BIM背景下的装配式建筑发展的应用研究★

陈 蕾

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

1 BIM技术与装配式建筑概述

装配式建筑，简称PC，是指将在加工厂生产好的预制构件直接运输到现场直接在工地装配而成的建筑。PC构件在加工厂进行生产制作，相比于施工现场，受气候变化的影响很小，并且采用机械化的手段，也可以减少相当数量的一线施工人员，节约劳动力提高建筑的速度和质量。装配式建筑的施工过程大致可以分为三阶段：一为PC构件的工厂生产加工阶段；二为运输机械的运输阶段；三为PC构件的现场安装阶段。PC建筑最主要通过管控PC构件的施工三阶段来控制整个项目的质量、进度、成本、安全几大目标，目前我国进行投产使用的主要有三种装配式混凝土结构体系，分别是整体式装配框架结构、整体式装配框—剪结构、整体式装配剪力墙结构。PC建筑相对于传统的钢筋混凝土现浇结构建筑，最大的优点是可以实现设计标准化、生产模式化、施工装配化、管理信息化和装修一体化。

建筑信息模型(BIM)技术于2002年带入建筑业，到现在经过了近二十年的发展，将信息化技术用在建筑产业上，用三维信息技术把建筑项目的各阶段信息数据在信息化模型中进行一体化集成，并将建筑、结构、机电、给排水、暖通、装饰装修等各专业工作进行协调，同时BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等优点。

将BIM技术与装配式建筑项目结合，可以使建筑项目中涉及到设计、施工、构件加工、对接不足等因各种原因造成的资源浪费问题得到比较好的解决；另外通过建立BIM参数化的族构件、对设计模型进行深化施工，利用场布、BIM5D、梦龙等BIM软件进行三维施工模拟，有效提取工程信息；将产业化项目工程由现场粗放的现浇土建工程转变成细致可控的装配式结构的安装工程，在此建造中，能够充分体现出缩短工期、控制成本、提高质量、保证安全等目标，实现快速有效地可持续发展等优势。

目前国家在大力提倡建设项目总承包EPC模式，在装配式的建筑项目中运用EPC模式，可以从建设项目的层面来达到全产业链的统筹规划，EPC模式与BIM技术在建筑项目中的信息化管理模式的思路不谋而合，EPC模式能够将项目设计采购施工等各方资源进行整合，最大限度的发挥各个环节的巨大优势，而BIM技术可以利用全生命周期的信息手段对EPC装配式建筑进行各方法人沟通协调，多方位全覆盖实现产业化和信息化的深度融合。

2 基于BIM技术的建筑装配化设计方法

BIM可以将装配式建筑的核心思想“集成”串成一条主线，这条主线上有设计、生产、施工、装修和管理各环节；可以通过工程量信息的交互和节点连接模拟及检验，实现信息化协同设计、可视化装配、全过程、全方位的信息化集成；通过数字化信息化模拟，服务于整个项目的设计、施工、运行、拆除等全生命周期的每个过程。

2.1 建立BIM与标准化可视化设计

装配式构件可以进行标准化定义，可以利用BIM相关软件的建族功能来逐步构建装配式预制构件的种类、规格和数量，利用可视化设计实现人机交互和精细化模块化设计理念；另外可以实现多个专业的协同设计和绿色节能环保设计，给各方参与者提供一个三维的信息集成平台，包含建筑在材料、工艺设备、成本等方面的各层信息，促使无论是建设方、设计方、施工方、材料供应方都能在此平台上进行协同工作。

2.2 建立BIM与工厂化生产、装配化施工、一体化装修的密切联系

在工厂规模化生产方面，一是在通过BIM模型对建筑构件进行信息化表达，将比较抽象的二维图纸信息集中到一个模型中，更加紧密地实现与预制工厂的协同对接；二是借助机械化的生产方式，将BIM数据信息导入大型的生产设备中，从而实现机械自动化生产。

在装配化施工方面，一是在BIM模型中导入施工进度计划，进行施工现场组织和工序模拟，将空间和时间信息进行有效整合，形成可视化的4D模型，利用VR技术预先掌握主要的施工控制方法，及时发现问题提出进行优化，提前对安排的均衡性和工序的正确性进行合理评估判断；二是施工安装培训，安装和施工管理人员可以通过VR虚拟建造技术，清晰地掌握装配式建筑的组装构成，避免因为理解或沟通误差造成的工期延误；三是利用BIM三维技术模拟施工过程中的碰撞检测对复杂节点进行施工模拟，对在二维各专业图纸中不易察觉的碰撞问题进行收集更正，增加熟悉度，提高工作效率。

在一体化装修方面，实行土建装修一体化可以提高全过程的生产效率，通过可视化的便利进行室内渲染、模拟安装，实现设计优化和安装指导，将室内居室空间分解为类似厨房模块、卫生间模块的独立功能模块，综合考虑采用标准模数进行设计，方便工厂化的生产。

2.3 建立BIM与装配式建筑信息化管理模式

建立信息化的管理模式，主要体现在三个方面：一是经济算量分析，做到准确估量，通过分类统计快速进行方案比选确定出项目的工程量清单，实现成本初步控制；二是在生产运输、施工管理等重要环节利用提前在预埋构件中的数字化芯片进行质量状态跟踪记录，及时发现问题，提高建筑质量；三是利用BIM技术与云技术相结合，将信息在云端进行传输和共享，借助移动设备实时查看项目所需要的信息，实现可移动办公，提高项目精度。

3 BIM技术在装配式混凝土结构工程中的应用案例

关于BIM技术在装配式混凝土结构工程中的应用，下面以南通政务中心停车综合楼项目为例来介绍，该项目总建筑面积48 972.21 m2，其中地下建筑面积6 886.94 m2，地上建筑面积42 085.27 m2，项目位于南通市政务中心北侧地块，建筑总高度57.15 m(见图1，图2)。

该项目采用装配整体式框架—现浇核心筒结构体系，预制率达到53.3%，围护结构及栏杆等部品部件装配率达到93%。通过标准化设计，“少规格、多组合”，从而达到减少预制构件种类，降低施工难度，节约建造成本的目标；装配式结构在设计和施工中进行创新模式，提前做好土建与装修的一体化设计模块，在一线现场实现无外脚手架和外模板、无抹灰和现场砌筑的环保绿色施工，减少安全事故的发生，同时缩短工期。

在建筑设计阶段本项目以Revit软件为软件操作平台，在此平台上进行建筑性能和外观设计、安装工程机电给排水暖通等光线碰撞检测，装饰装修空间模块对比优化，结合Lumion和3Dmax进行可视化空间渲染和漫游等BIM应用，在项目设计方面提供了极大的前瞻性和精细化程度；对于装配式项目中的重要构件节点和预制装构件的深化设计，利用Cartier软件平台实现重要梁柱节点的内部精细化设计和安装模拟等一系列功能，来确保后期现场安装施工能和前期设计吻合，少出现或者不出现施工碰撞和返工浪费；在施工阶段，施工单位利用鲁班或者广联达等相关软件的VR模拟实现可视化模拟，节约项目工期，保证质量提高效率(见图3，图4)。

本项目工程之所以能够成功申报了国家住建部装配式建筑科技示范项目和江苏省建筑产业现代化示范项目，是因为在项目规划设计的前期采用了充分的先进的建筑结构设计理念和技术，在建造过程中实现以最少的人力和物力资源投入，实现低碳环保高效有序的目标。

4 BIM技术在预制装配式建筑中存在的问题和总结

目前BIM技术在装配式项目运用中还是存在一些问题：一是软件间的数据格式差异，在数据传送中因为信息数据的丢失导致的返工率上升；二是设计人员还需要摆脱传统刻板的设计思维，对BIM技术在装配式建筑中如何实际有效的应用掌握度还不够；三是目前设计人员对于BIM软件的应用大多还停留在建模阶段，对于具体在装配式项目中如何高效的运用还有很多的不足。

针对以上出现的一些问题，目前国家已经出台了一些激励政策，加快BIM技术人才的培养，在高校内开展了相关的课程，并且国务院出台了一系列的政策在加强市场导向，提出大力发展装配式混凝土建筑，另外在具备条件的地方提倡发展现代钢结构和木结构体系建筑，坚持在建造方式上有所创新，坚持管理信息化、应用智能化、设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化，不断提高装配式建筑在未来新建建筑中所占据的份额。目前还需要加大建筑业技术研发投入的力度，政府增加科研机构在这一领域的研究经费，提高产品研发团队的成果输出；另外亟需尽快完善建设法规标准，为在项目中各阶段可能出现的纠纷的处理提供保障和依据。