6～8]。為了保證準(zhǔn)確性，還可以將BIM模型利用3D打印技術(shù)打印出來(lái)，分析構(gòu)件的組裝和試生產(chǎn)過(guò)程，檢查原預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)方案是否合理。通過(guò)這些手段控制后期施工過(guò)程中因?yàn)檫@些因素而產(chǎn)生的停工返工情況[9]。

圖3 精細(xì)化BIM模型

5 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

5.1 進(jìn)行虛擬施工模擬

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，建筑行業(yè)也受益匪淺，比如在裝配式建筑施工中越來(lái)越多的工序用到的都是機(jī)械施工，并且裝配是建筑施工的工序比較復(fù)雜，管理難度比較大[10～12]。在施工過(guò)程中應(yīng)用BIM技術(shù)可以對(duì)裝配式建筑的施工過(guò)程進(jìn)行事先的仿真模擬，這樣不僅可以熟悉施工過(guò)程，同時(shí)還可以根據(jù)此模擬對(duì)施工方案和施工流程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和高質(zhì)量的安裝。

此外，BIM技術(shù)的虛擬仿真模擬，可以提前了解施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地布置。BIM技術(shù)的施工模擬可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行正序和倒序的模擬，對(duì)施工的各個(gè)功能區(qū)域的安全和配置進(jìn)行分析，合理地布置施工中需要用到的各種臨時(shí)設(shè)施、構(gòu)配件以及垂直機(jī)械等設(shè)備和物料的位置。為車輛運(yùn)輸路線、臨時(shí)道路提供方案優(yōu)化，減少后期物料和施工機(jī)械的沖突問(wèn)題。這種方式可以減少在施工現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)榉桨傅纫蛩卦斐傻亩伟徇\(yùn)問(wèn)題，從而提高裝配施工的進(jìn)度。此外，利用BIM技術(shù)的可視化功能可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算好而評(píng)估，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)關(guān)于安全方面的應(yīng)急方案，以此來(lái)保證施工的安全性。

5.2 對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量和成本進(jìn)行管理控制

在裝配式建筑的施工管理過(guò)程中，利用BIM技術(shù)，可以幫助項(xiàng)目的管理人員更加直觀立體的了解項(xiàng)目的實(shí)際情況，根據(jù)當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行多方面的配合分析，采用最合理、最經(jīng)濟(jì)的施工方案，在保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的基礎(chǔ)上讓項(xiàng)目的各項(xiàng)資金發(fā)揮出最大的效益，從而提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性[13]。另外，還可以利用BIM技術(shù)的施工虛擬仿真模擬，制定項(xiàng)目管理專項(xiàng)資金，合理使用項(xiàng)目資金，做好每一筆資金的記錄。

在裝配式建筑施工過(guò)程中利用BIM技術(shù)具有的可視化等特點(diǎn)，可以將施工進(jìn)度的數(shù)據(jù)和施工對(duì)象進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)將2D的平面圖紙轉(zhuǎn)化為“3D-BIM”三維模型進(jìn)行立體化的管理[14,15]。其后，將施工時(shí)間和“3D-BIM”模型結(jié)合起來(lái)轉(zhuǎn)化為“4D-BIM”可視化模型，可以實(shí)時(shí)對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤。在“4D-BIM”可視化模型中加入資金維度可以轉(zhuǎn)化為“5D-BIM”模型，項(xiàng)目的各方特別是施工方可以根據(jù)這個(gè)模型來(lái)模擬裝配式建筑施工過(guò)程中資金的投入和使用，動(dòng)態(tài)管理裝配式建筑的施工規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量和成本動(dòng)態(tài)化管理(圖4)[16]。

圖4 BIM模型

6 結(jié)論

中國(guó)的裝配式建筑發(fā)展比較晚，但發(fā)展迅速，合理地使用BIM技術(shù)可以直觀、全面地展現(xiàn)裝配式建筑的全生命周期。在裝配式建筑中，BIM技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，從設(shè)計(jì)階段到生產(chǎn)階段，施工階段也有應(yīng)用，施工中的運(yùn)維管理更是不可缺少，這就實(shí)現(xiàn)了協(xié)同一體化的管理。同時(shí)提高了裝配式建筑的整體效率，減少施工過(guò)程、管理階段存在的安全隱患。總而言之，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化裝配式建筑設(shè)計(jì)、提高預(yù)制構(gòu)件的匹配率，提升整體的施工進(jìn)度。

實(shí)現(xiàn)建筑施工智能化還有很長(zhǎng)的路要走，目前，但現(xiàn)在建筑施工智能化僅停留在初級(jí)階段。今后，建筑行業(yè)需要一邊推進(jìn)建筑施工數(shù)字化，一邊推進(jìn)建筑施工智能化，并使兩者互相促進(jìn)，BIM技術(shù)將繼續(xù)得到發(fā)展和應(yīng)用，并發(fā)揮關(guān)鍵作用。