基于BIM技术的装配式建筑应用研究

余括

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 城市轨道与建筑设计研究院，陕西 西安 710043）

0 引言

在2017年政府工作报告中，“推进建筑业改革发展，提高设计水平和工程质量”成为重点工作之一。建筑业首次出现在政府工作报告中，体现了国家对于建筑行业支柱产业地位的认可。

近几年，BIM技术协同和集成的理念与装配式建筑一体化建造的思路高度融合，基于BIM技术的装配式建筑信息化应用的作用和优势逐渐突出。结合BIM技术的发展状况和装配式建筑的系统性特征，借助BIM等信息化技术，打通各环节、各专业、各参与方的信息屏障，推进装配式建筑一体化建造的实施及推广，可实现我国建筑工业化和信息化的深度融合。基于BIM技术的装配式设计，实现了全专业、全过程、一体化、集成式、标准化、三维可视化BIM协同设计应用技术体系[1]。

1 技术特点

通过融合BIM技术与装配式建筑技术，利用其可视化、数据化、信息化模型及相关图纸、工程量等技术，可提高装配式建筑设计质量；基于装配式建筑的BIM模型，可实现装配式构件建筑全生命周期数据传递，缩短装配式建筑设计周期[2]。BIM技术的加入，使得设计的标准化和管理的信息化水平更高，构件更标准，提高了生产效率。装配式建筑局部楼层爆炸图见图1。

图1 装配式建筑局部楼层爆炸图

2 应用体系

目前，中铁第一勘察设计院集团有限公司城市轨道与建筑设计研究院（简称城建院）的“BIM+装配式建筑”一体化研究，主要基于“PKPM+Bentley”技术应用体系完成。在BIM协同设计系统完成对装配式建筑、结构、给排水、暖通、精装修全专业协同设计，直接基于BIM模型，生成装配式各专业深化图纸[3]。装配式建筑构件图纸及BIM模型见图2。

在“BIM+装配式建筑”的设计软件中，ISM和iModel可与Bentley ProStructures软件进行无缝数据交互。设计人员在设计阶段根据设计意图实现预制构件模型的建立、拆分、深化，避免施工阶段重复翻模，提高BIM模型数据利用率，减少数据丢失。某铁路站房装配式建筑4D模拟建造见图3。

3 应用优势

3.1 避免构件碰撞

图2 装配式建筑构件图纸及BIM模型

图3 装配式建筑4D模拟建造

基于“BIM+装配式建筑”一体化设计技术，可有效降低装配式建筑设计误差，设计人员利用BIM技术对装配式建筑结构和预制构件进行精细化设计，有效减少施工阶段的装配偏差。借助BIM协同设计系统，对预制构件的几何尺寸及内部钢筋直径、间距、钢筋保护层厚度等重要参数进行精准设计、定位。设计人员可在模型中直观察看预制构件契合度，并利用碰撞检测功能细致分析预制构件结构连接节点的可靠性，排除预制构件间的装配冲突，避免由于设计粗糙而影响预制构件的安装定位，减少工期延误和材料资源浪费。基于BIM技术的装配式建筑碰撞检测及碰撞检测点汇总见图4、图5。

利用“BIM+装配式建筑”设计，实现管线精确预埋、优化管线布置，避免管线与结构钢筋碰撞，杜绝由于机电管线随意集中布置在结构薄弱部位带来的结构安全隐患。装配式建筑管线排布示意见图6。

图4 基于BIM技术的装配式建筑碰撞检测

图5 碰撞检测点汇总

图6 装配式建筑管线排布示意图

3.2 信息无损传递

装配式建筑设计构件的信息化管理和传递尤为重要。目前，很多二维设计预制构件只包含其型号、楼栋信息，缺少楼层定位信息，造成信息化管理缺失。通过BIM项目实践，实现对建筑构件的最小单元划分，拥有一整套构件编码体系并有完整的项目验证[4]，通过“BIM+装配式建筑”设计，在前期计入构件编码，通过编码快速定位预制构件几何、非几何信息，并完整传递给预制加工厂及施工安装单位。

3.3 模型一键传递

城建院引进装配式结构设计系统对装配式建筑进行结构计算、配筋，并通过装配式结构计算软件与Bentley ProStructure软件的数据接口，快速实现装配式计算分析模型向BIM模型的数据无损传递。装配式计算模型向BIM模型的一键传递，提高了数据利用率，避免了重复建立BIM模型，减少了二次建模可能产生的错误。基于BIM的装配式建筑结构计算见图7、图8。

3.4 节点防水

除了安全问题，装配式建筑的耐久性也令人担忧。当装配式建筑的浆料收缩开裂，防水油膏成为最后一道防线。在设计阶段改进节点防水工艺，才能保证装配式建筑的生命周期。城建院通过BIM模型创建大量三维防水可视化节点，及时发现节点存在问题，保证装配式节点防水耐久性。基于BIM技术的装配式建筑节点防水措施见图9。

图7 基于BIM的装配式建筑结构计算

图8 基于BIM的装配式建筑结构计算流程

图9 节点防水措施

3.5 工程量统计

装配式建筑设计工程量统计比较复杂，其范围大到预制率、小到各构件钢筋用量。采用BIM协同设计系统统计功能，前期将需要统计的数据输入各构件，后期通过统计报表实时联动统计所需所有数据，提高数据管理效率，更加方便查找设计疏漏带来的加工隐患。

3.6 预制构件生产

装配式建筑的核心是集成性，要使构件标准化（单元标准化、构造节点标准化），厨卫、阳台模板化。通过“BIM+装配式建筑”使建筑、结构、机电集成设计，涵盖方案提交、施工图设计、工厂制作、产品运输、现场装配全过程[5]。装配式机电一体化预制加工及安装见图10。

3.7 建筑绿色、节能分析

图10 装配式机电一体化预制加工及安装

借助BIM协同设计系统强大的天然采光模拟、能耗分析、声环境分析等功能，实现预制装配式建筑的精细化设计。在设计阶段，设计人员及时调整方案及预制构件类型，借助预埋在预制构件中带有设计信息的RFID芯片，监测和分析建筑物能耗；运维管理人员根据软件处理数据，在BIM模型中准确定位高耗能部位。基于BIM技术的装配式建筑通风环境模拟见图11。

图11 通风环境模拟

4 结束语

“BIM+装配式建筑”技术不仅可以精准控制尺寸，还能保证精度、节省施工周期。在成本、精度、质量和方案优化等方面均得到有效管理和控制。按照目前在实际工程中的BIM技术应用情况，装配式项目的经济效益已取得整体优化：图纸错误排除90%、返工情况减少60%、施工耗时节省约10%。“BIM+装配式建筑”是现代建筑发展的必然趋势。未来，“BIM+装配式建筑”还将有效提高建筑整体协同能力及效益，推动整个行业升级。