BIM技術在裝配式建筑施工中的應用研究

劉芯妤 李 超

西南科技大學城市學院

1 引言

隨著城市化進程不斷地加快，建設工程項目也逐漸增多。在建筑行業中，裝配式建筑施工已經成為了當前我國建筑施工領域的主流，因其施工時間短、工藝簡單、對環境影響較小、造價較低等特點，從而具有較為廣泛的發展空間。裝配式結構建筑在建筑形式上有別于傳統建筑,在我國的發展仍面臨著部分問題。而在裝配式建筑施工中引入BIM技術，將能大大提高工程裝配施工的整體效率。除此之外，BIM的應用能保障施工裝配階段達到綠色節能環保的要求，促進施工全過程中管理工作的合理優化，改善建設管理缺陷，使建筑工程工作更為有序，提高整體施工水平，為建設質量做出有效的保證。

2 裝配式建筑概述

隨著現代工業技術的不斷發展，房屋可以像生產機械一樣批量、成套地進行生產，即裝配式建筑。從概念上看，裝配式建筑是指在工廠中將建筑的結構構件進行標準化生產預制，并使用規定的裝配工藝在施工現場組裝構件進行裝配施工而成的建筑。簡言之，只需將房屋預制構件運至施工現場進行組裝即可。通俗地說，它類似于“搭積木”——裝配式建筑其房屋部件可全部在工廠內規模化預制生產，現場只需進行組裝作業，能實現構件的工廠化預制以及房屋的現場裝配化施工，是目前比較成熟的一種集成房屋體系，也是未來住宅建設大力發展的方向。從結構的角度上來看，預制混凝土結構和鋼結構都是裝配式建筑，包括中國古代建筑木結構中的榫卯結構等，都是工業建筑的重要組成部分。裝配式施工中，預制構件可以大大提高整體的施工效率。其建筑構件由工廠進行生產，成本遠低于傳統施工建筑結構的生產，能降低施工成本，合理利用資源。除此之外，還降低了運輸和施工的難度。目前來說，發展裝配式建筑已成為了一種趨勢，成為促進我國建筑行業持續發展的重要力量，同時也推動了現代建筑的可持續發展之路。

3 建筑信息化技術的概述

建筑信息化模型（BIM），是一種數據化工具，它可以共享知識資源，并將其應用于設計、施工和管理中。其主要目的是提高建筑業的生產力，優化建筑設計的質量，促進各部門之間以及各個工種、專業之間的協調工作，并且實現全生命周期中不同階段的技術信息交流，改善工程項目的整體性能。從理論角度上來講，BIM技術實際上是一個依靠計算機完成的設計過程，在實際信息的基礎上，建立了多維仿真模型，并利用BIM技術成功地將建筑物的二維信息轉化為三維的信息模型，實現可視化模擬，預測施工過程中出現的部分問題。在建筑工程當中，可以通過BIM技術模擬工程項目“計劃-實施-完成”的整個過程，達到監測預警等目的。BIM技術不僅促進了建筑行業的發展，并且改變優化了建筑理念和施工方法，加強了技術信息交流，有利于實現資源共享，提高共同工作的效率，同時能減少施工中出現的常見問題。

4 裝配式建筑施工中存在的問題

隨著我國建筑產業化進程的加快，裝配式建筑逐漸適應了建筑工業化的發展，其所占比重也不斷提高。總體來說，在質量上裝配式混凝土建筑的優勢比傳統現澆建筑多，但裝配式建筑仍有脆弱點，預制構件的精準度、有效連接、擺放布置，起重機位置的合理選擇，機械設備、材料資源的合理利用等,大多是施工人員根據自身經驗來進行安排的，這對建設項目的質量保障會造成一定的影響，同時會降低施工效率。

4.1 施工過程中關鍵環節的質量控制問題

裝配式建筑施工過程中涉及結構安全的關鍵環節需要做好嚴格的質量控制與合理的施工管理，達到規定的施工標準。包括預埋鋼筋、套筒或漿錨搭接孔的位置與角度精準；隨層灌漿和灌漿作業飽滿；夾心保溫板拉結件錨固牢固；避免預埋遺漏和節點擁堵；保證樓板平整度和坐漿；嚴格控制板縫等。在節點連接方面，套筒灌漿連接技術比傳統的濕法連接方法更具適應性，可以在多種施工方案下有效實現連接，成本也相對較低。鋼筋套筒灌漿連接技術是預制構件之間進行連接的關鍵技術之一，其連接質量對預制構件的力學性能影響很大，對施工質量的保障亦具有極其重要的意義。

4.2 施工過程中的安全管理問題

在施工安全管理中主要涉及以下幾個方面：首先，裝配式混凝土結構施工現場存放的材料多且復雜，以至于其占地面積更大，風險系數更高，不同于主要靠混凝土攪拌機和鋼材運輸車運輸的傳統現澆混凝土結構施工。裝配式建筑施工現場存放的場地中不僅包括原有的鋼筋、模板及周轉材料，還包括預制構件堆場。部分工程項目位于市中心，運輸車輛只能在夜間到達現場。而在施工組織管理及安全協調過程中，施工現場大批量構件的存放，場地的布置，以及運輸車輛的安全如何保障等問題都是其核心點。其次，由于目前裝配式建筑的部分技術以及規范要求還不成熟，傳統的施工人員進場前的安全培訓一般停留在紙面上或其他工程案例當中。倘若，經過培訓的工人因不熟悉現場和工作環境而進入現場，則會引起安全風險的增加。除此之外，還要注意外架的防護，安全永遠是重中之重，需要充分綜合考慮能否與施工同步；轉角掛構件能否有效使用；周轉使用變形是否過多等多方面因素。最后是裝配式建筑施工中通過垂直運輸設備進行吊裝，一般情況下吊鉤應與預留的桁架鋼筋吊點或者附加吊點連接，而在實際吊裝過程中，常會出現吊運起重量不足的問題，從而導致垂直運輸設備損壞甚至傾覆，造成的后果極其嚴重。因此，如何保障吊裝過程中的安全問題也是一大重難點。

4.3 施工場地的合理布置

裝配式建筑施工單位必須對施工現場環境進行統籌化全方位的管理，增強管理的嚴格性與預見性，并通過合理布置施工場地，確保預制構件能夠合理地放置在施工現場，保障施工質量，降低現場雜亂度，提升現場安全性。在道路布置、塔吊選型、預制構件堆場布置等方面，裝配式建筑施工現場的布置與傳統現澆結構存在著部分差異。例如，道路必須滿足運輸車輛的行駛、周轉和卸貨要求；塔吊不僅要布置合理，還要考慮起重構件的經濟合理性；預制構件堆場既要考慮運輸和儲存的方便性，又要考慮吊裝的方便性和有效吊裝半徑的范圍。

5 BIM技術在裝配式建筑施工中的應用優勢

5.1 建立BIM模型進行可視化模擬，優化方案設計

在BIM建模軟件平臺下，可建立數字化信息模型，完成建筑施工現場在BIM三維模型上的應用，使建筑可視化。在傳統建筑施工中，首先要根據圖紙展開平面設計搭建立體模型，隨后依據施工現場中實際勘探的結果進行設計圖紙的修改，這種方式難免會出現技術上的誤差，從而影響施工質量。而通過BIM技術模擬設計圖紙涉及的參數信息，能夠直觀地發現裝配式建筑項目施工工藝等，并從各個方面、角度落實裝配式建筑項目施工的重難點，提升工作效率。對于復雜節點的施工，通過BIM模型的模擬復雜節點施工場景，不僅可以解決構件施工的順序問題，同時還可以對模擬施工中出現的問題制定解決方案進行優化，使得模型數據與實際施工數據相符，確保施工人員在施工前了解其施工質量規范，提高工程技術的精度，達到保障裝配式建筑工程項目的質量要求和維護運營管理的目的。

5.2 虛擬施工，優化施工方案

為整體提升施工水平，方便施工人員掌握裝配式建筑施工中的要點，可通過BIM技術模擬施工事前發現存在的部分施工問題，從而制定相應的施工措施，減少事后問題出現的概率，促進整個裝配式建筑施工的進程。新冠疫情期間，火神山、雷神山醫院的建設全過程采用了BIM技術模擬施工，最終達到了施工效率提高、施工工期縮短的效果。在模擬施工過程中，對施工人員可進行直觀的可視化交底，從而更為直觀地了解施工情況。與此同時，通過模擬施工對輕鋼結構的安裝順序、施工機械的行走路線以及集裝箱式活動板房的吊裝次序進行合理的驗證分析，找出問題所在并對施工方案進一步優化，為工程項目竣工順利交付使用提供了重要保障。在組織流水施工的過程中，BIM技術模擬施工能實時顯示項目的進度及方案優化后的結果，從而達到各項作業協同完成的目的。

5.3 建筑信息化管理合理布局，確保施工進度

通過BIM技術，可對現場平面的各項內容建立模型，并采取合理的布置措施，最終形成安全合理的施工計劃管理模型。將施工計劃管理模型與進度計劃相結合，對方案中可能發生的碰撞沖突進行量化分析，根據施工現場各區域的材料消耗情況，對材料進行科學而合理地加工，從而減少材料的二次搬運，有效提高施工現場的場地利用率和施工成本效益，確保施工進度。火神山、雷神山醫院的建設均采用建筑信息化技術進行施工管理，精確至每個工作所需的時間，保障數千名工人、近千臺大型機械設備和運輸車輛在現場正常工作，整體吊裝和現場施工交替進行。同時，根據施工現場情況進行實時調整，各項工作能有序進行，為項目如期交付提供保障。

5.4 保障施工過程中的安全管理

在吊裝過程中，借助BIM軟件平臺建立垂直運輸設備模型可實現參數化工作模擬，便于發掘吊裝的最佳路徑。根據施工場地、運輸車輛、建筑等尺寸可對構件堆場存放的道路設計按照1：1的比例進行建模，并在建模平臺上將不同的模型方案進行比對篩選，找出較為安全的堆放位置及高度，實現安全可靠的分類存儲，保障人員安全及車輛行駛安全。

6 結束語

如今，BIM技術的應用正處于不斷優化階段，裝配式建筑的熱度仍在持續上升，BIM技術與裝配式建筑施工的結合，是裝配式建筑在未來發展中的必經之路，亦是我國建筑行業發展中不可缺少的一步。為進一步推進裝配式建筑技術在建筑行業中的應用，在裝配式建筑施工的全過程中，必須重視BIM技術，通過BIM技術模擬化、可視化等優勢對裝配式建筑施工予以完善，加強其科學應用方面的控制意識，促進建筑行業的發展。