谈装配式结构BIM模型仿真问题

蒋平安 邓思华 郄 泽

(1.北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 100044； 2.北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京 100039)

1 概述

随着全球工业化进程的加快，装配式钢筋混凝土结构成为了我国建筑结构发展的重要方向之一，它有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效率，节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。BIM技术也是现阶段我国在大力推广的创新型技术，其具有可视化，协调性，模拟性，优化性及可出图形性五大特点。应用BIM技术取得成功的案例比比皆是，例如德国慕尼黑的宝马世界(BMW Welt)、梅赛德斯—奔驰博物馆(Mercedes-Benz Museum)，以及位于斯图加特的保时捷博物馆等。但经过调查，BIM与装配式结构的结合在我国才刚刚起步，因此会有巨大的发展空间。两者的有机结合可以保证装配式建筑在全生命周期里的精细化管理以及效益最大化。

2 施工仿真

所谓施工仿真,就是通过数字图像建立工程系统模型，并利用所建立的数字图像模型对实际施工过程进行指导。基于BIM技术的施工仿真更是具有不可比拟的优势，尤其是对于更加复杂的装配式结构。

首先，传统施工组织设计的图纸存在许多先天的不足，比如会有许多的碰撞点，而这些碰撞点只有等到实际施工阶段才会被发现，这就会导致图纸的改动，会浪费大量的人力物力，同时导致工期延长。

其次，基于BIM技术的施工仿真更容易理解。与传统施工组织设计中的网络图和施工进度计划表相比，基于BIM技术的施工仿真更加直观，它可以把三维可视化模型展示到实际施工中，使工作人员更易于理解，也便于甲方更清晰的领会乙方的意图。

再次，基于BIM技术的施工仿真具有更高的自由度。基于BIM技术的施工仿真不仅仅是三维动画那么简单，其同时包含了更加完整的建筑信息，相对于传统的施工模式，技术人员省去了去翻阅相关资料的繁琐，直接可以通过模型了解到想要的各种信息。

最后，基于BIM技术的施工仿真使得施工过程更加规范化和精细化。传统的施工管理模式对工作人员的个人能力有很高的要求，因为平面图纸并不能将设计人员的所有意图表现出来，这就需要反复的进行交底和技术沟通，这就势必对现场技术人员能力有较高的要求。而基于BIM技术的施工仿真清晰的将各个施工过程和建筑细节表现出来，降低了对技术人员自身能力的依赖，有效的提升了施工的规范化和精细化。

总之，基于BIM技术的施工仿真全面提升了建筑施工阶段的效率、质量，有效降低了工程造价和施工风险，见图1。

3 动画漫游

所谓动画漫游，就是将“虚拟现实”技术应用在施工过程中，对实际的施工过程进行虚拟展示。近几年，动画漫游在国内外已经得到了越来越多的应用，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。在动画漫游中，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对施工区域进行身临其境的全方位的审视：可以从任意角度、距离和精细程度进行观察；可以选择并自由切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞翔等，并可以自由控制浏览的路线。而且，在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。

通过直观的动画漫游，首先，可以加深甲方对施工过程的了解，更好的理解设计人员的设计意图；其次，可以让工作人员更好的了解建筑物的细节构造，方便其进行施工。总之，动画漫游可以提高工作效率，减少信息不对等与衰减等问题。

在实际工程案例中，通常运用Navisworks或者Lumion来实现动画漫游，二者各有侧重：Navisworks对细节的展示更加清晰，而Lumion的整体渲染效果比较好。

3.1 Navisworks动画漫游

我们可以将BIM核心模型导入Navisworks软件中来进行动画漫游，帮助我们更加直观的了解施工进度以及建筑物详细的内部结构。

3.2 Lumion动画漫游

我们可以将BIM核心模型导入Lumion软件来进行动画漫游的渲染与输出。我们为了提高BIM核心建模软件(Revit)与动画制作辅助软件(Lumion)之间的兼容性，可以采用API二次开发技术开发出的相应的导出插件(Revit To Lumion Bridge)。

导出设置如图2所示。

导出完成之后，在Lumion中加载相关上述导出文件，并对导入后的模型进行优化完善，通过相关动画制作设置，最终完成动画制作(见图3)。

4 结果输出

4.1 平面图纸输出

尽管BIM模型中包含了许多建筑信息，但是由于某些条件的限制，其并不能广泛的应用于施工现场，所以我们仍需将BIM模型转换成图纸以方便工作人员在施工现场查阅。

4.2 预制构件相关电子信息输出

在完成了对装配式结构BIM模型进行的碰撞检查及施工仿真等工作后，BIM模型已实现了零错误，进而我们可以通过导出预制构件的相关电子信息(包括构件详图、构件编号、构件名称、生产厂商等)，反馈给预制构件厂以指导其进行构件的生产加工。

同时，为方便构件的定位及质量追溯，可将每个构件的信息输入相应的电子芯片(FRID)预埋至构建中。

5 跨平台协作应用介绍

5.1 BIM云平台

BIM在云平台上具有轻松浏览，实时更新，数据全面，信息透明等特点。首先，用户无需专业软件,仅通过浏览器就可以对BIM模型、工程图纸、工程数据、工程文件进行查看浏览，满足业主、施工方、设计方的不同数据需求。其次用户数据与本地BIM数据同步更新，方便不同角色及时查看、项目最新情况，随时随地监管项目，掌控项目进度。再次，项目模型、图纸、信息属性、造价数据、各种统计清单、工程量等BIM数据准确全面，能快速将数据转化成价值。最后，可以实现业主、施工方、设计方、设计合作伙伴共享一份数据，让BIM数据传递和共享无死角。

5.2 增强现实技术

增强现实技术是近年来兴起的另一项新技术，“增强现实”即将虚拟事物放置到现实环境中以达到逼真的模拟效果。我们将该项技术与BIM技术相结合，可以实现BIM模型更直观逼真的展示与表达，使得甲方或业主更轻松的理解我们的方案。

图4为采用Augment实现的增强现实效果图。

5.3 3D-PDF展示技术

通常情况下，由于BIM相关软件对计算机硬件条件要求比较高(工作站级别)，在现场进行模型展示或者方案探讨的时候我们可能无法直接使用原有BIM模型，为降低模型对软件及硬件平台的要求，我们将BIM模型通过相应的API插件转换为基于PDF格式的3D模型，该PDF模型基本能够实现BIM平台上所有浏览与漫游功能，为BIM技术的广泛应用提供了渠道。

图5为通过3D-PDF技术实现的工程案例展示，在模型中可以直接实现旋转、放大、缩小、选择不同类别构件、测距等各种功能。

6 结语

装配式结构和BIM技术作为近来国家大力支持的新型技术，分别有着各自的优势。装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供保障。另外，装配式结构在较大程度上减少建筑垃圾(约占城市垃圾总量的30%～40%)，如废钢筋、废铁丝、废竹木材、废弃混凝土等。而BIM技术则可以提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本，将两者有机的结合起来一定可以创造更大的价值，推动我国工业化进程。