基于裝配式建筑的BIM技術應用研究

【摘要】裝配式建筑是目前我國乃至世界建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在這一發(fā)展過程中，管理方式、信息共享等方面需求的提升，導致其在全生命周期里對施工技術有著更高的要求。而BIM技術是實現(xiàn)裝配式建筑相關工作的核心技術，其能夠對裝配式建筑的各個階段進行分析評價，并對各個施工過程進行動態(tài)把控，對促進裝配式建筑發(fā)展具有十分重要的意義。

【關鍵詞】BIM;裝配式建筑;三維模型

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.091

1、引言

十九大報告指出，我國特色社會主義已進入發(fā)展新時代，經(jīng)濟也從高速增長階段轉為高質量發(fā)展階段。在建筑行業(yè)里面，傳統(tǒng)澆筑建筑因資源利用率低、建筑殘渣難以處理等問題，已不符合當前社會發(fā)展的理念。而建筑業(yè)作為我國龍頭行業(yè)之一，也有著從轉型升級到高質量發(fā)展層次的迫切需求。而裝配式建筑由于資源利用率高、施工速度快、質量有保證、污染小等特點越來越得到全社會的關注。

2、裝配式建筑與BIM技術的結合分析

Building Information Modeling，簡稱BIM，在我國認可度較高的譯名為建筑信息化模型。它是以建筑項目全生命周期的各項信息數(shù)據(jù)為基礎，通過現(xiàn)代信息技術手段構建出建筑的三維信息模型，相關人員可通過此模型進行數(shù)據(jù)的查看和修改。

裝配式建筑指在靠近施工現(xiàn)場的構件工廠進行各個部件的預制化生產(chǎn)，通過各種交通方式運輸至施工現(xiàn)場進行配件組裝，并利用相關材料進行連接固定。裝配式建筑的特點為在設計方面進行標準化、生產(chǎn)方面進行工廠化、施工方面進行裝配化、裝修方面進行一體化、管理方面進行信息化。

由于起步較晚，再加上裝配式建筑技術、標準等較落后，我國裝配式建筑還達不到裝配式建筑的理想狀態(tài)，目前存在著按照傳統(tǒng)建筑進行設計，再將設計拆分成裝配式設計提供給預制構件廠，造成構件誤差較大不滿足施工需求;各承建單位配合度差，信息時效性低;需要多層設計，綜合成本高等相關問題。同時，由于施工人員的整體技術水平較低，施工工法不夠完善，所以裝配式施工對施工人員來說是一種很大的挑戰(zhàn)。如果采用BIM技術并將BIM的可視化、協(xié)同性、信息完備性等優(yōu)勢發(fā)揮出來，可以有效的處理裝配式建筑設計參數(shù)不完善、信息量大、信息復雜等問題，并通過三維動畫模擬，加強對施工人員的培訓，使得建筑從設計階段到運維階段的工作效率大幅提高。因此，將BIM技術運用到裝配式建筑中去是未來行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢。

3、BIM技術在裝配式建筑中的技術應用

3.1 BIM技術在設計階段的應用

3.1.1 方案設計階段

對于大部分的現(xiàn)場施工人員而言，普通的二維圖紙是比較難理解的，他們很難在腦海里將二維圖紙的線條與三維建筑建立起聯(lián)系。而BIM技術的可視化特點則極大的方便了現(xiàn)場施工人員對圖紙的理解。所以，在裝配式建筑的初步設計階段，設計單位可以依賴BIM技術建立三維方案模型，方便業(yè)主的理解及施工單位的操作。更可以在此基礎上，與業(yè)主進行方案設計的溝通，確定方案的可行性，從而避免后期業(yè)主要求更改設計的問題。

3.1.2 裝配式建筑標準族庫的建立

BIM技術使得裝配式建筑結構模型可以高效實現(xiàn)，建立標準規(guī)范化的“族”庫可以在進行重復性建模和建模工程量大時提高建模效率、減少建模時間，而且軟件中碰撞校核管理器可以依據(jù)構建的建筑結構模型進行碰撞信息檢查，避免出現(xiàn)施工時構件的連接區(qū)域出現(xiàn)鋼筋碰撞。由于BIM Structures技術尚不能滿足信息模型的深化設計要求，所以可以利用Tekla Structures軟件，先在Revite中建立出初步的構件族，再在Tekla Structures中根據(jù)參數(shù)化節(jié)點進行鋼筋配置。在后續(xù)的建模過程中，將二者進行結合即可做出參數(shù)化構件，形成標準構件庫。

3.2 BIM技術在構件生產(chǎn)階段的應用

當前，預制構件的生產(chǎn)流程大致為：構件廠依據(jù)設計圖紙進行模具設計——制造加工模具——完成預制構件生產(chǎn)。這一整個流程存在著構件廠對模具設計的速度較慢，模具加工制造時間較長，對施工工期會造成不利的影響。同時，構件廠與施工單位缺乏信息的交流，常常造成施工單位構件需求與構件廠生產(chǎn)計劃不符。

基于BIM技術的協(xié)同化可以建立起設計單位、施工單位及構件生產(chǎn)單位三方共享的信息平臺，當構件族庫建立完成后，構件生產(chǎn)廠家可以從平臺直接調用族庫，進行標準化尺寸的模具設計。構件生產(chǎn)廠還可施工單位進行溝通交流，依據(jù)施工單位的施工需求調整生產(chǎn)計劃，既減少了庫存，也滿足了施工需求。

3.3 BIM技術在實際施工階段的應用

3.3.1 BIM技術應用于施工過程模擬

裝配式建筑的構件數(shù)量多，很多都需要機械進行吊裝，吊裝工程量大，而且對構件裝配精度的要求較高。由于缺乏直觀準確的技術交底，在吊裝過程中容易出現(xiàn)構件碰撞，導致構件損傷，而且若場地布置不合理，會影響吊裝效率，造成工期的后延。

在實際施工時，可以通過BIM技術的碰撞模擬技術對施工過程進行演示，以便發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷并及時調整，避免事故和返工現(xiàn)象的出現(xiàn)。例如在構件吊裝方面，可以在三維模型中輸入吊裝的數(shù)據(jù)，結合吊裝方案進行吊裝演示。明確方案后，現(xiàn)場施工人員在項目全程施工中可以通過BIM終端智能設備進行輔助管理。在模擬施工過程時，要結合施工要求綜合考慮塔吊的吊裝范圍，對場地構件運輸?shù)穆肪€進行合理的前期規(guī)劃，并做好計劃保證各施工工序的有序銜接。

3.3.2 BIM技術應用于施工材料管理

在裝配式預制生產(chǎn)過程中，預制構件廠的倉庫常常會堆積許多原材料和構件。這在分類生產(chǎn)預制構件時會浪費很多人力財力資源，并且容易出現(xiàn)問題，構件廠可以利用BIM技術結合工程項目具體情況，提前準備好下一個生產(chǎn)工序所需的資源數(shù)量，防止出現(xiàn)材料短缺或材料短時間過剩的問題。實際施工時，若施工計劃發(fā)生變動，施工單位的驗收人員要根據(jù)變動情況及時調整后續(xù)的材料入廠計劃，保證庫存材料能夠滿足施工需求。施工完成后，可以利用BIM技術對各種資源的消耗數(shù)量進行記錄匯總，經(jīng)過與理論消耗數(shù)量的對比分析，為后續(xù)施工的資源需求做好準備。

3.4 BIM技術在綠色建筑運維階段的應用

當裝配式建筑順利通過驗收后，該建筑將進入后期的運維階段。在這一過程中，建筑可能會因未知情況產(chǎn)生各種問題。此時，管理方可以根據(jù)變化情況及時的利用BIM技術對整個建筑進行使用情況檢測，并可對裝配式建筑的使用情況進行實時動態(tài)監(jiān)控，在第一時間獲取相關信息，并在信息平臺做好記錄。若后期因相關需求需要對建筑加以維修改造時，可以利用BIM技術在已建成的三維信息模型中模擬相關流程，從而得到更加具體的數(shù)據(jù)并進行具體的處理措施。對于運維管理人員來說，可將建筑內的消防、電梯、通信等設備與BIM平臺進行對接，用BIM技術的實時監(jiān)控功能來判斷該設備是否正常運行。

4、現(xiàn)階段BIM技術在裝配式建筑中所面臨的阻力

4.1 標準的缺乏

目前，我國在此方面缺乏系統(tǒng)性、專業(yè)性的數(shù)據(jù)標準。我國關于BIM的國家、地方、行業(yè)等標準不夠完善，難以滿足行業(yè)的標準化要求，導致一個項目只能根據(jù)同一家公司的軟件進行部分設計和建造的應用，很難實現(xiàn)裝配式建筑全階段的統(tǒng)一、全面應用。當前設計、施工等參建單位，仍然習慣采用傳統(tǒng)澆筑建筑的設計和建造方法，僅將BIM技術作為一個不必要的輔助手段。而建設單位和運維方很少使用BIM技術。同時，因為不同建模軟件的底層算法不同，交付標準不統(tǒng)一，導致BIM單獨使用，上一階段單位的成果，下一階段的單位很難直接使用。

4.2 BIM軟件發(fā)展不足

目前常見的所使用的BIM技術軟件，因為體量龐大，對電腦配置要求較高，且由于是計算機專業(yè)人士來主導編程，固定性的功能布局，與實際施工人員習慣有所不同，使得大部分設計人員不愿使用BIM軟件進行項目的設計。

4.3 人力資源的缺乏

BIM技術人才儲備不滿足當前社會需要。BIM要求操作人員既需要懂得施工專業(yè)技術，又要熟練的使用軟件。雖然我國已經(jīng)在相關應用技術型院校大力的推廣BIM技術，但根據(jù)實際社會情況，要達到全面普及BIM技術仍需要不短的一段時間。

5、相關問題的解決方法

5.1完善相關政策和技術標準

政府部門應當充分的發(fā)揮引領作用，牽頭組織BIM和建筑方面的技術人才進行研討，完善相關技術標準，并做好相關標準解釋，便于讓各建筑行業(yè)的單位明確編制和交付標準。同時，政府部門應當繼續(xù)出臺推動BIM技術與裝配式建筑相結合的有利政策，從國家方面推動裝配式建筑向高質量發(fā)展階段轉變。

5.2 提升軟件水平和培養(yǎng)技術人才

加強BIM軟件在裝配式建筑方面的適應性。編程人員要對軟件做出相關優(yōu)化，比如減小體量、提升運行速度等，以降低軟件對電腦配置要求。還可以將各功能分區(qū)進行模塊化設計，讓使用人員可以根據(jù)自己的習慣進行功能的設置。

人才培養(yǎng)不能只政府來做，各裝配式企業(yè)也要認識到BIM技術的重要性，不斷招募BIM技術高端人才，同時制定相應的人才培養(yǎng)和發(fā)展計劃，加強本企業(yè)員工的培養(yǎng)。

結語：

我國已經(jīng)從國家層面開始大力推進BIM技術和裝配式建筑的發(fā)展，將BIM技術與裝配式建筑相結合，是裝配式建筑未來發(fā)展的方向，在未來的建設管理中BIM技術將發(fā)揮重要作用。將BIM技術應用于裝配式建筑的全生命周期，可以有效地實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念，減少各個階段對環(huán)境的破壞，提高資源利用率。當然，若要實現(xiàn)將BIM技術與裝配式建筑在更高層面更加緊密的結合，實現(xiàn)全過程的信息化，仍需各方人員在實踐和研究中努力。

參考文獻：

[1]姜琳，喬如淵，潘輝.裝配式建筑全壽命周期BIM技術應用問題及應對措施研究[J].建筑結構，2019（11）： 558-561.

[2]張聚賢.BIM技術在裝配式建筑全生命周期的應用研究[J].重慶建筑，2020（8）： 17-19.

作者簡介：

徐超（2001-），主要從事土木工程、工程造價研究。

通訊作者：屈永平（1984-），工學博士，主要從事土木工程、工程造價教學研究。

基金項目：

四川建筑職業(yè)技術學院科研項目（2017KJ21）;德陽重點科學技術研究項目（2015zz035）;德陽市應用與技術開發(fā)項目 （2017zz063）;四川省教育廳科研項目（18ZA0326）