BIM 技術在裝配式混凝土結構設計施工流程中的應用研究

文／曹言敏 濟南市城鄉建設發展服務中心 山東濟南 250000

引言：

近些年來，隨著我國社會經濟的穩步發展，建筑行業呈現了蓬勃的發展態勢。但與此同時，也帶來了嚴重的環境污染及資源浪費等問題，這些問題與建筑行業可持續發展理念目標不相符。為了實現建筑行業可持續發展目標，需注重裝配式混凝土結構的優化設計及施工應用，在提升生產效率、節約能源的基礎上，促進綠色環保建筑發展，并促進建筑工程質量的提升[1]。值得注意的是，要想實現裝配式混凝土結構設計施工流程的優化，還需注重現代化科學技術的合理應用，以BIM 技術為例，具有可視化、協調性、模擬性等諸多特點優勢，對裝配式混凝土結構設計施工工作的優化能夠起到技術支撐作用。鑒于此，本文圍繞“BIM 技術在裝配式混凝土結構設計施工流程中的應用”進行分析研究價值意義顯著。

1.BIM 技術的概念及特點分析

1.1 技術概念

BIM 技術，即“建筑信息模型”，為建筑學、工程學、土木工程的新工具，此項技術在三維圖像為主、物體導向、建筑學相關的電腦輔助設計中應用廣泛。比如，在建筑項目策劃、運行及維護的全生命周期過程當中共享傳遞，可以讓工程技術工作人員對各類建筑信息做出正確理解及有效應對，且可以確保設計團隊、建筑及運營單位等各方建設主體提供協同工作的基礎，進而提升生產效率，節省建設成本，并促進施工作業工期的有效縮短。

1.2 技術特點

BIM 技術特點鮮明，具體包括：

（1）可視化特點。BIM 技術為建筑構件（物件）可視化提供了全新的思路，能夠使原本線條式的構件以三維的立體實物圖形式在工作人員面前展示出來。與此同時，建筑行業設計效果圖在BIM 技術的支持下，也可以實現可視化展示，即在BIM 技術的加持下，可以使建筑構件與構件之間形成良好的互動，并使反饋的信息實現可視化[2]。此外，值得注意的是，因BIM 技術可以使建筑構件實現全過程可視化展示，其可視化結果能夠以效果圖的方式展示出來，還可以生成工作報表，在可視化展示建筑參數及相關信息的基礎上，能夠為建筑結構設計及施工的優化提供有效參考依據。

（2）協調性特點。從建筑行業整體考量，保證施工單位、業主方、設計單位各方之間的協調性至關重要，在建筑項目實施過程當中，若出現相關問題，發揮組織協調作用，使各方積極參與，就建筑項目設計、施工、管理等各環節出現的問題及原因進行分析討論的基礎上，有助于及時制定并實施有效預防控制對策。值得注意的是，在合理應用BIM 技術的條件下，能夠在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題有效協調，使協調數據有效生成，并實時提供出來。此外，BIM 技術的合理應用，還可以使電梯井布置和其他設計布置、凈空要求之間的協調性得到有效滿足，進而實現建筑設計、施工及管理的優化。

（3）模擬性特點。利用BIM 技術，可對建筑工程建設各環節進行有效模擬，比如在建筑工程項目設計環節，可進行節能設計模擬、緊急疏散通道設計模擬、日照設計模擬等。基于招投標與施工階段，可進行4D 模擬，或結合施工組織設計情況，對實際施工過程進行模擬，在對合理科學的施工方案加以明確的基礎上，能夠為實際施工提供科學的指導[3]。此外，還可通過5D 模擬，即以4D 模型為基礎，結合造價控制，使建設項目成本控制目標得到有效實現。

（4）優化性及可出圖性特點。對于建筑工程項目來說，設計、施工、運營為不斷優化的過程，各環節優化會受到信息、復雜程度及時間的影響。而在BIM 技術的合理科學應用下，能夠為建筑物提供所需優化信息數據，比如在構建基于建筑工程項目的BIM 建筑模型的基礎上，可提供相關規則信息、物理信息、幾何信息，從而更加直觀、清晰地了解建筑物實際變化情況[4]。與此同時，在BIM 模型的支持下，可以使原本復雜的項目獲得各類優化工具的支持，從而使相關工作人員直觀了解項目實際情況，為復雜性問題的處理提供有效依據支持。此外，利用BIM技術，在構建BIM 模型的基礎上，可以將常規建筑設計圖紙、構件加工圖紙繪制出來，在可視化展示、協調、模擬、優化建筑物的基礎上，出具相關專業的設計施工圖紙，為建筑工程項目設計施工作業的優化提供有效參考支持。

2.裝配式混凝土結構的概念及特點分析

2.1 概念

裝配式混凝土結構，指的是以預制構件為主要受力構件，在裝配/連接的基礎上形成的混凝土結構。從現狀來看，裝配式混凝土結構為建筑結構發展的必然趨勢，其對我國建筑工業化發展極為有利，有助于生產效率的提升，能源資源的節約，進而促進綠色環保建筑發展，并使建筑工程質量得到有效提升[5]。

2.2 特點

從裝配式混凝土結構的特點層面分析，總結起來，具體如下：

（1）施工過程簡單，節能環保。對于裝配式混凝土結構預制構件來說，因在工廠特定制作，并于施工現場進行安裝，在此基礎上可以使支模、拆模環節及流程省去，且施工現場裝配，可以使現場施工濕作業減少，使建筑結構產生的垃圾量、粉塵污染、噪聲污染得到有效控制，可以使建筑施工現場周圍環境得到有效維護，使周圍居民正常工作、生活、學習。此外，預制構件工業化生產模式能夠使資源得到有效節約，使建筑項目節能環保特點充分展現出來，并使環境優化型建筑施工現場的構建目標得到有效實現。

（2）質量優良。裝配式混凝土結構預制構件基于工程生產期間，從其生產流程來看，存在機械化、標準化的鮮明特點，與現澆構件比較，強度更高、品質更優，且耐久性更好。因此，預制構件質量優良，表面平整，尺寸精準，在保溫層、水電管線的融合應用下，可使后期裝修工作量減少，體現經濟、實用的鮮明特點優勢。

（3）施工工期比較短。對于裝配式混凝土結構預制構件來說，在工廠化生產的基礎上，可以使現場支模、拆模、養護等環節減少，在此基礎上，使施工作業施工大大節省，進而有助于施工作業工期的有效縮短[6]。與此同時，在裝配式混凝土結構施工過程中，可以減少施工人員叉弩，使施工機械數量減少，進而使施工材料、機械設備、人員管理工作的難度降低。此外，在流水化施工組織方案實施的條件下，可進行交叉作業，使各施工工序間歇時間縮短，進而使施工總工期有效縮短。

3.BIM 技術在裝配式混凝土結構設計環節的應用優勢分析

如前所述，BIM 技術特點優勢鮮明，且裝配式混凝土結構是現代建筑結構的一大發展趨勢。因此，為確保裝配式混凝土結構設計的優化，可以將BIM 技術合理應用到裝配式混凝土結構設計過程。結合實踐工作經驗來看，BIM 技術在裝配式混凝土結構設計環節的應用優勢顯著，具體如下：

3.1 有助于合理控制建筑工期

在裝配式混凝土結構構件信息分析過程中，合理應用BIM 技術，并結合具體情況，可優化生產計劃流程，以此使構件生產效率得到有效提高，并使構件質量隱患問題的發生得到有效預防控制[7]。與此同時，合理利用BIM 技術，可使構件生產過程資源浪費問題避免出現，使材料利用率得到有效提高，并節約材料成本，使建筑工期控制在預計范圍內。

3.2 有助三維技術交底工作的優化

基于裝配式建筑工程項目施工期間，需確保施工質量，則需采取合理科學的現代化施工技術。對于BIM技術來說，有助于施工現場的優化，在施工人員密切配合條件下，能夠分析了解項目工程潛在質量隱患問題，進一步通過BIM模型分析，制定預防控制措施，能夠使潛在質量安全問題的發生得到有效預防，進一步使三維技術交底工作得以優化，為后續工作質量及安全性的協同提升提供有效的技術保障支持。

3.3 有助于設計與施工工作一體化目標的實現

在裝配式混凝土結構設計工作開展期間，合理科學地應用BIM 技術，可對項目構件各項參數進行準確計算[8]。與此同時，在BIM 模型的構建及應用條件下，可加深建筑相關部門之間的密切溝通交流，找出設計施工圖紙中潛在的問題，并通過多方協作溝通，制定落實相關措施，進而確保裝配式混凝土結構施工設計方案的合理性及科學性，在實現設計與施工工作一體化目標的基礎上，有助于提高裝配式混凝土結構設計及施工工作的整體質量效益水平。

4.BIM 技術在裝配式混凝土結構設計施工流程中的應用要點分析

為提高裝配式混凝土結構設計施工質量水平，有必要優化設計施工流程，合理科學地應用BIM 技術。具體而言，BIM 技術在其中的具體應用要點包括：

4.1 在裝配式混凝土結構標準化設計中的應用

為確保裝配式混凝土結構設計的優化，有必要制定相關設計規范標準，在標準制定過程，可參考《企業級BIM 實施標準》[9-10]。與此同時，在遵循企業標準的基礎條件下，需對此建筑項目中BIM 的實施原則、目標、BIM 技術應用范圍、軟件選擇標準等逐一明確。并且，需優化設置裝配式混凝土結構建設過程BIM 模型標準，比如相關參數設置、建模過程需注意的一些基本事項等，以此使裝配式混凝土結構產業化工程設計方案能夠有效制定出來。除此之外，還有必要對相關構件庫、預制構件庫加以制定，以此確保裝配式混凝土結構流程設計的優化及完善。

4.2 在裝配式混凝土結構深化設計中的應用

裝配式混凝土結構深化設計的主要內容在于管道預留孔洞設計與預埋件設計，將BIM 技術應用其中，需把控的技術應用要點如下：

（1）管道預留孔洞深化設計。對于管道預留孔洞，通常在預制疊合板中分布，如廚房、衛生間等，考慮到管道穿越樓板情況避免出現，進而減少二次開鑿，在深化設計裝配式混凝土的預留孔洞時，需以給排水模型、施工圖為依據，結合管道所處部位、管徑長度、出管方式等，采取Revit 軟件對三維模型進行構建，然后把構建好的各環節模型利用BIM 技術進行優化整合，進一步采取3D 開洞技術，對孔洞位置等相關信息加以明確，將相對應的圖表信息導出之后，相關工作人員可以對各預制構件的具體情況加深了解。

（2）預埋件深化設計。基于裝配式混凝土預制件層面分析，因自身截面存在一定限制，在此情況下對于混凝土預制件當中的預埋件來說，需確保其深化設計方案的精準性，確保加工制作工作完成的基礎上，預埋件所處位置能夠準確確定下來，不可隨意進行更改處理。所以，需合理控制預埋件位置，使預制層和線盒的進出口發生重合的現象避免出現，進一步使后續線纜穿設工作順利、有序進行。與此同時，在預埋件深化設計工作開展期間，需以機電設計圖紙、裝修深化圖紙為依據，對其所處位置充分明確。在預制墻深化設計過程中，需對斜撐套筒做好預埋處理，基于水平面將斜撐埋件設置好[11]。基于現場施工作業開展期間，需參考布置圖，于板中將斜撐埋件預埋好，進一步將預制墻吊裝好。此外，需注意的是，基于二維平面圖紙當中，難以了解斜撐和埋件兩者之間的連接關系，倘若預制墻斜撐套筒所處位置與平面設計圖當中斜撐埋件的位置存在一定差距，則會導致兩者難以正常、安全地連接完好。為避免這種問題的出現，可合理使用BIM 技術，構建三維模型，在對兩者位置關系進行仔細檢查的基礎上，若存在偏差，需及時有效地解決，使后續安裝作業能夠順利、有序進行，進一步確保安裝工程質量及安全性的協同提升。

4.3 在裝配式混凝土結構預制構件生產中的應用

將BIM 技術合理科學地應用到裝配式預制構件生產工作過程，可實現生產作業的數字化，即：

（1）基于預制構件生產廠家層面分析，可通過裝配式建筑BIM 模型，對預制構件的幾何尺寸信息直接調取出來，以此確保構件生產需要的加工信息的準確性得到有效保證。與此同時，需以具體的施工計劃方案為依據，將合理科學的生產計劃方案詳細制定出來，比如構件制作時間、發貨時間等等。

（2）基于構件生產過程中，需對施工單位發布構件生產的相關進度信息，使施工單位了解相關信息的基礎上，做好施工現場調度工作。

（3）在合理利用BIM 技術的基礎上，能夠使預制構件設計、生產、物料統計全過程成本得到有效控制，比如在控制預制構件數量、鋼筋規格及重量、混凝土方量、預埋件數量等基礎上，使各環節物料用量、成本能夠準確地估算出來，并確保整體成本控制在可控范圍內，使資金成本超限的問題避免出現。

（4）在合理使用BIM 技術的基礎上，與射頻識別技術（RFID 技術）相結合，對于存儲驗收、物流配送相關工作人員，可對預制構件相關信息直接讀取，使電子信息的自動對照得到有效實現，進一步使傳統人工驗收模式下驗收數量偏差及尺寸偏差問題減少發生，并使出庫記錄不夠準確的問題避免出現，最終使裝配式建筑項目管理全過程、全壽命周期精細化管理目標得到有效實現。

4.4 在裝配式混凝土結構構件施工節點模擬中的應用

基于裝配式混凝土結構設計及施工期間，采取BIM技術模型展開設計時，可于具體施工前期模擬相關構件，以此掌握設計環節存在的不足問題，便于設計方及時優化改進，保證裝配式混凝土結構設計方案的優化，為開展順利、有序施工作業提供必要參考依據支持，保證構件施工質量。值得注意的是，基于具體施工設計方案當中，可以將BIM 技術與虛擬現實（VR）技術、無線訪問接入點（AP）技術、混合現實（MR）技術相結合，從而模擬裝配式建筑施工全過程，對各構件之間可能產生的碰撞展開相對應的測試，進一步實現對三維可視化較低工作的優化及細節節點施工過程的優化，使整體施工效率得到有效提升[12]。當然，基于實際施工前期，優化預測作業，能夠使后期建設安全性問題的發生得到有效避免，以此確保構件施工的進度不受影響，施工安全性得到有效保障。

結語：

綜上所述，BIM 技術特點優勢鮮明，在裝配式混凝土結構設計施工中的應用效果顯著，比如：使建筑工期有效控制，優化三維技術交底工作，且有助于實現設計與施工工作一體化目標。因此，在裝配式混凝土結構標準化設計、結構深化設計、預制構件生產、構件施工節點模擬等環節，可合理科學應用BIM 技術，在充分發揮BIM 技術價值作用的基礎上，實現裝配式混凝土結構設計施工流程的優化，進一步促進裝配式混凝土結構設計施工工作質量效益水平的全面提高。