BIM 的裝配式建筑施工技術分析*

鄭慶標 鄭興群 真濟光 葉 欣

(中國建筑第七工程局有限公司 鄭州 450000)

目前國內外關于BIM 的研究主要有以下幾種:

(1)基于工程的模型構建的建模方法。

(2)基于構件的碰撞計算的裝配化設計。

(3)以三維空間的協同工作的基礎上,進行信息的集成和優化。

(4)以預制板的拼裝為中心的裝配化設計。該工藝的特點就是可以根據實際的需要來完成,并且能夠有效地減少現場的勞動力,提高效率。但是由于該工藝的造價相對昂貴且對工人的技能水平的要求較高,現下還沒有得到廣泛的推廣和使用。

1 BIM 技術理論分析

BIM 技術的應用是基于建筑信息模型的基礎之上的一個重要的發展方向,其在建筑工程中的實際運用也是如此。通過將BIM 的相關理論和技術應用于傳統的建筑行業可以有效地提高工作效率降低成本縮短工期,從而促進企業的可持續的健康穩定的發展。

1.1 BIM 的結構

1.1.1 結構的定義

在BIM 技術中,結構是指由各種不同的構件組成的實體集合,這些構件包括了建筑的所有部件如墻、柱、梁等,以及其他一些輔助材料。在進行建模時需要將各個部分的屬性信息和相關的數據整合在一起,并對其進行合理的處理和優化,以達到最終的設計效果。

1.1.2 功能的分類

根據建筑的類型可以將其劃分為以下幾個方面,建筑物的圍護系統,如外墻的保護層,基礎工程的層系裝飾面的層系,室內裝修的地板等。還有就是,對于建筑的空間結構,如室內外的照明設施,通風管道的鋪設與連接等等都屬于建筑的維護系統。

而另外的一個重要組成部分則為房屋的主體框架,即墻體,它是整個建筑工程的骨架所在[1]。而其他的附屬設備則主要指的是,通過對其的模擬來實現的一種軟件,比如說,裝配式的腳手架,吊頂的安裝與拆卸,門鎖的使用與管理,其至還包括了安全防護的配置等。

1.2 BIM 的特性

由于BIM 的特性使得它具有以下幾個特點:

(1)可視化性在進行建模的時候可以讓使用者和設計者之間的交流更加便捷,也能使信息的傳遞更清晰。在傳統的設計過程中,設計師只能通過現場的實際情況來對設計方案做出調整,而這樣的方式會造成很多的問題,比如因為沒有人去觀察,所以就無法了解到真實的場景環境,這就需要花費大量的時間去修改模型,這對于裝配式的建筑來說是一個很大的難題,同時,如果想讓人們能夠更快的理解BIM 的含義并且也能對這種新的技術有一定的掌握和認知。但是現在的數字化的發展速度非常快,只需將這些放在一邊,便可完成整個項目的建造。

(2)集成性與協調性當將虛擬的三維建筑的概念運用到裝配式的施工中,它不僅僅是指構件的拼接,而是指的各個部件的組合以及各部分的銜接與連接。

2 BIM 的裝配式建筑施工

傳統的裝配式建筑施工主要是在工廠進行的裝配式建筑,而這種方式需要大量的人力和物力投入,并且效率低,對現場的環境要求高,而且生產周期長,對工人的技術水平的提高有一定的難度,而BIM 的應用可以有效地解決這一問題,它能夠將信息數據化,通過三維可視化的模型來模擬出真實的場景,直觀地反映出所要的建筑產品的具體尺寸、結構和材料的使用情況,同時還能提供所需的各種參數,從而為用戶的決策提供支持[2]。在BIM 的裝配過程中,我們不僅能看到建筑物的實際空間位置,還能了解到其內部的細節變化,這也有利于后期的維護與管理。

2.1 引腳

將BIM 技術應用在裝配式建筑施工中的主要目的是實現構件的拼裝和連接,從而達到預制梁的拼裝。在進行預制梁的拼接時,需要將其與裝配式建筑的鋼柱節點相連接,通過對其的合理布置,使其能夠與裝配式建筑的鋼柱節點相匹配,并利用BIM 的建模功能對整個的施工過程中的各個環節的數據信息加以整合,最終形成一個完整的施工體系。

在實際的現場施工時,由于受到各種因素的影響導致的預制板的長度不夠,或者板的厚度不足,這就會使得工程的質量得不到保證,同時還會造成浪費資源,增加成本。因此要想提高預制混凝土的強度和剛度,可以采用先將板的預留孔洞口留住,再進行焊接的方法來解決這個問題[3]。另外還應該注意的是,如果出現了焊縫,則必須要使用電渣焊的方式來完成,這樣不僅節省了大量的時間也節約了材料。此外還應加強鋼筋的綁扎工作,使之具有一定的穩定性和牢固性。

2.2 BIM 的裝配式

隨著我國建筑行業的發展和人們對建筑質量的要求越來越高,裝配式的生產方式逐漸被推廣。在這種情況下BIM 技術應運而生,它是一種以計算機為基礎的集成信息的工程管理模式。在傳統的裝配式施工中,由于設計、材料、機械等的影響而導致的施工過程中的各種問題,需要進行重新計算,從而得到新的數據模型。而通過使用BIM 的方法可以將這些問題直觀地反映出來,并能根據不同的需求來調整設計方案,最終達到提高工作效率的目的,同時也降低了對專業技術人員的依賴性,減少了不必要的成本投入。

目前,國內應用的主要是基于二維的三維實體的裝配化建模,其優點在于該軟件的結構比較簡單,容易實現,易于操作,并且能夠有效完成構件的拆卸和安裝[4]。不存在像其他的大型復雜的建筑工程項目,因此它的造價低,但是因為該工具的價格較貴,所以普及率不高。

2.3 BIM 的整體

通過對BIM 的整體分析,我們可以看出在裝配式建筑中,裝配式的構件是由各個部件組成的一個實體,所以說在整個的過程中,每個零部件的信息都是相互關聯的并且是互相影響的,同時,每一個零件的組裝和拆卸都是按照一定的順序進行的,而對于裝配的材料來說,它與所需要的配件都是有聯系的而在安裝的時候也是根據實際情況的變化而不斷地改變的,最后,就是對所有的數據和資料的分析整理,從而得出最終的結果與設計的要求相符合的結論或者建議。因此BIM 的應用范圍非常廣泛其不僅局限在傳統的建筑行業,還延伸到其他的領域中。比如,建筑業、工業、農業等,這些都屬于比較復雜的工程項目。如果僅僅依靠人工來完成的話,會浪費大量的時間以及人力物力而且還會因為人的因素導致的錯誤操作,造成不必要的損失甚至可能會引起安全事故。

2.4 BIM 的裝配式建筑施工模塊

基于BIM 的裝配式建筑施工模塊,是指將工程的各個構件進行拼接,并在拼接的過程中,通過軟件的計算和模擬,對其結果的分析和研究,從而得出最終的結論與建議。

(1)預制板的拼接在裝配式的大范圍內,可以采用預制的方法來完成板材的連接也可利用二維空間來實現板的拼裝。在裝配時要考慮到不同的因素對其影響,如,材料的種類、尺寸的大小、厚度的長短以及是否需要調整預埋件的方式等。

(2)梁的焊接是為了使整個結構的受力均勻避免出現應力集中的情況而產生的一種薄壁的加工工藝。它主要包括,先焊后電,先焊后電的順序,先焊后電的原則,先熔融的順序等。由于這些原因的存在會導致一些缺陷,比如,斷面的不對稱,容易造成鋼筋的銹蝕,進而會降低整體的強度等等。

3 BIM 技術在建筑施工中的應用

3.1 BIM 概況

我們可以將BIM 的定義為一種基于計算機技術的集成設計和施工的管理模式。它是在傳統的建筑信息模型基礎上,通過對建筑的結構、設備、材料等進行模擬,并建立一維的空間關系,以實現對建筑的全面分析。BIM 的應用范圍廣泛,包括工程建設項目,以及與之相關的各種專業的協同工作。它不僅僅局限于建筑領域,還應用于其他行業的各個方面。例如,環境分析,如氣候,水文地質等。隨著我國經濟的快速發展,建筑工程規模也越來越大,而在這些大規模的建設工程中裝配式的構件是非常重要的部分之一。因此裝配式的構件也有了很大的需求量,所以對于其的研究就顯得尤為必要。而目前的國內關于裝配的概念還沒有統一的標準和規范,這就導致了不同的廠家生產的同一個產品的質量參差不齊,從而造成了嚴重的后果,一是浪費資源二是降低成本。

3.2 BIM 計算

Revit的計算是基于用戶的需求和項目信息進行的一種建模方式。在BIM 的模型中,構件之間的關系是通過建立的屬性與結構的相互關聯來實現的,在構建的過程中,可以利用二維圖紙的形式將各部件的尺寸、位置等參數表示出來,然后將其轉換為三維的數據而在實體的繪制完成后,就需要對其進行模擬,并根據實際情況對其結果做出相應的修改與調整。BIM 的主要作用就是能夠有效地解決傳統的建筑行業的問題,首先,由于設計人員的工作量較大,所以會導致一些浪費,其次,因為有的設計師沒有足夠的知識和經驗,無法準確地表達出所要的內容等。這些都會造成資源的大量流失。最后則,對于一個工程項目的建設,可能會涉及很多的專業性的部門以及材料設備,而使用了虛擬的軟件后,就能很好地避免重復的勞動力,節約成本。總之,BIM 技術的應用為建筑業的發展帶來了新的契機。

3.3 數據處理

當完成了裝配式建筑的建模之后,需要對其進行數據的處理操作,將其轉換成二維圖紙的形式來表示,這樣就可以將模型的信息傳遞給其他的構件了。在裝配過程中,如果沒有達到預想的結果或者是效果不好,就會導致最后的工作量增加,從而影響工程的質量和進度。因此在實際的施工中,要根據不同的情況采取相應的措施來改善這種狀況。①對于預制的構件來說,要先對它的尺寸、形狀等做一個詳細的檢查記錄,以便于以后的安裝和拆卸。②當把這些數據輸入到軟件里面的時候就要做一些必要的調整和修改,以保證最終的計算準確無誤。

3.4 經濟效益評價

在裝配式建筑施工過程中,通過對BIM 技術的應用可以實現資源的合理配置,降低了工程建設的成本投入節約了人力物力,提高了工作效率,同時也減少了工期的支出費用。在裝配式建筑的生產階段,利用BIM 的模擬仿真功能,能夠使設計人員和施工人員及時地獲取相關的信息資料,了解該設計方案的可行性以及優缺點,從而更好地進行方案的優化和改進。在裝配式建筑的施工階段,使用BIM 的3D 效果,不僅僅節省時間,還能讓施工人員更加直觀地看到自己的操作流程,也有利于現場的監督管理工作。

4 結語

隨著我國經濟的快速增長,人民生活水平的不斷提高,建筑工程建設的數量也越來越多,而對于工程的設計、施工等各個環節的要求也就越發嚴格。而裝配式的建筑施工方式,由于其具有高效、節能、環保的優點被廣泛地應用于各行各業。從目前的情況來看,雖然裝配式的技術已經比較成熟,但仍然存在著很多的問題需要解決,比如因為沒有完善的法律法規,導致一些企業鉆空子,這就給我們的安全帶來很大的隱患。在實際的施工過程中,還可能出現各種意外事故例如碰撞傾覆等,這些都會影響到現場的正常運行,給人們的生命財產造成損失。