基于BIM技术的装配式住宅研究

俞 鑫 徐桂明

（常州工程职业技术学院，常州 213164）

0 引言

装配式建筑是建筑工业化中的一类，具有环保节能、施工效率高的优点，目前我国劳动力成本不断升高，对绿色、环保、节能提出更高要求的前提下建筑业转型迫在眉睫［1-2］。BIM技术这项工具的应用和推广使得建筑业在工业化道路上找到了突破口［3］。BIM技术的核心是集成，而装配式体系的核心是一体化，两者结合使用顺应时代发展需要［4］，因此基于BIM技术的装配式建筑体系应用意义重大。本文结合浙江省宁波市奉化区某地块住宅项目，介绍了BIM技术在装配式住宅项目中的应用。

1 工程概况

本项目位于宁波市，总建筑面积127 796 m²，有6栋20～27层高层住宅，住宅楼采用装配式剪力墙结构，项目总平图及单体立面分别如图1、图2所示。本文以6号楼为例进行介绍，6号楼共27层，建筑高度79.3 m，地上计容建筑面积11 637.46 m²，容积率奖励建筑面积349.12 m²，预制构件包括叠合板、阳台、预制楼梯、预制凸窗、预制外隔墙。预制率40.55%，装配率51.00%。

图1 总平面图Fig.1 General layout

图2 立面图Fig.2 Vertical section

2 平面拆分方案及相关原则

2.1 预制构件拆分原则

预制构件拆分原则如下：①预制构件少规格、多组合；②控制单块构件的重量不超过6 t；③通过构件有规律地重复使用，形成丰富的立面色彩，从而丰富建筑造型及空间，使得设计安全、经济［5］。

2.2 住宅平面拆分方案

在满足装配率和预制率的要求下，标准层平面拆分方案如图3所示，装配式建筑装配率计算数据如表1所示。

表1 装配率评分表Table 1 Rating table of assembly rate

图3 平面拆分图Fig.3 Split plan

在装配率计算中Q1项中有10分为高精度模板，经成本计算，在标准层多于30层的情况，铝模建造成本和木模成本持平。计算依据如下：

A：铝模板单价=1 400元/m²

B：铝模板回收价=350元/m²

C：安装费用=29元/m²

D：免批荡节约成本=9元/m²

E：节约其他费用=2元/m²（包括安全文明施工费、垂直运输费、场地占用费、垃圾处理费等）

铝模施工费用=（A-B）/层数+C-D-E

计算数据结果如图4所示，周转次数在30次时，木模成本和铝模持平。

图4 成本与周转次数关系Fig.4 Relationship between cost and turnover times

装配式建筑预制率计算数据如表2所示。

表2 预制率计算表Table 2 Calculation table of prefabrication rate

在计算预制率时，使用BIM技术，预制率降低1%。装配式建造成本降低10元/m²。

3 BIM技术在设计阶段应用

3.1 PC深化图纸的正向设计

PC深化设计的主要流程为：设计院方案和建筑施工图设计，主体院施工图纸再移交给PC深化单位进行拆分和构件深化设计，后由构件工厂进行流水化生产。在此过程中遇到的最大问题为，大多设计院对构件的生产要求、生产过程和后期的安装流程了解不够，前期建筑方案时未考虑户型拆分的合理性，导致住宅拆分不经济。本项目在设计前期便邀请主体设计院、PC深化设计院、总包单位和预制构件工厂进行多次沟通，打通设计壁垒，解决传统二维设计过程固化、消息反馈缓慢造成的反复修改的问题。运用BIM技术，设计师可以从整体三维模型（图5）方面全盘策划装配式技术方案，并能从建筑信息模型中方便准确地导出各种二维CAD图纸（图6），大大提高了设计师的设计效率，设计变更和现场签证下降60%。

图5 BIM三维图Fig.5 BIM 3D

图6 构件深化图Fig.6 Detail drawing of components

3.2 BIM设计优化

BIM最大的优势为各专业信息技术的集成，统一平台一体化设计，建立各专业BIM模型，解决传统二维设计中产生的“错、漏、碰、缺”［6］。利用碰撞检查功能，二次深化机电管线综合图纸，直观地表示各专业的标高，通过二次开发参数化实现净高分析功能，优化净高，提高质量，优化方案，事前控制设计图纸的问题，减少对后期施工的不利影响；利用参数化技能对优化后的模型一键开洞，给出结构空洞预埋图纸大大提高设计图纸的准确性；通过对可参数化构件的预拼装，解决构件交接及自身的细节问题，如图7所示的管线预埋问题和图8所示的节点碰撞问题。

图7 构件管线预埋Fig.7 Embedded component pipeline

图8 节点碰撞问题Fig.8 Node collision problem

3.3 BIM技术优化铝模设计

铝模技术的应用对户型的标准化、建筑线条、建筑保温形式、建筑隔墙的砌筑形式、主要的连接节点、结构墙梁尺寸、电梯及管道、精装点位、开发节奏等都有较高的系统化要求。此外，该地块所有楼栋采用铝模技术，二次结构均一次浇筑成型，二次结构的工期优化约18天，工序优化27个，界面无感移交。管道井全混凝土拼装，工期节约21.9天，工序优化25个，降低管理力度。

通过BIM技术建立铝模构件参数化族库，在平台中预拼装解决设计问题，铝模构件参数化（图9）深化设计，对材料的使用和部件的加工工程量进行统计，形成工程量清单（图11），为工程招采、材料以及人工的供应提供依据。

图9 铝模参数化构件族Fig.9 Parametric member family of aluminum mold

图10 铝模三维模型Fig.10 Three dimensional model of aluminum mold

图11 铝模工程量清单Fig.11 Bill of quantities of aluminum mold

4 BIM+RFID技术在施工阶段应用

4.1 RFID技术概述

应用BIM和无线射频技术（RFID）智能识别技术远程读取构件信息和施工技术人员相关信息，为装配式构件的实时定位及信息采集提供了支持。RFID技术服务半径达几十米，且对环境要求较低，抗污染和耐久程度高。应用该技术可以实施定位构件位置（图12），确定该构件（图13）是否完成施工，大数据采集构件、安装进度、质量检查、施工组织设计及进度计划管控提供了有力保障。运用该商用软件技术进行智慧工地建设，符合国家发展战略。

图12 构件位置可视化管理Fig.12 Visual management of component location

图13 预制楼梯Fig.13 Prefabricated stairs

4.2 RFID应用流程

向构件植入芯片，包含计划开始完成时间、构件现场位置、构件进场完工时间等相关信息，待工序完成时运用读写器将构件的安装情况写入内部芯片（图14）中，实现现场进度和现场施工质量的实时更新。主要流程如图15所示。

图14 芯片及投射仪器Fig.14 chip and projection equipment

图15 施工过程Fig.15 Construction process

4.3 RFID技术优劣势分析

BIM+RFID技术的综合应用在资源短缺和人力成本逐年增加的情况下，必然会逐渐为大家所接受。该技术也遇到例如建安成本增加、施工工序增加等相关问题。装配式建筑相对于现浇混凝土建筑有着复杂的施工工艺和较高的吊装要求。应用新技术进行施工模拟和5D进度控制，事前控制现场所遇到的所有技术问题，应用施工BIM技术可以在三维平台进行施工模拟，优化流程和吊装次序，减少二次施工，提高施工质量，使得建筑施工更智能化、数字化。

5 结论

（1）装配式住宅建筑通过BIM技术实现设计施工全过程、全方位的信息集成，减少图纸设计问题，提高现场施工管理效率，保证了装配式建筑全生命周期的高效性精细化管理和效益最大化。

（2）通过BIM技术，正向设计PC图纸，消灭钢筋与钢筋、预埋件等碰撞问题。建立参数化构件族，提高构件出图效率。

（3）通过铝模和BIM技术的结合降低装配式住宅预制率和装配率，以此来降低成本。经计算得出，周转次数在30次以上时，铝模成本低于木模成本。

（4）利用BIM+RFID技术提取构件信息，完成进度模拟，将产业化工程由粗到细，缩短工期、合理利用劳动力、规划运输路线、布置场地、布置塔吊、判断型号，完善智慧工地建设。