BIM 技術在裝配式建筑設計與建造中的應用

◎陳霞

長期以來，我國的建筑業都是按傳統的設計與施工方式進行施工。由于國內裝配技術發展不成熟，采用裝配式將導致人力資源的短缺。當前，我國建筑業發展迅速，裝配技術日趨成熟，人口紅利逐漸消失，勞動年齡急劇下降，政府決定大力發展裝配式建筑。在此背景下，裝配式建筑逐漸被業內所認識和關注。當前，建筑產業化已成為未來建筑發展的新潮流。裝配式結構是指將預制件運送到工地進行拼接而成的一種新型結構。不僅對環境友好，而且節約了人力。它克服了傳統建筑施工中產生的揚塵、交叉污染和越來越多的污染。從而極大地提高了生產的效率，節省了大量的勞動力和時間。

一、BIM 技術的特點

在大力推進裝配式建筑施工的同時，BIM 技術也逐漸系統化，為了使其更好地推廣和應用，必須充分利用BIM 技術。BIM系統是指一個能夠從設計、施工、管理三個階段運用的數字化信息技術。在建筑工程設計，運用BIM 技術構建模式，可對建筑結構實行建筑仿真，在設計采用碰撞測試等，從而有效減少了建筑設計差錯，為工程施工、建設、后期經營等提出了支持，并為各參與方提供BIM 的協同平臺，提高了協同工作效率。

1.可視化。

利用BIM 技術，可以建立一個完整的建筑模型，讓項目的結構和數據能夠完整的顯示出來，從而能夠及時的發現隱藏工程中的潛在風險。而且，BIM 最大的特點就是可以讓設計人員不用去想空間立體模型，只需要通過軟件就可以看到整個工程的結構，這樣就可以避免使用二維的圖紙，而且為了保證圖紙的可操作性，還會在圖紙上標注出相關的建筑資料，這對工人們來說是很不方便的。與設計者相比，BIM 技術可以在很短的時間內發現隱藏工程中的問題，從而使設計人員與模型的交互作用更加緊密，從而更好地掌握結構設計的信息。

2.模擬性。

BIM 技術在裝配式建筑的設計和施工中具有很多優點，它可以通過仿真來實現，從而大大的提高工程建設的效率。一般認為，傳統的裝配式建筑由于技術和各部門之間的合作，往往要依靠大量的基礎資料才能進行。但在實際應用中，也有一些問題，即實際應用價值低，可行性低。因此，將BIM 技術運用到這一問題中，可以利用BIM 技術進行三維仿真試驗，從而確保數據的完整性和可靠性。

3.協調性。

由于BIM 技術具有良好的協調能力，因此無論是設計人員或建筑工人，都可以合理地運用BIM 技術中的協調工作，從而有效應對設計與施工中出現的問題。如果在施工過程中出現了一些難以解決的問題，那么就可以和設計師進行溝通，將BIM 技術中的問題進行合理的分析，然后給出可行的解決方案，同時也可以使用3D 建模，這樣可以讓設計師和建筑師更好的交流，而使用二維的圖形，則會忽略掉不同的專業之間的關系。

二、BIM 技術應用于裝配式建筑中的優勢

BIM 技術，也就是所謂的建筑信息模型，它是基于虛擬現實技術，根據建筑工程的具體要求，利用數據和設備的性能參數，經過一系列的收集、整理、加工、分析、合成，最終形成一個完整的3D 模型，將建筑的真實效果完美地再現。BIM 技術在裝配式建筑的設計和施工中具有如下優點。

1.構件的高精度設計。

BIM 技術的運用使裝配式建筑從平面到立體的設計，使其在設計和建造方面都得到了進一步的提高。通過BIM 技術，可以搭建一個3D 模擬系統，讓相關的設計人員可以將自己的設計圖上傳到虛擬現實中，查看實際的規模、布局、尺寸等，直觀看到有沒有碰撞、不合理等問題。另外，通過云計算技術，可以綜合分析設計方案中的各種參數，并通過各種方案的比較，選出最優的方案，使裝配式建筑的設計和各部件的精度偏差保持在合理的范圍之內。

2.建筑材料制作。

在建造預制件的過程中，制造現場會堆滿大量的材料和部件，這種情況下，將預制品進行分類、儲存，不僅需要大量的人力和物力，而且還很有可能會出問題。利用BIM 技術進行物料的制造和運輸，可以精確地模擬工地的位置。根據工程的具體情況，對各個階段需要的構件數量做好充分的準備，以避免在工地上出現材料不足或堆積如山的現象。檢驗員通過工程資料查閱相關資料，有效地提升了檢驗工作的效果。在實際施工中，如工程進度有變動，驗收人員將按照原物料的入廠計劃靈活配置實際材料進入，以保證工作范圍內的建筑構件數量滿足需求。而在建成或施工后，將利用BIM 等記錄、整理結構數量和材料的實際消耗量，并將其與原來設計的實際物料用量加以對比與分析，為后期的施工管理進行原物料控制。

3.施工項目管理技術。

在工程實踐中，可以利用仿真技術，對施工過程中可能出現的問題進行分析，從而使施工計劃得到及時的調整，避免發生事故，降低資源的浪費。因此，在裝配式建筑結構前，還可利用BIM技術，把結構的特性輸入到建筑規劃中，并將其與相關方案相結合。在模擬施工中，要根據現場場地模擬、項目結構模擬、施工方法等內容，利用BIM 技術生成具有時間節點、施工進度相結合的仿真動畫，使項目施工過程更加直觀。

三、裝配式建筑與BIM 技術融合的重要性

隨著BIM 技術的進一步發展，也隨著我國建筑業的蓬勃發展，BIM 技術越來越多地被應用和接受。BIM 技術能夠與預制裝配式建筑建立起一個比較高效的合作機制和平臺，進而更有效地提高了預制裝配式建筑的工程設計品質和效果，從而降低了建筑設計過程中發生的重大錯誤，減少了資金投入，從而對建筑設計產業化的發展具有了一定的促進意義。

1.提升裝配式建筑的設計效率。

通過BIM 技術的運用，可以為裝配式建筑的設計信息交換提供一個高度共享的平臺。另外，在現實的建筑設計工作中，各建筑單位設計人員也可以使用建筑設計信息資源共享平臺，將建筑設計的內容、標準等內容及時上傳給網絡，使建筑設計的工作更加具有同步性與共享性。此外，通過云計算技術，還可以提高BIM 技術的三維虛擬建模的錯誤糾錯功能，從而對各學科或專業建筑設計中存在的錯誤進行自動檢測，從而找到新的學科結合點。

2.帶動實現裝配式建筑預制結構部件的設計標準化。

裝配式建筑構件的設計規范，反映了構件的風格、尺寸等方面的信息。總之，BIM 技術能夠有效地采集和集成建筑的信息，從而體現出建筑的開放、共享特征，并通過對各種裝配式建筑構件進行標準化設計，使其具有特定的性能需求和參數特征，從而保證相關設計工作的順利進行。

3.推動模型可視化與仿真化發展。

BIM 技術在可視化和仿真方面表現突出。由于建筑工程是一個非常復雜的工程，一般都是由專業人員來掌握有關的專業理論與專業技能，但是在實際的展覽中，必須要將其呈現給一般的施工隊伍，所以，設計師可以藉由BIM 技術，將其轉換成視覺化的結構模式，以保證施工隊伍對工程師的意圖有更清晰的認識。

4.提升建筑行業的專業化水平。

BIM 技術可以通過建立帶有高度可視化、仿真特性的建設模式，完成對建設項目的合理策劃、預測、材料的使用與布局。運用BIM 技術，能夠在一定程度上緩解實際工程中出現的部分技術問題。可以說，通過將BIM 技術運用于裝配式施工建筑中，就能夠使之更完全地與信息化和工業化建設相結合，從而大大提高了裝配式施工建設的科學性、專業化、智能化。

5.有利于降低設計誤差。

將BIM 技術引入到裝配式建筑結構和預制件的設計中，可以極大地減少工程造價中的誤差。此外，利用BIM 技術，可以對預制件的幾何尺寸、鋼筋規格、參數等進行必要的規劃和調整。通過BIM 技術，可以更好的觀察和理解預制件和構件之間的配合，并且通過BIM 技術的碰撞探測，可以更好地判斷出構件和構件之間的關系，從而發現構件和構件之間的關系，從而達到最大程度的提高資源利用率，確保項目的順利完成。

6.提高設計質量。

在裝配式建筑的設計中，由于對設計者的專業性有很強的要求，因此，各個專業之間必須相互協作，才能提高設計的工作效率。依托BIM 技術搭建的中心設計平臺，能讓各個專業的設計人員在任何時候都能及時地了解到設計信息的變化。若有問題，可以在平臺上進行修正。BIM 技術的應用對于設計人員來說，是一種設計信息的碰撞，通過不同專業的設計，可以很容易的找到問題所在，從而減少工程的安全風險。此外，由于裝配式建筑中使用了大量的預制件，因此常常需要大量的設計圖紙，利用BIM技術，使設計人員能夠進行協作設計，提高設計效率，加速設計方案成型，并確保設計方案的高品質。

7.優化整合預制構件生產流程。

從目前的情況來看，施工計劃必須要合理，而且要確定相關的預制標準，在具體的規劃和設計中都要重視，但也要考慮到BIM 技術的發展，以及如何利用BIM 技術，在裝配式建筑的建設中，要特別注意對裝配工程的管理，在專業規劃的時候，要對方案進行修改和審查。為了保證BIM 技術的穩定發展，設計師們會將自己的BIM 模型和BIM 技術結合起來，然后再利用BIM 技術對設計進行改進，以保證設計的安全性和經濟性。

四、BIM 技術的裝配式建筑設計與建造應用

1.三維建模。

通過對工程實例的測量，與設計人員的設計方案相結合，可以建立一個三維的模擬模型。通過此模型，設計人員可以直觀地觀察到構件的大小、設計與演示效果，并運用模型對構件的各項性能進行測試，極大地提升了裝配式建筑的設計精度，并對存在問題的環節或數據進行了修正，通過三維模型，可以對整個建筑的各個環節進行監控和管理。

2.深化設計。

在建筑、結構、水電、消防等復雜的設施中，往往存在著空間布局上的矛盾。BIM 技術主要是利用一系列的三維建模軟件，在同一平臺上，通過設計人員對建筑、結構、給排水、暖通等進行設計。各專業的深化設計人員，都會按照自己的模型，對鋼筋數量、位置、管線布置等進行核對。同時，通過BIM 建模，對構件的制作、運輸、安裝進行仿真，觀察是否存在碰撞、安裝是否合理；對施工現場進行合理的場地布局，對道路、管線、臨時用水、電力等設備進行合理的安排，使施工現場的工作得以有序進行，同時也便于管理人員進行有效的管理，達到項目的成本最優化。

3.節點設計。

在裝配式建筑的設計端，人工拆分組件的標準化水平較低，部門之間的協作效率較差，模型不能共享。在構件設計中，碰撞、預留預埋件和模板、鋼筋的干擾問題較大，導致后期構件制造中的節點變化較大

4.拆分設計。

在施工階段，由于BIM 模型中的墻體、樓面等都是比較完整的，因此，在進行設計時，必須嚴格按照設計要求，將其分解為工廠可以制造的獨立構件，然后根據圖紙進行加工。在實施BIM 技術時，必須嚴格遵循產品和設計的基本要求，并遵循多組合、少規格的原則，這樣可以減少零件的類型，提高工廠的生產效率。另外，所有的部件都必須在工地上進行組裝。通過對BIM 模型的全面理解和把握，可以對BIM 進行更細致、更科學的建模。將整個結構分解為可供多個項目制造的部件，從而為預制件的連接構造和預制構件的配筋設計提供了有利的環境。另外，利用三維BIM 技術進行分解，可以將最終的結果以可視的方式呈現出來，一方面可以更直觀地顯示出設計中的缺陷，另一方面可以有效地解決各種問題，從而提升整個設計的質量。不僅如此，該模型還能保護數據，防止數據丟失，增加數據傳輸的流暢、可靠，最終改善組件拆分設計的質量。

5.碰撞檢測。

雖然裝配式建筑有著明顯的優越性，但是也有一些制約因素，其中最突出的問題就是其設計方案中，各個部件之間的局部發生沖突。由于管道連接部位的安裝位置重疊，或者管道與周圍建筑物之間的距離不合適，可能會造成安全隱患，進行碰撞測試，并形成相應的報告，便于工程師們在各個部位做好標識，以便進一步完善，保證設計的精確性。

五、結束語

在裝配式施工建筑中運用BIM 信息技術，是今后裝配式施工建設發展的重點方向。本章主要從結構建造、施工流程模擬、物料管控、碰撞檢測等多個方面，闡述了BIM 信息技術在預制裝配式施工中的運用。BIM 信息技術在裝配式施工建造中的運用，可以有效地提升制造、建筑施工過程的綜合效能，有效推動裝配式施工建造的健康發展。在裝配式施工建造中運用BIM 信息技術，能夠使建筑的節約、安全、合理地減少各施工工藝對建筑周圍環境的干擾，有效推動裝配式施工建設行業的良性發展，并提升了資金效率。BIM 信息技術雖然已經普遍地運用于我國裝配式工程建設，但其主要問題仍在于與BIM 內容之間的信息交換不便，缺少對現有信息資源的有效利用能力，以及與舊有的建設模式的信息連接并不暢通等問題，因此亟需更深入的技術研發，以保障我國的裝配式工程建設的規范化發展。