试论BIM技术在装配式结构施工中的应用与发展

张智（重庆市北碚区公共保障住房管理中心，重庆400700）

试论BIM技术在装配式结构施工中的应用与发展

张智
（重庆市北碚区公共保障住房管理中心，重庆400700）

0 引言

随着环保政策的提出，建设节能减排、可持续发展等要求越来越高，特别是《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》明确提出大力发展装配式建筑的要求后，装配式建筑施工已成为建筑产业化的必然发展趋势[1]。装配式建筑施工能实现预制构件设计标准化、生产工厂化、运输物流化以及安装专业化，提高施工生产效率，减少施工废弃物的产生[2]。

1 装配式建筑

1.1 装配式建筑的定义

在施工现场通过可靠的连接方式将预制的构件装配而成的结构，由此结构组成的建筑称为装配式建筑(Precast Structure)[3]。

1.2 装配式建筑的类别及特点

1.2.1 砌块建筑

砌块建筑是指采用预制块状的材料砌成墙体为主要装配形式而形成的装配式建筑，这种装配形式主要应用在3-5层的建筑中。建筑砌块分为小型、中型、大型等多个型号，其中，小型砌块的工业化程度比较低，但是这种砌块具有灵活方便的特点，从而在实际工程中应用较广；中型砌块由于可使用小型机械吊装，因此比较节省劳动力；大型砌块目前大多数情况下已经被预制大型板材所替代。

砌块的接缝一般采用水泥砂浆粘结，小型砌块除采用水泥砂浆以外，还可采用套接干砌的方法，用以减少施工中的湿作业工程量。同时表面经过处理以后的砌块，还可作清水墙。

1.2.2 板材建筑

板材建筑也被称之为大板建筑，它是全装配式建筑的主要类型，由预制的大型内外墙板、楼板和屋面板等板材装配而来。板材建筑具有结构重量轻、劳动生产效率高、建筑的使用面积相对较大以及良好的防震能力等特点。这种装配式建筑的内墙板多为实心钢筋混凝土板或空心板；外墙板一般为带有保温层的钢筋混凝土复合板，也可用带有外饰面的墙板。为提高装配化程度，常采用将建筑内的设备（如室内管道配件或盒式卫生间等）集中的方式[4]。大板建筑对建筑物的造型和布局均有比较大的制约；小开间横向承重的大板建筑对其内部分隔限制多，因此缺少灵活性。

1.2.3 盒式建筑

盒式建筑是在板材建筑的基础上进一步发展而来的另一种装配式建筑。它的特点是建筑工厂化的程度高，现场安装快。一般在工厂就可以完成盒子的结构部分、内部装修和设备，甚至是家具、地毯等均可以安装齐全。各个部位的盒子吊装完成、接好管线后即可交付使用。但是盒式建筑的投资相对较大，运输和吊装均不方便，其发展也因此受到限制。

1.2.4 骨架板材建筑

骨架板材建筑由预制的骨架和板材组成。其结构有两种不同的承重形式：一种是由柱、梁组合成框架承重，再通过结合楼板和非承重的内外墙板共同组成框架结构体系；另一种是由柱子和楼板组合成板柱结构形成承重体系。骨架板材建筑结构比较合理，具有建筑物自重轻，内部分隔灵活的特点。

2 国外装配式建筑发展情况

2.1 欧美装配式建筑

最早实施装配式混凝土结构建筑的国家是法国，自1891年开始，迄今已有130年的历史。其装配式建筑从以混凝土体系为主，钢、木结构体系为辅逐步向大跨度发展。德国的装配式建筑主要采用叠合板、混凝土、剪力墙结构体系，耐久性好，同时德国也是世界上建筑能耗降低幅度发展最快的国家。美国自上世纪70年代能源危机期间开始实施了建筑的配件化和机械化生产，其城市装配式建筑主要以工厂化、混凝土装配式和钢结构装配式为主，注重工厂通用性，增加施工的可操作性，降低建设成本。

2.2 日本装配式建筑

日本于1968年提出装配式建筑的概念，从部分构件装配化到高装配化率的建筑，发展到1990年，他们采用部件化、工厂化生产方式提高生产效率，并且从开始就追求中高层住宅的配件化生产体系。

日本的PC住宅主要是剪力墙结构，它起源于大量供给住宅的需求。因为工人数量不足，但是又需要缩短工期的情况下发展出来的住宅建造方式[5]。为实现标准化，日本制定了标准化的设计，可使每套模具使用达到200次。1973年之后，标准模具开始不能适应市场个性化需求，如何让PC住宅满足个性化的需求成为开发商最关心的事情。为了缩短工期又要保证质量，于是“复合式工法”应运而生，使生产效率更高。

3 BIM技术及在装配式建筑中的应用

3.1 BIM技术

BIM技术（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是以建设工程当中的各种相关数据为基础建立数字化模型，并用于建筑工程设计、施工管理以及建筑成本核算等数字化方法。随着BIM技术在建筑领域使用率的提升，使其在一些大型建筑工程的设计上得到广泛的应用[6]。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化性、参数化性、信息完备性等八个主要特征。

3.2 BIM技术在建筑中的应用

3.2.1 规划设计阶段

建筑的规划设计阶段，主要以采用BIM技术与CIS技术相结合的方式应用于装配式建筑中，对拟定的建筑场地空间进行数据建模，也是通过两种技术的相互协作，帮助装配式建筑管理人员选择正确的施工场地，完善场地规划[7]。

3.2.2 建筑施工阶段

建筑施工阶段采用BIM技术便于整个施工流程的管理控制。首先通过BIM技术构建模型以后，通过计算机模拟预制构件入场，从而合理安排堆场[8]；其次，BIM技术用于工程进度控制，对施工方案进行施工前的动态模拟分析，使得施工人员能直观地感受到计划和实际统计数据的偏差，作出对应的处理消除施工中隐患问题[9]。

3.2.3 运维阶段

由于BIM技术是完全借助于电子信息平台软件，因此建设全过程的工程设计施工信息、实体完成情况以及目前运维的状态都可以通过BIM技术进行完整的电子化保存，从而达到利用计算机程序用数字化的计算和储存，优化克服了纸质档案易损、体积大的弊端，减少运维成本，提高了运维效率[10]。

4 钢结构利于装配式建筑的特点分析

钢结构在各项工程建设中的应用极为广泛，如厂房、桥梁、高层建筑等。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，这些特点是决定钢结构建筑利于装配式建筑应用的基础。

4.1 材料强度高，自身重量轻

对于装配式建筑，需要现场进行安装，就要求材料要便于水平及竖向运输，因此材料在强度满足要求的情况下，自重越轻越便于装配式的应用。对比混凝土、木材等普通建筑材料，钢材的密度与屈服强度的比值相对较低，钢材强度以及弹性模量也高。因而在同样的受力条件下，钢结构的自重轻，便于运输和安装。

4.2 钢结构制造安装机械化程度高

装配式建筑的特点是施工便捷、工期短，因此在装配式建筑使用的材料选择上，也就要求越能降低现场湿作业比例，越符合建筑特点的要求。钢结构构件方便于工业化生产，工厂机械化制造的构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快，因此施工工期短。而且钢材具有可焊接的特性，是混凝土、木材等普通建筑材料所不具备的一大特征，这又恰恰契合了装配式建筑的特征要求。

4.3 可重复利用

钢材可以回收再利用，因此钢结构建筑拆除后几乎不产生建筑垃圾，这与装配式建筑绿色环保的理念也做到了完美的结合。

基于钢结构的上述特性，可以看出，钢结构建筑很好地契合了装配式建筑所需要的基本特征，能够将模块化、工业化的需求很好地运用于建筑施工过程，也成为装配式建筑发展的一个重要阶段。

5 装配式钢结构建筑发展前景分析

由于钢材的特性，使得其具有天然的工业化生产特性，无论是传统钢结构建筑或者装配式钢结构建筑，主要的建筑构件都需要经过工厂化生产，才能满足现场施工的基本要求。

5.1 BIM技术应用发展

伴随计算机技术的进步，钢结构设计、施工运用BIM技术以后，进一步提升了钢结构建筑的装配化可行性，通过BIM技术将构件和部件细化，尽可能使构件和部件趋于模块化，以利于工业化生产，从生产标准化、批量化上降低生产成本，有利于模块化钢结构建筑的实际运用。因此，钢结构结合BIM技术，使设计、施工标准化、工业化，也必然成为装配式钢结构建筑的发展方向。

5.2 产业化发展探讨

钢筋混凝土结构在建筑产业化发展过程中，逐渐由现场自制混凝土发展到商品混凝土阶段，从混凝土的生产环节控制了混凝土质量，同时也实现了建筑产业化。因此，在钢结构装配式建筑发展进程中，也可以借鉴相关经验。我国现今钢铁产业呈现出低端产能过剩的局面，在钢铁厂技术创新进入高端技术发展的同时，部分不具备创新能力的企业可以转型为装配式钢结构施工单位或者建设单位的生产配套企业，也可以由大型钢铁企业兼并小型企业以后，专业从事装配式钢结构构件的定制生产。从这种思路入手，一是可以顺应社会发展需要摒弃过剩产能，提高钢铁产品的附加值，形成可持续发展的产业链；二是从根本上解决钢结构装配式建筑定制化构件产品的特定生产造价高的发展瓶颈，利用现有的地区固有产能，转化成专业化、规模化、产业化生产，最大限度地降低生产成本，推进装配式钢结构产业化。

[1]李治，任艺璇，戴倩东.浅析国家推广装配式建筑的问题和前景[J].中国住宅设施，2016（2）：19-21.

[2]张赛威.浅谈装配式建筑的应用及发展[J].建材与装饰，2016（8）：75-76.

[3]国滨.我国预制装配式建筑的现状与发展[J].房地产导刊，2016（7）.

[4]徐义屏.预制装配化：建筑业转型升级的重要途径[J].建筑，2013（15）：8-9.

[5]栗新.工业化预制装配式（PC）住宅建筑的设计研究与应用[J].建筑施工，2008，30（3）：201-202.

[6]周文波，蒋剑，熊成，等.BIM技术在预制装配式住宅中的应用研究[J].施工技术，2012（22）：72-74.

[7]宫文军，曹阳，巩俊松.基于BIM技术的装配式构件系统设计与优化[J].技术推广安装，2014（1）：55-57.

[8]尹兰宁，余汪洋，岳锟.装配式钢结构住宅墙板连接节点施工技术[J].钢结构，2015，12（30）：75-79.

[9]齐宝库，李长福.基于BIM的装配式建筑全生命周期管理问题研究[J].施工技术，2014（15）：25-29.

[10]姚远歌.浅谈BIM信息化技术在建筑工程中的应用[J].河南科技：上半月，2014（11）：68-69．

责任编辑：孙苏，李红

Application and Developmentof BIM technology in Prefabricated Structure Construction

装配式建筑是用预制品部件在工地装配而成的建筑。装配式建筑能有效地减少施工现场湿作业，可降低材料浪费，减少施工噪声、粉尘等污染，利于节能环保，装配式建筑的应用及发展具有重要意义。该文阐述装配式钢结构建筑的特征及BIM技术在装配式建筑的应用，对装配式钢结构建筑的应用以及发展前景进行了探讨分析。

装配式建筑；钢结构；BIM

A prefabricated building is theonemadeof prefabricated partsassembled on the site.It can effectively reduce thewater construction,material waste,and construction pollutions like noise and dust,conducive to energy conservation and environmental protection,so its application and developmentare quitemeaningful.This paper describes the characteristicsof the prefabricated steel structurebuilding and the application of BIM technology in theassembly building,and discussesand analyzes theapplication and developmentprospectsof the prefabricated steelstructurebuilding.

prefabricated building;steelstructure;BIM technology

TU-02，TU 741

A

1671-9107（2017）07-0041-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.07.041

2017-04-11

张智（1986-），男，湖南浏阳人，本科，工程师，主要从事房屋建设与管理工作。