BIM技術在裝配式建筑施工中的應用

魏佳強 重慶建筑高級技工學校高級工程師

隨著我國城市化進程的不斷加快，工程建設的主要方式還是采用現場施工。由于現場施工存在施工強度大、進度慢、資源消耗大以及環境影響大等缺點，裝配式建筑應運而生，逐漸被行業認可和重視。同時，隨著信息化技術的興起，BIM 技術應運而生，將其應用于裝配式建筑施工中，實現了建筑業和信息技術的有效融合，使各行各業極大提高了工作效率，具有重要意義。

1 BIM 技術概述

BIM 技術以三維數字技術為基礎，具有可視化、協調性、模擬性以及優化性等優點。

1.1 可視化

BIM 技術通過提取工程信息構建數字模型，實現建筑項目全過程的可視化模型制作。Revit 和廣聯達是常見的BIM 建模軟件，具有可視化功能，通過軟件平臺可直接發布建筑施工圖，增強可視化。此外，運用BIM 建模核心軟件可以綜合結構以及安裝等相關信息，并將這些信息整合到信息模型中。

1.2 協調性

在整個建筑過程中，溝通比較困難，需要各方面協調。如果溝通不充分，則可能會發生施工沖突、實際施工與設計圖不一致等問題。而BIM 技術具有良好的協調性，有利于設計人員和施工人員在施工過程中快速溝通。例如，通過碰撞檢測系統對BIM 模型進行鋼結構碰撞檢查。設計人員和施工人員借助BIM 技術可以及時發現設計圖中存在的問題，避免返工，有利于降低項目的施工成本。

1.3 虛擬性

BIM 技術具有很多優點，可以模仿、虛擬化建筑全過程。在項目設計過程中，BIM 技術能進行節能模擬、日照模擬等；在項目施工過程中，可以利用BIM 技術對施工過程進行動態模擬；而在運營管理過程中，可以利用BIM 技術進行地震模擬或者火災緊急疏散模擬等[1]。

1.4 優化性

如果建筑工程文件管理不善，則不利于施工。傳統文件管理方式是單純依靠人去管理，而如今需要利用軟件對其進行管理，以提高工作效率。BIM 模型以音像、圖文等格式的文件將施工過程實時保存起來，如此能夠加強文件和實際工程的有效聯系，一旦出現問題，便可以及時發現并在第一時間解決。在項目實施過程中，因為施工的需要會對原材料或者結構等方面進行修改，所以一旦計劃發生改變需要對文件進行及時更改，并做好相應的記錄。

利用BIM 技術可以構建3D 信息模型，更好地展現出項目的實際效果，而且對后期的優化也具有非常重要的意義。BIM 技術的3D 協同設計過程如圖1 所示，能夠讓裝配工作變得更加簡單高效。在裝配式建筑施工的過程中使用BIM技術，不僅能夠建立三維立體模型，而且能夠在一定程度上明確施工細節，最大限度減少施工偏差[2]。

圖1 基于BIM 技術的3D 協同設計過程

2 裝配式建筑概述

近年來，裝配式建筑受到廣大群眾的追捧，在城市建筑中許多建筑物都是裝配式建筑。主要因為裝配式建筑是在可持續發展的理念下誕生的一種新型建筑，在整個施工過程中注重環保，使用的建筑材料基本上都是綠色材料，污染相對較小，符合目前提倡的節能減排的環保理念。隨著城市的發展，城市可利用土地變得越來越少，在一定程度上增加了建筑項目開展的難度。裝配式建筑可以實現建筑空間的靈活拆分，施工單位在施工前可以根據相關要求將構件事先制作好，然后再把構件運到項目現場進行安裝施工，同時必須要保證構件完好無損，絕對不能存在裂縫破損問題[3]。

3 BIM 技術下的裝配式建筑的具體優勢

BIM 技術在裝配式建筑的應用中提倡節能環保，強調建筑產品生產方式的變革，注重建筑項目的集成化管理，以新模式、新理念實現利益的最大化，最終整合產業鏈，具有降低工程造價、縮短工期的優點。

3.1 BIM 模型建立和應用

為了使項目管理人員能夠適應復雜的施工環境，必須借助BIM 技術構建三維模型。利用BIM 技術對當前施工進行模擬，可以直觀地了解預制裝配式建筑項目的施工工藝及施工要點。尤其是進行裝配式建筑施工時，對不規則的構件處理可以發揮更大的技術優勢。工程人員可以利用BIM 技術模擬不規則構件在實際的施工過程中可能出現的施工難點，同時經過碰撞試驗驗證方案的合理性，更好地保證整個項目能夠順利進行。在裝配式建筑施工中，施工難點是邊緣構件的處理，此時可以應用BIM 技術模擬邊緣構件的安裝，使后續的實際安裝能夠順利進行[4]。

3.2 虛擬施工

施工人員可以通過BIM 技術了解整個建筑施工流程。同時，施工人員借助BIM 技術可以更加清楚施工過程中的關鍵點，制定出更加科學的施工方案，提高施工質量和效率。利用BIM 技術進行模擬施工，不僅可以在一定程度上減少事后問題發生的概率，而且能夠讓設計以及施工等相關人員進行及時交流。基于BIM 技術的施工操作可以將整個施工項目從最初的2D 轉換為3D 和4D，增強整體的施工效果，促進施工水平的整體提升。

4 BIM 技術在裝配式建筑施工項目中的應用

4.1 工程概況

本項目位于湖北武漢，總建筑面積約100 000 m2，共10 棟單體住宅。裝配率越高，預制裝配PC 吊裝和組裝越多，混凝土澆筑就越少，施工現場的揚塵和建筑垃圾等也就越少。裝配式類似于積木，各PC 構件在工廠生產加工，必須標準化，對構件的尺寸、生產流程、安裝水平有很高的要求。另外，裝配式的深化必須前置，否則會工期延遲，而如果構件模具生產出現問題，就會出現大量構件問題，影響工期的同時浪費成本。裝配式建筑都是從標準層開始實施，標準層以下部分的施工和現澆一樣。

4.2 深化設計

裝配式建筑對前期設計要求高，節點、預留孔等細節問題需要通過深化設計來確定，允許犯錯誤的概率低。在使用Revit 軟件構建模型后，針對可能發生問題的環節，模擬安裝各預制構件，并檢驗各構件之間的連接情況，其中內墻板預留處與構造柱豎向鋼筋發生多處碰撞[5]。經過修正后，類似問題得到解決，事后對施工方案進行優化，并調整構件圖紙，減少圖紙變更帶來的返工。

4.3 場布管理

裝配式建筑工程中材料堆放是相對重要的一環，其中主要內容涉及協同其他施工相關人員確定堆放地點的加固、塔吊旋轉半徑范圍、規劃車輛運輸路線。由于場地范圍有限，因此需要合理設置PC 構件的堆放量和構件的入場量。利用BIM 技術模擬施工場地，確定實際的現場施工信息，根據模擬的實際情況，制定滿足實際需求的運輸路線和方案[6]。施工平面布置最優方案如圖2 所示。

圖2 施工平面布置最優方案

4.4 碰撞檢測

建筑的2D 平面圖缺乏直觀性，經驗豐富的技術人員也無法判斷構件之間的碰撞。

首先，采用預制構件模型和現澆結構模型的碰撞檢測，可以明確構件定位對現澆結構施工的影響，調整模板固定方式，減少模板損失。即使遇到不可調整的特殊情況，最終通過修改預制裝配構件，也可以實現順利施工。

其次，對于預埋管線與板筋之間的碰撞，可以解決預先模擬管線走向問題，有效避免管線材料的損失。

最后，PC 板的安裝需要斜撐，以達到固定和調整角度的目的。但是，斜撐會導致預埋件與腳手架、模板、地板鋼筋發生位置碰撞，通過模擬可以實現預先檢測位置，解決實際問題[7]。

4.5 節點技術交底

裝配結構對節點連接有較高要求，即便是PC 板連接產生了很小的位移也會在一定程度上造成其他PC 板無法定位。因此，在實際的施工過程中需要利用BIM技術，借助其可視化的優點對施工的節點進行放大，讓節點變得更加清晰，從而保證做好施工前的交底工作。

4.6 材料管理

4.6.1 事先計劃

在預制構件進場前，可以利用BIM技術分析現場及施工現狀，控制構件量上限，這一點對于場地狹小、工期緊張的項目尤其重要。為了防止構件入場過多和二次搬運問題，可以根據現場的實際情況快速測算不同階段預制構件的需求量，做好事前的準備工作，嚴格實現入場管理。

4.6.2 事中控制

施工中發生進度修正時，利用BIM技術確認現場施工情況，與事前計劃相比后，及時調整構件進場計劃，精確控制構件材料的需求量。

4.6.3 事后分析

根據施工計劃節點或時間段對相關材料進行盤點，查看材料的計劃使用量和實際使用量之間有沒有出現較大的偏差，為后續的材料采購工作提供參考。如果發現存在材料浪費現象，要及時采取相關措施，最大限度避免材料浪費，以達到節約成本的目的。

4.7 施工仿真模擬

項目施工前，結合項目施工計劃、場地模型和結構模型信息，通過Navis—works 軟件生成有時間屬性的4D 模擬動畫，確保施工人員清晰掌握施工工序和細節。另外，通過事先模擬施工了解標準層的各預制構件和施工全過程的時間計劃，熟知施工方案的同時查找方案存在的缺陷。例如，查找到施工方案不詳細、施工進度不準確等問題時應該改進施工方案，使方案更加科學合理，滿足實際施工要求[8]。

5 結語

BIM 技術可以模擬整個裝配式建筑的施工過程，對裝配式建筑施工質量和工程效率的提高具有重要的作用，同時實現了建筑工業化和信息化，主要表現在以下幾個方面。

一是合理控制構件采購及入場，降低構件吊掛及節點施工的復雜性；二是通過施工模擬使施工方案更直觀，施工流程更簡潔，避免施工偏差，保證施工質量；三是實現建筑項目施工的節能環保，減少施工現場的環境污染，積極推進裝配式建筑業的發展，顯著提升資源利用效率；四是BIM 在裝配式建筑中的應用，達到與生產過程各階段的參與者共享信息的目的，不斷提升建筑項目的信息化和產業化。