BIM技术在装配式建筑施工过程中的应用研究

徐林

（中国建筑第二工程局有限公司华东公司）

1 引言

近年来，由于装配式建筑绿色、环保、节能、高效的特点，再加上政策利好，建筑行业在施工过程中都更愿意选择装配式的施工模式。所有预制构件按照设计要求进行预制生产，并确定出厂时间和运输方式，在施工过程中，工人将各种构件材料进行组装和装配。但是，装配式建筑构件的设计、生产、运输、安装环节对精准度的要求都很高，因此，为了更好地控制成本、履行绿色环保的责任，在装配式建筑施工过程中引入BIM技术，将所有环节在数据模型中进行全过程模拟和精准控制，使工程项目的施工作业更加科学、合理、优化、绿色、节能，体现较高施工水平。

2 装配式建筑工程

2.1 装配式建筑工程的概述

装配式建筑工程从某种角度来说属于系统工程，包括设计、生产、运输、安装等环节。选择装配式建筑，从设计一开始就要注意选择预制结构构件，并限定结构构件的装配工艺，经过生产和运输，最后，在具体的施工阶段进行构件的组装和装配。从整个流程来看，在施工作业之前需要先设计好高精准度的预制构件，避免安装和装配环节由于尺寸不合适造成成本的提高、工期的拖延。由工厂进行预制构件的生产，既能提高资源的合理利用，也能改善因湿作业导致的施工工地环保不达标的情况。装配式工程符合当前行业高质量发展的要求，符合绿色环保节能可持续发展的战略要求[1]。

2.2 我国装配式建筑工程的发展现状

近年来，我国房地产业的高速发展给装配式建筑工程的发展提供了契机。传统的建造施工方式与人们持续增长的住房需求不匹配，存在较突出矛盾，这就要求建筑工程的建造模式必须革新。随着科技的发展，装配式出现在人们面前，经过大量的工程实践，装配式建造水平得到提高，装配式建筑工程成为建筑行业发展的大趋势。

3 BIM技术

BIM概念最早由美国提出，全称为Building Information Modeling。在概念刚提出的时候，BIM只是产品模型，包含的数字信息内容很少。随着经济和数字化技术的发展，BIM应用日臻成熟，它成为可以囊括建筑工程项目全生命周期信息数据的三维模型，这里的信息数据种类繁多、格式多样，包括进度管理、资源调配、项目内容等全方位的数据。

在建筑工程项目中应用BIM技术，可以基于三维数据模型呈现出项目的整体信息，各专业的设计、建造情况均可直观看到，也便于各参与方进行沟通，更正、优化设计方案，把控施工进度，提高施工质量。BIM技术高效的信息整合传递分享特点，可以避免传统项目设计建造过程中费时、耗力的情况，给后续的施工提供很大便利[2]。

4 BIM技术在装配式建筑施工过程中的应用

4.1 预制构件参数化处理

装配式建筑中需要用到的构件有非常多的种类，为了方便对构件进行管理，提高构件精准度，需要使用BIM技术进行参数化建模。以叠合板为例，经分析构件组成，可建立关于叠合板的嵌套族，叠合板的零件如各类钢筋、预留预埋件、混凝土底板等作为子族；零件的合集作为父族；构件的信息以参数代表，在调用构件族文件时，将所需尺寸等信息导入文件中，即可生成所需构件模型。通过参数化建模建立产品族库，在搭建工程BIM模型时可以明显降低近似构件建模的工作量，同时方便统一修改某一种构件的参数。工程中的材料管理也可以依据构件库的数据进行，对构件库进行分类拆分，按照工程施工节点划分模型、统计材料表和工程量，为工程的精细化管理提供数据基础[3]。

4.2 预制构件深化设计

①基于BIM技术的装配式建筑深化设计以构件的深化设计为核心，构件深化设计的精准度直接左右着整个项目的质量。在构件的深化设计中主要需解决构件和节点连接、构件与其他构件和结构间的干涉。

②预制件之间的连接节点是装配式建筑最脆弱的环节。使用BIM模型研究预制件连接的情况，在软件中对薄弱位置的构件连接节点进行模拟测试，检查在该节点位置是否能够顺利连接。还需对预留钢筋进行碰撞检验，并根据预制构件模型进行预留孔洞位置检验。

4.3 管线综合深化设计

各专业BIM模型完成后需要拼装在一起形成全专业模型，将建筑、结构、机电等单专业模型在三维环境中整合进行管线综合深化设计。在传统的装配式建筑深化设计中，由于二维图纸的限制，施工时会遇到大量的不协调、不合理问题导致返工；采用BIM技术将二维图纸转化为三维模型，使用Navisworks软件对管线的碰撞问题进行修正，可减少节点、结构与管线冲突，保证机电管线在建筑中的协调。

基于BIM模型的三维空间展示解决了传统二维图纸空间信息缺乏的问题，便于提前发现施工中可能出现的问题，尤其在机电管线复杂的车库和机房区域极大提高了综合布线的效率，保证了深化设计的质量。同时，基于整合后的全专业模型可以使用软件直接输出任意位置的局部剖面图，生成的剖面图也会与模型保持实时的更新，有效保证了深化设计出图的效率[4]。

4.4 场地布置模拟

①在工程施工的不同阶段都可以通过BIM技术对施工场地布置方案进行优化，例如重型机械的路线设计，施工过程中材料堆放的模拟等，通过计算机模拟的优化方案可以有效减少二次场地布置造成的浪费[5]。

②在工程的准备阶段，可以基于BIM模型建立施工场地模型，将场地内堆料场地、安全文明、加工区、交通路线等模拟综合布置。在施工之前即可生成场地全景漫游，身临其境的体验施工场地的布置情况和参观路线的模拟。

4.5 关键节点施工模拟

①应用BIM技术可视化的性质，可在编制施工方案时进行模拟仿真，对施工重点、难点进行可视化交底，BIM提供的三维模型，可以让相关人员直观了解节点施工方案细节和重点，使设计交底更准确。

②BIM技术的可视化交底内容还应包括对关键节点及施工关键环节的模拟动画，以动画的形式更好地展示施工方案，辅助进行最优方案的遴选与后续的人员培训工作。

4.6 预制构件管理

传统模式下的预制构件生产流程为：模型设计→构件出图→人工录入→数控加工；而应用BIM技术进行的装配式预制构件生产模式，由BIM生成的数据可直接导入工厂端进行生产。

新的生产模式流程为：BIM深化模型→数字化加工→生成加工料单。料单利用RFID技术，将预制构件与带有构件信息的电子标签相匹配，可作为构件出库、运输、堆放的管理基础。

装配式项目施工通常有堆场管理问题、预制构件发货效率问题和构件运输过程管理问题。

为解决预制构件的管理难题，将RFID技术与互联网结合，以云端作为服务端，以构件信息为主线开发协同管理平台，将构件的生产、运输、堆场、吊装等施工过程进行串联，使构件信息可通过网页端、移动端、系统管理端进行实时管控。在使用BIM技术进行装配式建筑预制件生产时，可以在构件的料单和电子标签中加入构件的数据参数，通过黏贴或者RFID电子标签的方式绑定在对应构件上，在协同管理平台中就可以一物一码的对构件进行运输和库存的跟踪管理。

5 结语

综上所述，将BIM技术应用在装配式建筑工程施工中，二者特性的有机结合可以形成诸多优势，助力工程项目的高质量施工。首先，可以利用三维模型对各施工节点的情况进行可视化模拟，便于项目的各参建方及时了解流程和现场情况。其次，在预制装配式结构构件中，用BIM进行深化设计可以提高预制构件的精确度。再次，基于BIM信息模型可以实现管线综合的碰撞检查，可以避免返工、修改、延误工期等情况。最后，应用BIM技术进行各专业协同作业，可以进一步细化施工管理工作。