基于BIM 技术下的装配式建筑智慧建造分析

张文昌，白青松

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

智慧建造理念是基于智慧城市提出来的，目前学术界对智慧建造的定义尚未达成统一。以智慧城市为视角，智慧建造解读为综合利用信息化技术采集建筑各个阶段的信息，攻克“信息孤岛”问题，从而实现建筑信息在工程项目所有参建方中及时、高效地流转。装配式建筑指的是将预制构件运输至工程现场并选择一定的连接方式组装成的建筑，而BIM 技术具备可视化与协调性优势，且BIM 数据库能集成建筑工程各项信息。由此，BIM 技术已经成为装配式建筑智慧建造的一种有效手段[1]。

2 装配式建筑中BIM 技术的应用现状

2.1 应用范围

BIM 技术的应用引领了建筑行业的革命性发展。现阶段，在不同类型的装配式建筑中都已经实现了BIM 技术的实践应用，例如装配式的木结构、混凝土结构以及钢结构等，而在装配式混凝土结构中BIM 技术的应用比较普遍。此外，在建筑工程项目的所有阶段中都可以应用BIM 技术，例如建筑工程的设计阶段、施工阶段等。

2.2 应用广度

从装配式建筑方面分析，在建设的各个阶段BIM 协同设计正在尝试应用。以装配式建筑设计阶段为例，BIM 技术的应用方面分为管线优化、预制构件拆分与碰撞检测等；以装配式建筑施工阶段为例，主要包含了工程现场中预制构件堆放与施工模拟等，实现施工提前规划。

3 BIM 技术装配式建筑关键点

3.1 建立BIM 平台

从本质上分析，BIM 贯穿工程项目建设的所有阶段，比如工程项目设计、建造以及运维等全过程。装配式建筑的实现需要通过技术平台进行方案设计与分析，例如完成建筑工程项目抗震分析、能耗分析、可视度分析与舒适度分析。而通过建立BIM 平台，把三维建筑模型有效地导入建筑设计软件，就能够实现建筑工程项目光源分析、室内温度与湿度分析、通风分析以及噪声分析等（如图1 所示），从而实现装配式建筑智慧设计[2]。

3.2 BIM 数据生成

图1 装配式建筑智慧设计模拟方法

BIM 技术具备可视化、协调性等优势，且创建BIM 数据库能够有效采集建筑工程项目各个阶段的信息，是实现装配式建筑智慧设计的一种手段，同时实现了设计问题的一体化解决。设计师能够及时地采集智慧设计需要的相关三维模型信息，比如几何数据信息、施工进度信息以及造价信息等，从而实现装配式建筑智慧设计[3]。实践应用BIM 技术，在建筑工程项目的前期能够结合建筑工程项目现场地质条件与气候环境等相关信息，全面分析智慧建筑设计的各项组成要素。以建筑采光分析中BIM 技术的应用为例，以BIM 技术为平台创建装配式建筑模型，然后选择装配式建筑工程项目中的某一客厅为研究对象，把客厅工作面转化为13X10 点矩阵，与此同时在365 天中选取具备代表性的6 天，基于晴天状态下，对客厅工作面点的照度进行计算，通过整理与分析计算结果，从而总结出晴天状态下客厅的自然采光规律。利用模拟仿真操作，能够在最大程度上真实地模拟建筑工程项目环境，从而为装配式建筑智慧设计提供合理、真实、有效的数据支持。

4 装配式建筑智慧建造中BIM技术的应用

以计算机技术发展历程作为依据，装配式建筑的发展阶段主要划分成人工阶段、键盘阶段以及集成阶段。通过BIM 技术能够实现装配式建筑工程项目生命周期全过程中的不同专业、不同阶段以及所有参建方数据信息的一体化集成，促进装配式建筑传统建设模式转型为基于BIM 技术下的集成建设模式，从而实现装配式建筑智慧建造。

4.1 设计方案优化

首先是碰撞检测。基于BIM 技术下的装配式建筑模型，基本包含了结构模型、建筑模型以及施工现场模型等，主要完成相同专业下的各类构件硬碰撞检测，不同专业下各类构件软碰撞检测，以及各类吊装机械施工的动态碰撞检测。然后根据碰撞检测报告，以“检测——优化——再检测”的思路，通过BIM 装配式建筑多专业模型实现设计与施工方案的优化，从而确保装配式建筑施工的有序、有效进行；其次是深化设计[4]。对于装配式建筑而言深化设计与设计阶段、生产阶段以及安装阶段是息息相关的，而应用BIM 可视化技术能够在很大程度上提升设计工作效率。以构件生产与施工阶段为例，在深化设计时要根据建模规范选择BIM 三维辅助设计，基于BIM 平台建立钢筋、预留孔洞以及预埋件等一体化集成BIM 深化模型，当采集预制构件各项信息之后，进行碰撞检测与工程量计算等。同时建立现浇预制模型，对现浇节点进行深化设计，并通过BIM 可视化技术完成现场装配的模拟作业，从而防止预制构件和现浇连接节点出现碰撞现象。

4.2 施工进度优化

借助BIM5D 或者是Navisworks 软件创建施工进度4D 模型，实现对施工组织设计的合理优化。针对计划与实际施工进度偏差、计划与实际资源偏差进行全过程跟踪，然后通过对比研究得出最佳施工方案，在有效保证施工质量的基础上提高施工效率。利用BIM 技术能够把装配式建筑拥有的施工进度优势极限放大。不但要完成装配式建筑工程项目施工全过程的真实模拟分析，也要完成复杂施工环节的模拟分析，比如吊装埋件与支撑处理等的模拟分析，能够为施工技术人员的现场安装提供指导，从而提高施工效率与质量[5]。

4.3 监理控制系统

纵观现阶段的装配式建筑监理工作实际情况，其中仍然存在着许多问题，比较严重的问题有信息存在滞后性、资料造假、预制构件验收不严等。这一系列问题的发生都是因为监理单位不作为或是不到位，从而进一步导致装配式建筑工程埋下质量与安全隐患。应用BIM技术能够有效解决这些问题，以BIM 模型为依托进行二次开发，可以生成与装配式建筑相契合的监理控制系统，其提供了工程项目所有参建方与项目所有阶段数据的一体化集成功能，并且保证数据完整、准确录入到数据库之中。而参建方的工作人员可以通过权限访问数据库，实时了解工程项目进度与数据，基于此实现动态化管控，监理工作智能化与可视化互动，建立科学、可行的BIM监理体系。

4.4 “BIM+”技术

本文研究的“BIM+”技术主要体现在五个方面，具体如下：

1）BIM+3D 打印

建立装配式建筑预制构件BIM 模型，然后利用3D 打印技术将其360°无死角展示，同时借助CAD 图纸与电子设备等完成对装配式建筑施工的技术性指导；

2）BIM+无人机

通过无人机的全方位勘察，实现场地规划、土方调度等的优化，以及道路的合理选线，由此不仅可以提升施工效率，控制造价，也有利于加强施工现场管理，保证施工质量；

3）BIM+智能监测

通过提取BIM 模型二次开发软件中监测点的坐标信息、构件信息以及变形数据等，同时借助信息技术设计二维码，或者是应用PFID（射频识别）技术，由此只需扫描二维码就能够及时获得监测点各项信息；④“BIM+VR”。BIM 模型与VR 技术的综合应用能够实现装配式建筑虚拟化、可视化展示，并实现了交互性设计；⑤“BIM+RFID（射频识别）”。RFID（射频识别）技术与与BIM 数据模型的结合，以预制构件生产为例，针对构件的制作、运输、吊装等能够实现集约化管理。

4.5 协同管理

从本质上分析，装配式建筑智慧建造实现的核心点就是建造过程的“一体化集成”，而“一体化集成”的关键点是协同管理。虽然BIM 技术有着强大优势，但是如果没有高度重视协同管理，是很难实现装配式建筑所有参建方之间的结合、建造各个环节之间的融合，从而导致智慧建造成为了一种空谈。怎样建立一条完善、成熟的装配式建筑产业链是实现智慧建造的一大瓶颈。现如今已经研发出了很多先进的BIM 协同管理软件，例如广联达公司研发的BIM5D。基于BIM 技术下的预制构件生产，全方面分析设计、制作以及安装要求，借助于BIM 模型完成制作与安全的真实模拟，从而提前发现、解决问题。同时在生产、安装过程中借助互联网技术等实现实时跟踪，保证预制构件制作与装配精度。

此外，如何促进装配式建筑各个参建方之间信息的高效传递、提升资源整合率是实现智慧建造必须解决的问题。基于此，BIM 协同管理软件应一体化集成可视化编辑平台、各专业BIM 应用软件与IFC 标准BIM 模型数据库。按照制定的分工规则，通过云技术科学地为各个参建方配置相应的管理权限，实现BIM 协同平台数据访问、修改等的规范化管理，实现信息的有效分享、共享。

基于BIM 技术下的装配式建筑设计，控制了能源损耗，实现了“四节一环保”，使装配式建筑绿色化。通过BIM技术实现装配式建筑资源的有机整合，依托BIM 协同平台完成优化，与此同时借助BIM 技术实现装配式建筑各个环节的精细化管理，使装配式建筑智能化。

5 结语

BIM 技术在装配式建筑中的应用，是建立三维模型与动画展示，也是一种智慧建造方式。BIM 技术与装配式建筑的深度结合，可以提升装配式建造水平，在建筑行业中引领新的潮流与新的方向。但是需要注意到，现如今BIM 技术的应用在硬件、技术以及人才等方面还不是很成熟。而随着对BIM 技术研究的不断深入，软件的创新性开发，以及大量的理论实践，未来BIM 技术必然会成为实现装配式建筑智慧建造的有效手段，引领装配式建筑的智能化、智慧化发展。