BIM技术在新型装配式绿色建筑中的应用

汤能文

江苏苏亚金诚工程管理咨询有限公司 江苏 南京 210009

现阶段城市环境正在逐渐恶化，国家在可持续的发展中对于城市建筑方面有了更新更高的设计和建设要求，要有效促进资源的循环利用，建设“四节一宜居”建筑，不断改善人居环境，为以后城市可持续发展奠定坚实的基础。所以，对于全方位并且具有先进性的BIM技术在装配式绿色建筑设计和建设中有积极意义。

1 项目概况

某市政务中心的停车综合楼工程项目（下称本项目或本工程），处在某市行政中心的繁华地段，建筑总高度57.15m，总面积为48972.21平方米，其中地上建筑际面积42085.27平方米，地下建筑面积为6886.94平方米，主体结构为钢筋混凝土框架结构，屋顶为异型钢结构，基本柱网6m×6m，内部安装机械停车位约4000个。项目运用新型装配式绿色建筑构架体系，预制率达到53.3%，围护构架与栏杆等相关部件的安装率高达93%。

由于项目位于市中心繁华地段，人员密集，行人车辆多，交通拥堵，安全文明环保施工要求高，速度要求快，作业场地狭窄，没有材料堆放场和预制场。为此业主方要求结合BIM技术，采用装配式建筑，免抹灰、少砌筑。结构方案设计和现场作业施工条件综合考虑，土建和装修一体化设计，尽量采用工厂化制作，减小现场湿作业[1]。

2 BIM技术的应用

2.1 方案阶段的应用

根据业主方要求，为达到所见即所得的实际效果，本工程建筑师对项目周边环境采用三维激光扫描仪进行信息采集和分析，将客观环境详细还原之后，得到了想要的基础数据和具体参数。再结合这些参数和建设单位停车数量要求，对本工程建筑方案进行概念模型设计，反复优化和改进，特别是屋面异型钢结构，最终生成1∶1的方案模型，各个方位外立面风格颜色和内部空间效果全部实景展现，并且可进行视角演示和虚拟漫游，真实地展示建筑效果，帮助业主从繁杂难懂的二维平面图向三维立体空间实体转变，清晰理解设计意图，准确表达自己的想法，及时提出优化建议，高效准确做出决策，最终方案设计完全符合业主要求。

2.2 设计阶段的应用

为更好地提高工程质量，本工程从设计开始，就运用了BIM技术对工程的形体详细分析，分别进行土建、机电、钢结构等形体建模。先后经过参数化设计、可视化设计、造型与性能优化、多专业协调、碰撞检查、设计优化等阶段，从最初的概念模型到施工图的每一个预制构件，对每项参数都分别进行了细化与调整，将工程形体逐渐协调优化，使设计图纸完全体现了设计方案思路，更加符合业主要求，更趋合理、便于施工。

建筑信息可视化：通过建立各相关建筑信息的三维模型，在项目施工前，完成对项目整体的虚拟演示，直观地反映出建筑效果，使土建专业与水电、消防等安装专业、参建方的沟通、协调、决策都在可视化的状态下进行，更加直观、清晰、准确。

专业协调：基于BIM的信息共享，一方面在工程初步设计和施工图设计时，各专业在同一平台进行，信息共享，可视化设计；另一方面同时协调建筑、结构、装饰、安装、钢结构等相关专业，运用BIM技术的碰撞检查功能，进行物理碰撞（硬碰撞）和规则碰撞（软碰撞）检查（如图1），并生成协调文件，大大改善设计，减少审核工作，更早发现错、漏、碰。

基于BIM技术的施工节点模板优化

图1

设计优化：依据深化设计，通过BIM模型，执行全面的建筑分析、结构可靠性分析、建筑性能分析，直观地显示设计问题，以便对系统进行优化调整。

设计变更跟踪，及时调整和完善出图。设计人员应用BIM技术进行及时成效对比，通过查询和对比的方式，即时掌握施工的具体情况；根据现场施工反馈或问题，设计人员第一时间通过BIM共享平台进行复核、答复，提出修改意见或出图，所有变更都在平台上可视化进行并留痕保存，做到了自动实时更新，并形成变更造价对比，全程进行概算预控，各参建方均可查阅和打印。

2.3 施工阶段的应用

装配式建筑结合BIM技术的应用，不同于以往的施工管理模式，在本项目工程施工期间，总包BIM团队配合项目部、专业化加工厂完成了以下一些工作。

（1）设计交底，预制构件深化设计： 进行系统图分析，梁板柱预制构件、钢筋节点、机电管线深化设计，利用BIM模型对特殊节点综合施工工艺进行施工优化和交底；

图2

图3

（2）加上时间维度，模拟现场施工，进行运输场地与工作面管理、施工分析，确定合理的施工工序，从而进行有效的施工管理。采用4D-BIM施工管理系统，集成BIM和移动技术、RFID技术以及GPS技术，实现现场施工情况动态跟踪，对比计划进度和实际进度，通过构件详细信息，查询进出场及安装情况，实时追踪当前的进度状态，分析影响进度的因素，确定受影响的任务，受影响的部位，协调各专业，制定应对措施。

（3）构件深化设计和预制加工：本项目预制构件仅使用于地上结构，预制构件为：预制柱、叠合梁、钢筋桁架叠合楼板、预制楼梯，累计预制柱402根，预制梁2768根，预制板4552块，预制剪力墙2466块。

制定构件拆分原则后，在Revit中调用Dynamo进行可视化编程，将Revit结构模型中的现浇构件拆分为零件，再将多个零件形成组件，完成构件拆分。所有拆分构件经深化设计后，图纸发专业加工厂进行制作前联审，根据生产能力和工况进行生产转换、导入，全部实现BIM图纸与数控制造集成的半自动化、流水线预制生产。

（4）总平面管理：通过5D-BIM模拟工程现场的实际情况，有针对性的布置起重设备、临时设施、运输路线、料场及其他设施位置，实现工程各个阶段总平面各功能区的动态优化配置，可视化管理，避免了相互干扰，确保了构件按时到场，按计划流水有序安装施工。

（5）工作面划分与交接协调：通过定义工作面，将各平立面划分成独立的管理区域；将进度、图纸、合同、分包等信息分区独立管理，提高总包管理的细度，加深总包管理的深度。

（6）构件运输与安装协同管理：根据现场构件吊装的顺序和运输情况的分析，通过构件安装计划与装车、运输计划的协同，明确装车、运输构件类型及数量，协同配送，保证满足构件现场及时准确的安装需求。

（7）施工工艺模拟与优化：在电脑上对每层构件安装进行模拟，提前查找和处理各环节可能遇到的问题。预制件测量放线及垫片安装→构件吊装→找正固定→钢筋连接、绑扎→节点封模→灌浆养护。

（8）现场进度可视化监控：在进度计划编制过程，给每个计划开工项添加楼层、分区、专业等属性，与模型具体构件的属性相对应，实现进度计划与模型构件的自动关联。

（9）成本和工期管理：BIM、施工计划和采购计划集成的5D模拟，对拟投入的人力、材料、机械进行反向计算和定量分析，以确保在满足施工需要的前提下合理配置资源，加快进度，减少中转和存储时间，降低成本。

（10）运用BIM技术加强安全风险管理。在4D模型和4D模拟的基础上，附加材料属性、边界条件和荷载条件，结合先进的时变结构分析方法、相应的有限元软件接口，采用ANSYS或Etabs等通用有限元软件，便可以将BIM、4D技术和时变结构分析方法结合起来，实现基于BIM的施工过程结构安全分析与支撑体系安全分析，有效捕捉施工过程中可能存在的危险状态，指导安全维护措施的编制和执行，防止发生安全事故[2]。

（11）管理协调：通过BIM管理软件建立一个模型数据管理平台，实现项目各管理方（业主、设计院、总包、监理等）协同工作。项目各管理方基于网络实现文档、图纸和视频的提交、流转、审核、审批及发放，实现信息共享。在项目施工过程中通过网络进行工程协调，实现施工质量、成本和进度的可视化管控。

3 本项目应用BIM技术取得的效果

本工程通过BIM技术与装配工建筑的紧密结合，取得了明显效果。

①设计无错漏，没有变更。没有因图纸设计问题而无法施工或造成返工，构件尺寸和位置准确无误，安装精确，消除40%预算外更改；②解脱了烦琐的工程算量和误差，工程量精确到每根钢筋、每根管线、每方混凝土，造价估算控制在3%精确度范围内，造价估算耗费的时间缩短80%；③精准下料，工厂化加工，没有错、漏、废或者推倒重来；所有安装对号入座，防止了因为错装而导致返工浪费；没有废旧余料，实现了零库存，环保节约，提高了效益。④通过碰撞检查提前发现和解决冲突，将合同价格降低10%；⑤项目工期缩短17%。

4 BIM技术在装配式建筑应用中还需要解决的障碍和问题

现阶段BIM技术在装配式建筑的运用中还存在一些问题，是相关工作者在未来的运用中需要引起注意的。

（1）目前专业化加工厂的信息化应用程度较低，特别是针对工作流和信息流的集成管理，以及各参与方的信息共享问题，已经逐步成为制约建筑工厂化进程的瓶颈问题。因此，如何通过引进最新的信息化技术，以改变原有的建筑工厂化生产管理模式，实现高质高效的施工管理。

（2）通过对建筑工厂化和BIM技术、物联网等技术的深入研究和技术集成，研发具有自主知识产权的“基于BIM的建筑工厂化管理系统”（BIM-FC），实现基于BIM技术的模型快速设计与建模，将深化设计、预制加工、材料管理、物流运输、现场施工等各个工作流环节有效链接，以BIM平台为核心，实现各参与方协同合作，提高项目管理工作效率[3]。

5 结束语

在绿色建筑方面最重要的特点就是要保证可持续，把BIM技术广泛应用到绿色的建筑设计当中有助于全面贯彻节能环保的良好理念，把BIM技术引用到绿色建筑中，能够有效优化设计方案，确保工程整体质量，提升了作业实施时的效率，对装配式绿色建筑有很大的积极作用，将这项技术应用在装配式绿色建筑当中是非常重要的。