BIM 技术在装配式建筑工程施工中的应用研究

王长胜，蓝杰

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

装配式建筑中采用大量集中预制的PC 构件，施工现场的作业量少、建造速度快、施工机械化水平高，符合绿色施工的要求，对于国内建筑业的转型升级意义重大。目前，很多学者开展了对于装配式建筑的研究，其中BIM 技术在装配式建筑中的应用这一课题颇受关注。BIM（建筑信息模型）以项目中的各类信息数据作为模型的基础，具备可视性、模拟性、优化性、协调性和可出图性五大优势。BIM 模式可以将建筑中的几何信息及非几何形信息完全涵盖，涉及到建筑的材料、尺寸、重量、造价等方方面面，可以为设计方、施工方、业主方、监理方等参建各方提供各类工程数据，方便相关人员开展“模拟和分析”[1]。

现阶段的装配式建筑项目在施工过程中存在诸多问题，比如说由于工程规模过大、施工人员技术水平良莠不齐、现场管理缺乏系统性，导致的施工时各道工序衔接强度低、施工工艺不符合要求、预制构件受损严重、预制构件连接部位强度不达标等问题。因此，装配式建筑施工技术仍需完善，BIM 技术的引入为装配式建筑施工技术的提升带来了全新的转机，BIM 技术一方面可以减少设计误差、提高设计效率，另一方面可以优化施工的各道环节，对于推进装配式建筑的发展意义重大[2]。

2 BIM 技术在装配式建筑工程施工前期的应用

2.1 构建装配式标准化族库

BIM 技术与装配式建筑的结合，可以将两者优势充分发挥。借助BIM 技术可以构建装配式标准化族库，进而快速构建结构模型、大幅度缩短建模时间。而且，BIM 技术中的碰撞校核管理器还可以开展全方位的碰撞信息检查，防止预制PC 构件出现碰撞的问题。考虑到BIM Structure 软件在建模过程中难以满足预制混凝土的深化设计要求，因此在建模时可以运用Tekla Structure 软件[3]。具体来说，可以先使用revit 构建装配式标准化族库，进一步利用Tekla Structure软件对各个参数化节点配筋，将每一个构件参数化，汇集形成标准化构件库。

与此同时，BIM 技术还可以运用于装配式建筑构件的生产阶段。传统的预制构件生产过程如下：设计单位向预制厂家提交各类PC 构件的二维图纸，预制厂家人工读取二维图纸中的构件信息并进行生产，这种生产模式往往会因为图纸读取错误而导致构件数据有误，从而影响了施工进度、导致了构件的浪费。BIM 技术的引入，可以将构件模型信息（包括构件尺寸、材料、钢筋水泥参数等）以直观的形式递交给预制厂家，且构件的设计数据和参数均可以通过条形码转换为加工参数，使得设计信息与生产系统直接对接，防止构件生产错误，同时提高了PC 构件预制的自动化水平[4]。

2.2 检验预制构件预拼装情况

BIM 技术还可以用于检验预制PC构件的预拼装情况。具体来说，可以依据BIM 模型、借助3D 打印技术打印拟生产构件，随后进行构件预拼装，当发现拼装存在问题时，可以及时修改构件尺寸、形状、接口形式等，再次打印并进行构件预拼装，待预拼装无误后方可开展构件的批量生产。通过BIM 技术验证预制装配式建筑设计方案的合理性、通过试生产与预拼装及时发现问题构件，避免盲目的大批量生产导致的构件报废[5]。

2.3 进行装配式建筑造价管控

BIM软件中涵盖了大量的建筑信息，并能够实现资源的动态化管理。该软件可以借助计算机技术便捷的统计BIM 模型数据信息，准确计算装配式建筑的节点以及工程量，对比人工计算大幅度减少了计算误差。有关研究显示，BIM 技术的引入可以将造价估算的精度控制在3%范围内，对比传统估算方式可以节省80%的估算耗时、并省去40%的预算外更改。此外，借助BIM 技术开展碰撞检查，还可以避免不同专业以及不同参与方之间发生冲突，促进良好交流。

3 BIM 技术在装配式建筑工程施工过程的应用

3.1 模拟装配式建筑施工过程

可以通过BIM 技术模拟施工过程，将装配式建筑施工过程中可能存在的问题逐一演示，进而方便调整施工方案，降低事故发生概率并控制资源的消耗。举例来说，在装配式PC 构件吊装过程中，利用BIM 软件实施PC 构件现场吊装管理，在施工计划中写入PC 构件的详细属性、其后搭建管理模型、进而参照吊装方案模拟施工。在施工方案确定以后，相关人员可以利用平板手持设备开展对于工程项目的实时管理。在模拟PC 构件现场吊装过程中，应该综合考虑工地内部所有运输路线以及塔吊工作范围，并详细计划施工各道环节的衔接配合，进而确保各构件的吊装质量[6]。此外，在模拟PC 构件现场吊装过程中，还应综合考虑施工计划、项目结构模型、现场场地模型等，并利用BIM 软件将不同阶段的施工模拟动画依据时间节点衔接，以较为直观的方式表达整个施工过程。值得注意的是，当施工现场遇到施工要求高、构造复杂的连接节点时，可以借助BIM 技术进行节点连接的可视化展示，方便工人依据三维模型准确的实施节点连接，确保操作的准确性。

3.2 管理装配式建筑材料

可以通过BIM 技术改善装配式建筑工程的材料管理。在装配式建筑的PC构件预制过程中，预制现场会堆放大量的材料与构件，且需要大量的人力和物力来对材料与构件进行分类和储存，且人工操作难免存在各类误差。BIM 技术的引入，可以准确模拟施工现场，在了解项目具体情况的基础上，将施工各阶段所使用的PC 构件逐一统计，从而方便预制厂分批预制，避免了预制现场堆积过量或材料短缺的问题。同时，BIM技术的引入，还可以方便验收者根据电子信息表收集PC 构件信息，大幅度提升验收工作效率。且当施工进度变化时，验收者还可以依据材料进场计划灵活调配现场资源，以确保特定区域的PC 构件数量满足施工要求。另外，施工完成后，施工发可以借助BIM 软件统计施工过程中构件及材料的实际消耗量，还可以将构件及材料的计划用量与实际用量展开对比，为后续的材料管控打下基础。

3.3 检测装配式建筑的碰撞情况

可以通过BIM 软件在项目的设计阶段开展建筑的碰撞检测。具体来说，可以通过BIM 软件对图纸范围之内的建筑结构布置、管线布设开展平面以及竖向上的碰撞检测，当发现构件之间发生冲突时，及时修改图纸，避免施工阶段发生构件碰撞的情况，在实现不同专业协同设计的同时、减少返工耗费的成本，对比传统方案大幅度提升了工作效率。值得注意的是，在现阶段，将BIM 技术应用于碰撞检测尚未得到充分实践，该方面的使用及管理尚且存在很多不足，在后续的工作中有待完善。

3.4 实现装配式建筑施工动态管理

BIM 技术具备模拟性、优化性、可视化、协调性等诸多优势。BIM 技术的引入，可以在实现建筑施工过程中施工对象与施工进度的数据对接，将2D 图纸转变为“3D-BIM”模型，实现模型化立体式管理。同时，随着“3D-BIM”模型向“4D-BIM”可视化模型的转变，还可以实现施工方对于施工进度的实时监控。另外，在“5D-BIM”模型不断发展的趋势下，施工方还可以构建“动态施工规划”，实现对于装配式建筑施工过程及资源投入的动态管理[7]。

4 BIM 技术在装配式建筑工程施工后期的应用

4.1 管理装配式建筑信息

BIM 软件的运维管理数据平台中涵盖了装配式建筑项目自立项到建造完成过程中的全部信息，上述信息数据经过软件的分析与处理，可以关联至装配式建筑建造中产生的各类组件上。另外，在建筑的运营维护阶段，相关的数据信息也可以借助BIM 模型进行关联存储，从而方便工作人员进行自动化精准查找，避免了手动搜索的繁琐，也避免了信息丢失的问题。

4.2 检修装配式建筑设备故障

BIM 技术可以将二维CAD 图纸转变为三维BIM 模型，具备可视化的优势。在装配式建筑运营维护中，对于建筑内部的水、电、气等隐蔽工程无法进行肉眼观测，而借助BIM 模型，则可以直观了解到各隐蔽构件所处的位置，进而可以快速的定位至发生故障的设备位置，缩短了维修耗时。

4.3 制定装配式建筑应急方案

BIM 技术还具备模拟仿真的性能，具体来说，借助BIM 软件，可以准确识别装配式建筑运营维护中的安全隐患，并依据隐患开展对应的灾害模拟，进一步提出对症的解决方案与应急举措。比如说，通过BIM 及时开展火灾疏散模拟，为用户制定紧急疏散计划并规划疏散路线，通过前瞻性的应急方案将火灾带来的损害降至最低。

5 结语

BIM 技术在装配式建筑施工中的应用是未来装配式建筑发展的必然趋势。基于BIM 技术的装配式建筑施工，可以有效的提高施工效率。通过BIM 技术可以生成直观的装配式建筑整体及局部模型，将装配式建筑的节点更加清晰的展现出来，使得施工管理者可以有效的处理相关PC 构件的协调问题，进一步降低工程造价、提高施工速度、规避施工风险、减少安全隐患，对于装配式建筑的发展起到了很好的推动作用。现阶段，BIM 技术在装配式建筑的应用仍然存在着信息交互不便、交换信息运用能力不足、与原有模式衔接不畅等问题，在后续的研究中仍需要针对上述问题提出改进措施，最终保证装配式建筑在国内得以良好发展。