BIM技术在装配式建筑中的应用

陈 阳，刘富勤

(湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉430000)

1 引言

装配式建筑的推进是国家和社会发展的必要条件，目前我国主要还是以混凝土浇筑的建筑为主，但是为了配合可持续发展的战略，主打节能环保、绿色施工的装配式建筑相比于传统的混凝土现浇有很大的优势，同时装配式建筑还可以节约施工时间，提高效率[1]。BIM技术作为建筑行业的后起之秀，在装配式建筑还不成熟的今天发挥着不可预估的作用，包括建筑的设计、优化、施工以及后期的管理，对提高建筑的质量有很好的效果[2]。

BIM技术整合了整个建设项目各方的数据信息，构建了一个数据平台(图1)[3]。BIM采用三维建筑设计方法，能够直观地、全面地展现建筑工程的整体面貌、构件之间的连接和管线布置，使设计人员能更清晰地控制工程设计的节奏，提高设计的整体质量和效率。

图1 BIM技术整合模式

2 BIM技术概述

BIM即建筑信息模型(Building Informtion Modeling)的简称，是工程学、土木工程以及建筑学的新工具，是应用于建筑工程的设计、优化、施工以及后期管理的数据化的工具，其通过将建筑的信息化模型以及数据整合在一起，将BIM技术应用于装配式建筑中，可以对项目进行全生命周期的动态管理和资源共享，同时还可以对建筑工程创造集成管理环境进行数字化控制，大幅度提高建设工程项目建设的效率[4]。

3 BIM技术在装配式建筑设计阶段的应用

装配式建筑要求设计的各方在设计的时候要多加沟通，进行协调设计，大大增加了装配式建筑设计的时间和难度。但是，将BIM技术应用到装配式结构设计中时，需要及时修改和优化设计方案，增强设计的合理性，提高设计的效率。

BIM模型的建立由标准制定、模型建立以及模型应用三个部分组成，其中所有的构件都可以进行参数控制，后期设计变更时，只需要改变构件里面的参数，模型也会随之更新，为改善传统CAD图纸的信息不一致和错漏的问题提供了保证。BIM模型里面可以同时导入各个专业的模型，实现不同专业的信息合并以及交互，使各个专业、业主、建设方、施工方协同管理 (图2)[5]。在设计的后期可以将模型导入到BIM碰撞检查软件中，比如Navisworks里面，根据时间进度进行施工虚拟模拟，根据施工模拟检查出其中的碰撞点，然后根据设计方案进行方案的优化，减少施工过程中一些不必要返工以及设计变更。

图2 BIM模型的建立

4 BIM技术在装配式建筑预制构件生产阶段的应用

在装配式建筑中，制造商可以直接从BIM模型里面获取预制构件的颜色、材质以及尺寸参数等制作过程中需要掌握了解的参数(图3)，根据这些参数制造商可以及时地制定相应的生产计划，同时还可以将这些参数信息通过条形码的形式添加到预制构件上，实现BIM模型的设计与预制构件生产的紧密联系，这种方式可以大幅度的提高预制构件的质量和生产效率[6～8]。为了保证准确性，还可以将BIM模型利用3D打印技术打印出来，分析构件的组装和试生产过程，检查原预制构件设计方案是否合理。通过这些手段控制后期施工过程中因为这些因素而产生的停工返工情况[9]。

图3 精细化BIM模型

5 BIM技术在装配式建筑施工阶段的应用

5.1 进行虚拟施工模拟

随着科学技术不断的发展，建筑行业也受益匪浅，比如在装配式建筑施工中越来越多的工序用到的都是机械施工，并且装配是建筑施工的工序比较复杂，管理难度比较大[10～12]。在施工过程中应用BIM技术可以对装配式建筑的施工过程进行事先的仿真模拟，这样不仅可以熟悉施工过程，同时还可以根据此模拟对施工方案和施工流程进行优化，对预制构件进行准确的定位和高质量的安装。

此外，BIM技术的虚拟仿真模拟，可以提前了解施工现场的场地布置。BIM技术的施工模拟可以对施工过程进行正序和倒序的模拟，对施工的各个功能区域的安全和配置进行分析，合理地布置施工中需要用到的各种临时设施、构配件以及垂直机械等设备和物料的位置。为车辆运输路线、临时道路提供方案优化，减少后期物料和施工机械的冲突问题。这种方式可以减少在施工现场因为方案等因素造成的二次搬运问题，从而提高装配施工的进度。此外，利用BIM技术的可视化功能可以对施工现场的安全性能进行动力学分析计算好而评估，优化施工现场关于安全方面的应急方案，以此来保证施工的安全性。

5.2 对施工进度、质量和成本进行管理控制

在装配式建筑的施工管理过程中，利用BIM技术，可以帮助项目的管理人员更加直观立体的了解项目的实际情况，根据当时市场的实际情况，进行多方面的配合分析，采用最合理、最经济的施工方案，在保证施工质量和施工进度的基础上让项目的各项资金发挥出最大的效益，从而提高项目的经济性[13]。另外，还可以利用BIM技术的施工虚拟仿真模拟，制定项目管理专项资金，合理使用项目资金，做好每一笔资金的记录。

在装配式建筑施工过程中利用BIM技术具有的可视化等特点，可以将施工进度的数据和施工对象进行对接，实现将2D的平面图纸转化为“3D-BIM”三维模型进行立体化的管理[14,15]。其后，将施工时间和“3D-BIM”模型结合起来转化为“4D-BIM”可视化模型，可以实时对施工进度进行监控和跟踪。在“4D-BIM”可视化模型中加入资金维度可以转化为“5D-BIM”模型，项目的各方特别是施工方可以根据这个模型来模拟装配式建筑施工过程中资金的投入和使用，动态管理装配式建筑的施工规划，从而实现对施工进度、质量和成本动态化管理(图4)[16]。

图4 BIM模型

6 结论

中国的装配式建筑发展比较晚，但发展迅速，合理地使用BIM技术可以直观、全面地展现装配式建筑的全生命周期。在装配式建筑中，BIM技术应用比较广泛，从设计阶段到生产阶段，施工阶段也有应用，施工中的运维管理更是不可缺少，这就实现了协同一体化的管理。同时提高了装配式建筑的整体效率，减少施工过程、管理阶段存在的安全隐患。总而言之，BIM技术的应用可以优化装配式建筑设计、提高预制构件的匹配率，提升整体的施工进度。

实现建筑施工智能化还有很长的路要走，目前，但现在建筑施工智能化仅停留在初级阶段。今后，建筑行业需要一边推进建筑施工数字化，一边推进建筑施工智能化，并使两者互相促进，BIM技术将继续得到发展和应用，并发挥关键作用。