BIM技術助力裝配式建筑智能建造

劉承靈 楊 婷 米宗寶 萬黔云 劉 陽

（中國建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000）

關鍵字：BIM技術；建設周期；裝配式建筑；智能建造

裝配式建筑就是“像搭積木一樣蓋房子”，以建筑工業化理念解放了勞動力，現階段裝配式建筑發展最大的阻力就體現在設計、標準化、材料、工藝、管理上的水平欠缺，追根到底就是標準化程度不夠。而BIM技術是以三維數字技術集成建設項目各項信息建筑工程模型的技術，其本身也是一種建筑工程智能化管理的技術。裝配式建筑和BIM技術當前最大的共同點就是“貴”，成本高、投入大，回報卻不直觀，現階段主要以政策驅動為主，通過智能建造理念將裝配式建筑和BIM技術融合，以BIM技術彌補裝配式建筑發展在標準化方面的短板，又以裝配式建筑發展的需要為BIM技術博得發展的契機，二者融合共贏，或許就能扭轉二者皆“貴”的局面。本文主要研究BIM技術對裝配式建筑智能建造周期的助力，主要包括工程設計、施工部署、深化設計、構件生產、技術交底以及智慧平臺協同管理等方面。

某建筑面積19萬m2的高層住宅項目，建設過程在設計、深化設計、場平布置、三維圖紙會審、施工模擬、工程算量、可視化交底、預制構件深化加工、平臺化應用方面全面應用BIM技術，取得了可觀的經濟、社會效益。

1 全建設周期的模型迭代

規劃、建筑、結構方案的設計與傳統工程建筑一致，此處不做過多研究，主要強調設計階段需考慮到裝配式建筑的特點，盡可能做到部品部件的標準化。

為了降低BIM技術應用成本并縮短應用周期、使得各應用階段銜接更加緊密，就要避免設計、生產、施工、運營各行其政的現象，要求各專業模型之間可以無損兼容，優先采用具有IFC格式輸出接口的建模工具，結構設計常用的PKPM軟件、施工常用的PKPM、REVIT、SKETCHUP、FUZOR等就具備該條件。

全建設周期的模型迭代主要包括：

（1）設計階段考慮部品部件的標準化和模型成果的通用性；

（2）預制構件拆分深化時直接將結構設計成果導入PC深化設計軟件，然后采用數據交互插件導出構件生產線專用生產數據，為自動化生產奠定基礎；

（3）模板、腳手架等技術措施方案，主要以鋁合金模板、集成式全鋼爬架為代表，深化過程采用專用設計軟件，以PKPM LMB為例，就可以直接將PKPM結構模型導入，然后進行自動化配模設計，但需注意的是，鋁合金模板、集成式全鋼爬架的深化需與預制構件拆分深化密切配合、穿插進行；

（4）施工建模階段，主要包括工程施工模型、施工部署、BIM商務算量等方面，輔以復雜節點模擬、工序模擬等內容。工程建模主要將主體設計、預制構件拆分深化等模型進行整合優化，增加機電管線綜合排布、碰撞優化等內容，用來進行圖紙三維會審、設計優化、設計交底；施工部署方面主要將前述模型成果進行匯總并按照施工流水分段，進行現場平面布置、交通流線、資源配置等優化；

（5）工程建造階段，以前期各準備階段模型成果為基礎，以數字化智慧工地平臺為依托，進行現場可視化交底、檢查、驗收等過程管理工作；

（6）后期運維階段，整合建設全周期的BIM模型，采用數字交互插件導出通用（以ifc為代表）BIM模型，建設項目數據庫，用作后期項目運營、監測、維護、改造以及糾紛處理的依據。

需要強調的是，全建設周期模型迭代可行的必要條件是標準化，即部品部件的標準化、建模方法的標準化以及模型成果的標準化，只有這樣，才能打破BIM技術“貴而不實”的局面，使其切實地為裝配式建筑智能建造服務，建設周期模型迭代流程如圖1所示。

圖1 建設周期模型迭代流程示意圖

2 虛擬施工部署推演

BIM技術助力施工部署主要體現在臨建方案設計比選、場地平面布置策劃、納入進度管理的BIM 4D可視化施工模擬等，具體包括：

（1）采用BIM技術進行臨建辦公、生活區、展示區設計，生成3D效果圖及漫游視頻進行方案比選，在控制成本的前提下，提高視覺展示效果以及企業CI融合度，做到經濟、實用、美觀、大氣；

（2）應用BIM建模、三維渲染以及720YUN平臺，搭建項目現場云觀摩模型，生成在線觀摩二維碼，用于項目觀摩策劃評審、匯報以及對外展示；

（3）應用BIM技術進行部品部件建模、加工區建模、大型機械建模，形成企業族庫，然后進行標準化平面布置，實現塔式起重機、加工區、構件堆場、施工道路等的最優化布置，經濟實用的前提下實現施工現場的美觀、大氣、和諧、統一，有效提升企業形象以及現場安全文明管理水平，有效吊重全覆蓋、施工道路優化、加工區以及構件堆場布置；

（4）引入BIM 4D概念，融入質量、安全、資源、成本等的整合，將現場建筑物模型、臨建設施模型、施工環境等進度計劃進行關聯，鏈接進度計劃，進行現場施工平面分區、流水段劃分、勞動力及周轉材料投入的優化，實現資源的扁平化投入。

3 三維圖紙會審

項目獲取設計提資后，第一時間安排人員著手開始進行建筑、結構模型創建工作（優先采用將設計方案模型導入并完善修改的方式，快速建模），在建模過程以及模型完成后的漫游檢查過程發現設計問題或需要優化的點，以設計答疑及圖紙會審的形式進行解決。

在模型建立的過程中開展圖紙會審工作，建立以Revit模型為基礎溝通平臺，更好地與建設單位、設計單位等項目各方進行圖紙問題的溝通。將設計變更、設計優化、設計答疑等內容在BIM三維模型進行標注，便于后期設計交底施工，如圖2所示。

圖2 三維圖紙會審程序

4 BIM技術助力預制構件深化及自動化生產

以PKPM為例，作為建筑結構設計應用最廣泛的設計軟件平臺，其自身也具備預制構件拆分、深化的功能，可在結構建模與預制構件深化之間無縫銜接，輸入項目參數后可以實現自動拆分、快速深化、自動合規性計算、智能優化以及一鍵出圖。業內其他建筑軟件平臺（例如廣聯達）也具備該功能，不同軟件平臺之間也可以通過標準、兼容的中間數據格式（IFC等）進行導出和導入。

采用BIM技術進行預制構件拆分，充分考慮機電、精裝預留預埋，對三維模型進行漫游碰撞檢查，做到施工過程“零變更”，也為預制構件自動化生產提供了可能。基于BIM模型，采用數據交互插件導出構件生產線專用生產數據，輸入中控室數據中心，進行數控鋼筋自動化下料、數控鋼筋自動化綁扎、模臺自動清掃、自動拆模布模、自動涂油劃線、自動混凝土布料找平、配備抓鉤式堆垛設備的自動啟閉養護等，實現管理人員及產業工人減少50%以上。

5 可視化技術交底

裝配式建筑施工技術在當前階段“貴”的一個原因就是工藝技術不成熟，經驗豐富的管理人員及產業工人數量不足，人工成本高，采用BIM建模，然后生成關鍵節點展示模型、可視化虛擬質量樣板、現場安全防護虛擬樣板以及工序模擬動畫，用于現場裝配式施工交底培訓，必要時結合虛擬VR、AR、3D打印技術，進行預制構件模擬吊裝、關鍵節點虛擬施工體驗，以此降低裝配式施工產業化工人門檻，全面提高管理人員及作業人員專業管理和技能水平。

在傳統的工序質量管理、樣板引路以及施工現場安全管理方面，也可以應用BIM技術提高項目管理水平。通過創建主體、砌筑、機電安裝、裝飾裝修等三維質量樣板模型，在關鍵工序施工前采用該模型進行立體展示交底；通過工程建模及漫游展示功能，進行現場潛在安全隱患排查，并提前做出針對性的安全防護部署；通過BIM技術進行基坑支護、高大模板、腳手架等措施性技術方案設計建模，采用虛擬樣板模型進行危大工程方案交底，提高危大工程施工標準化水平，為施工現場安全管理保駕護航。

6 BIM工程算量

基于前文模型交互迭代的原則，將原主體建筑、結構等專業設計模型以及預制構件拆分深化模型導入BIM工程算量軟件平臺，然后對模型進行完善優化，對軟件兼容性存在差異的部位進行調整，可以高效生成BIM算量模型。

BIM算量模型除了用于工程預算、決算等成本測算外，還可以用于指導項目措施鋼筋優化、主材及周轉材投入分析（進而進行施工流水優化），資源投入分析方面需與前文所述BIM 4D技術相結合，實現各項資源的扁平化投入和高效利用，達到商務創效、降低成本和緩解項目資金壓力的目的。

7 BIM與VR、AR等技術的結合應用

所謂的VR技術、AR技術歸根到底都是虛擬現實技術，VR以虛擬現實為主，通過頭戴設備等形式實現沉浸式三維虛擬環境體驗，而AR則是主打增強現實技術，實現虛擬模型在現實場景中的投射，而這兩種技術實現的前提都是BIM模型的創建。裝配式建筑施工過程，通過BIM建模然后以VR或AR的形式使管理人員和作業人員可以沉浸式體驗裝配式建筑的建造工藝，使得其在管理或施工方面的水平得到提高，以應對當前裝配式建筑施工領域專業對口人員緊缺、人工成本高的問題。

隨著智能建造的發展，自動放線機器人、自動實測實量質檢機器人等層出不窮，這些高自動化設施、設備、器械的實現，也都需要依托于成熟、精準的BIM模型。自動化設施設備的開發與應用也與裝配式建筑解放勞動力、綠色發展的理念不謀而合。

8 智能建造平臺

智能建造平臺是項目建設的工地大腦，涵蓋施工進度可視化、安全BI、質量BI、人員在線、物料在線、機械在線、鷹眼監控等各個方面，通過一系列的傳感器、監控設施、計量設備等全面采集施工現場人員、資源、環境等各項指標數據，與計劃進行對比分析，以BIM模型的形式對差異量進行反饋，形成智能建造平臺完整的生態鏈。

9 結語

在該項目的實際BIM技術應用中，采用BIM 4D技術進行場平策劃、施工流水推演及優化、設計方案優化、深化設計，累計產生經濟效益約430萬元；采用BIM技術進行三維圖紙會審、可視化交底、深化設計，可大幅降低施工難度、有效減少現場返工，切實節約工期75d；該項目BIM技術的全面應用，也推動了企業內部BIM技術水平的發展。

但仍顯不足的是，因項目未采用工程總承包的發包模式，在設計建模、深化建模、施工建模多方聯動方面的契合度較低，推廣應用阻力較大，追根到底就是標準化程度不夠，但當前階段BIM應用領域魚龍混雜，很難在短期內徹底達到足夠高的標準化水平，工程總承包的發包模式可以通過統一管理的方式有效補足該短板。