基于BIM技术的装配式建筑建设过程探讨★

朱 烨 朱从香 呼梦洁

(扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225000)

1 研究背景

改革开放以来，随着国民经济的腾飞，我国建筑业也得到了持续快速的发展，尤其进入21世纪后，建筑业在国民经济中的支柱产业地位不断加强，对国民经济的拉动作用更加显著。但随着国家形势的变化，传统建筑业的弊端越发凸显：1)随着人口红利的不断下降，传统建筑业出现了“用工难”的问题，建筑工人年龄普遍偏大，已少有年轻人愿意从事建筑行业；2)我国目前新建建筑中有95%仍属高耗能建筑，建筑能耗占全国总能耗的近三成，不符合“低碳、节能”的绿色建筑理念，与和谐社会中建设节约型社会的指导思想相违背。而装配式建筑在建造过程中，大部分构件由于经过标准化设计，在工厂制作完成后到现场采用机械吊装的方法安装到位，对周围环境污染较低，施工迅速、高效，减少了施工工期，具有环保、节能、绿色、创新等特点。调查显示，装配式住宅相比传统施工方式，每平方米能耗节约20%，用水节约63%，施工现场产生的垃圾减少91%[1]。因此，改革传统建筑业建造方式，推进建设工业化，进而实现建筑产业化是非常必要的。

在此背景下，国务院办公厅于2016年印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，意见中提出：“力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。同时，逐步完善法律法规、技术标准和监管体系，推动形成一批设计、施工、部品部件规模化生产企业，具有现代装配建造水平的工程总承包企业以及与之相适应的专业化技能队伍。”

基于以上可看出，装配式建筑是未来行业发展的一个大趋势，但目前，装配式建筑在设计和施工中，面临的难点较多，主要有：1)按传统设计出图后进行图纸深化设计，每一个节点和构件都需考虑，出图量大，设计出错后修改图纸不可避免，而动一发则牵全身；2)预制构件的连接区域钢筋密集交错，容易碰撞，对吊装过程要求很高，一旦出错，无论是现场调整或返厂维修，都会造成施工现场停工待料的现象，延误工程进度，造成人工及材料的浪费；3)对各专业的协调设计程度要求更高，构件的深化设计时要考虑各方面的因素，既要考虑设备安装管线综合对于结构构件的影响，还要考虑为方便施工构件中预埋件的设置等问题。一个细节的疏漏就可能对施工吊装的过程产生影响。由上可见，装配式建筑对于前期设计和后期施工的要求比起传统建筑的要求更高，容错率更低。

为了解决以上重难点，在装配式建筑中引入BIM技术已在一些工程实例中得到应用。

2 BIM技术的应用

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，它以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目从建设初期到后期运营整个阶段各种专业的相关信息，这些信息附载于建筑模型上，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点[2]。目前，已有国内部分学者就BIM技术在装配式建筑中的应用进行了研究。早期，周文波等以一栋试验楼为例，将BIM技术应用于深化设计及施工进程管理，指出了构件参数化设计的必要性及BIM模型应用于装配式建筑中未来的研究方向[3]。齐宝库、李长福结合工程实例，分析了BIM技术在装配式建筑全生命周期中的应用过程，结果表明BIM技术在装配式建筑的设计、生产、建造以及运营维护环节的过程中，拥有巨大的应用前景[4]。常春光等将BIM和RFID技术相结合，建立现代信息共享技术平台，在构件的制作、运输、进场、储放、吊装的过程中，可利用BIM-RFID系统随时读取构件的信息(包括构件基本制作信息、运输位置、施工进度等)，提高了施工过程的管理水平和安装效率[5]。白庶等人则对BIM技术在装配式建筑建造全过程中的应用价值进行了分析，分析结果表明利用BIM技术可有效提高装配式建筑设计、生产和维护的效率[6]。

装配式建筑建造过程中，如果以工厂生产的现有预制构件为主导，设计拘囿于已有构件形式，虽有利于建筑标准化的生产，但建筑体型较死板，空间分隔不够灵活，因此，本文以设计为主导，基于BIM技术将装配式建筑的设计施工流程做了归纳整理(如图1所示)，分析了BIM技术在每个阶段的应用优势。

2.1 设计阶段

目前，装配式建筑设计前期仍沿用传统的建筑设计方法，建筑结构设计完成后再进行构件拆分及二次深化设计。在构件拆分及深化设计过程中，BIM技术可视化等五大特性起到了关键作用，传统CAD所绘制的数据孤立的2D图纸，平面图纸由线条构成，不承载任何信息，而由BIM技术所建立的三维模型，附载了建筑构件所有信息，一个部位的模型数据进行改动，与其相关的所有图纸都将自动更新，大大降低了各专业协同设计的工作量。具体如下：

1)三维模型下构件拆分更为直观，有利于构件的形体优化，并可借用“族库”对拆分后的构件进行管理，建立构件库，为今后装配式建筑标准化的建设打下基础。

2)深化设计中需考虑构件间的连接，节点处钢筋较密，设计精度要求很高，采用传统绘图方式，短时间内无法完成大量出图。借助BIM的智能化出图功能，做简单设置后能自动生成需要的深化设计图纸，图纸能精确表达构件中钢筋的规格数量、构造做法，可直接指导预制构件的生产，整个出图过程减少了人为工作量，大大提高了出图效率。

3)装配式建筑对于孔洞的留设比传统现浇混凝土建筑更严格，预制构件浇筑成型后，不能任意开槽穿洞，这就要求指导构件在工厂制作的图纸，所有预留洞口必须在其中清楚、准确地绘制出来，构件制作完成后直接运输吊装即可。所以，各专业必须密切配合进行协同设计，利用BIM模型可进行管线安装与构件预留洞口位置的校核，出具精确的构件制作图纸，减少施工中可能会出现的问题。

4)预制构件连接区，构件内部均有可能出现钢筋与钢筋、钢筋与预埋件的碰撞冲突，基于BIM技术的碰撞检测功能可对模型进行检测，根据检测结果调整完善各要素之间的关系，避免冲突。

2.2 构件制作阶段

基于BIM技术的精确性和即时性，构件模型数据详细，信息及时更新，项目设计阶段所创建的构件模型即可直接用于构件的生产过程，生产厂家可随时调用预制构件所需的材料、几何尺寸等信息，安排构件生产计划。生产过程中，可在每一个预制构件中植入RFID芯片，记录构件的材料种类、几何尺寸、安装部位、用途等信息，并建立项目数据平台，方便信息的上传、调用、读取和更改，为后期构件的运输、存储、验收、吊装过程中项目人员对构件信息的实时查询和更新提供了快速的技术支持，提高了生产效率，加快了施工进程。

2.3 施工阶段

装配式建筑的构件种类多、数量大，对施工吊装的精度要求高，对项目管理的要求高。规划起重机位置及路径、制定施工方案、确定吊装顺序，利用BIM技术对施工过程每一个步骤进行精细化仿真模拟，按时间计划对各施工环节进行模拟，可提前查找出实际施工过程中可能存在的疏漏，从而及时调整吊装计划、优化施工方案，避免由于施工方案的不详细导致各工种、各专业、各工序配合上出现矛盾，影响到施工工期。同时，借由仿真模拟可最终形成施工指导动画，提前让工程技术人员熟悉细节，对施工流程有直观了解。

3 结论与展望

BIM技术的应用和装配式建筑设计施工有良好的互补性，但目前仅有少部分设计院和建设单位将BIM技术应用到实际工程项目中，两者的配合还处于应用探索阶段，并未大面积推广。在借由BIM技术建模的过程中，大量标准化构件如门、窗，部分尺寸的剪力墙等在不同项目中重复建模，建议行业建立统一的构件模型数据库，方便不同项目的调用，从而提高设计效率，以利于装配式建筑标准化的推广。

[1] 李宗明，王三智，曹保平.装配式住宅与住宅工业化[J].山西建筑，2011,37(10)：10-11.

[2] 何关培.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社，2011:10-13．

[3] 周文波，蒋 剑.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.

[4] 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.

[5] 常春光，吴飞飞.基于BIM和RFID技术的装配式建筑施工过程管理[J].沈阳建筑大学学报(社会科学版)，2015(2)：170-174.

[6] 白 庶，张艳坤.BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].建筑经济，2015(11)：106-109.

[7] 李亭亭，杨学会.BIM技术在预制装配式工程中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2014(4)：62-65.