BIM技术在装配式建筑施工中的应用研究

刘芯妤 李 超

西南科技大学城市学院

1 引言

随着城市化进程不断地加快，建设工程项目也逐渐增多。在建筑行业中，装配式建筑施工已经成为了当前我国建筑施工领域的主流，因其施工时间短、工艺简单、对环境影响较小、造价较低等特点，从而具有较为广泛的发展空间。装配式结构建筑在建筑形式上有别于传统建筑,在我国的发展仍面临着部分问题。而在装配式建筑施工中引入BIM技术，将能大大提高工程装配施工的整体效率。除此之外，BIM的应用能保障施工装配阶段达到绿色节能环保的要求，促进施工全过程中管理工作的合理优化，改善建设管理缺陷，使建筑工程工作更为有序，提高整体施工水平，为建设质量做出有效的保证。

2 装配式建筑概述

随着现代工业技术的不断发展，房屋可以像生产机械一样批量、成套地进行生产，即装配式建筑。从概念上看，装配式建筑是指在工厂中将建筑的结构构件进行标准化生产预制，并使用规定的装配工艺在施工现场组装构件进行装配施工而成的建筑。简言之，只需将房屋预制构件运至施工现场进行组装即可。通俗地说，它类似于“搭积木”——装配式建筑其房屋部件可全部在工厂内规模化预制生产，现场只需进行组装作业，能实现构件的工厂化预制以及房屋的现场装配化施工，是目前比较成熟的一种集成房屋体系，也是未来住宅建设大力发展的方向。从结构的角度上来看，预制混凝土结构和钢结构都是装配式建筑，包括中国古代建筑木结构中的榫卯结构等，都是工业建筑的重要组成部分。装配式施工中，预制构件可以大大提高整体的施工效率。其建筑构件由工厂进行生产，成本远低于传统施工建筑结构的生产，能降低施工成本，合理利用资源。除此之外，还降低了运输和施工的难度。目前来说，发展装配式建筑已成为了一种趋势，成为促进我国建筑行业持续发展的重要力量，同时也推动了现代建筑的可持续发展之路。

3 建筑信息化技术的概述

建筑信息化模型（BIM），是一种数据化工具，它可以共享知识资源，并将其应用于设计、施工和管理中。其主要目的是提高建筑业的生产力，优化建筑设计的质量，促进各部门之间以及各个工种、专业之间的协调工作，并且实现全生命周期中不同阶段的技术信息交流，改善工程项目的整体性能。从理论角度上来讲，BIM技术实际上是一个依靠计算机完成的设计过程，在实际信息的基础上，建立了多维仿真模型，并利用BIM技术成功地将建筑物的二维信息转化为三维的信息模型，实现可视化模拟，预测施工过程中出现的部分问题。在建筑工程当中，可以通过BIM技术模拟工程项目“计划-实施-完成”的整个过程，达到监测预警等目的。BIM技术不仅促进了建筑行业的发展，并且改变优化了建筑理念和施工方法，加强了技术信息交流，有利于实现资源共享，提高共同工作的效率，同时能减少施工中出现的常见问题。

4 装配式建筑施工中存在的问题

随着我国建筑产业化进程的加快，装配式建筑逐渐适应了建筑工业化的发展，其所占比重也不断提高。总体来说，在质量上装配式混凝土建筑的优势比传统现浇建筑多，但装配式建筑仍有脆弱点，预制构件的精准度、有效连接、摆放布置，起重机位置的合理选择，机械设备、材料资源的合理利用等,大多是施工人员根据自身经验来进行安排的，这对建设项目的质量保障会造成一定的影响，同时会降低施工效率。

4.1 施工过程中关键环节的质量控制问题

装配式建筑施工过程中涉及结构安全的关键环节需要做好严格的质量控制与合理的施工管理，达到规定的施工标准。包括预埋钢筋、套筒或浆锚搭接孔的位置与角度精准；随层灌浆和灌浆作业饱满；夹心保温板拉结件锚固牢固；避免预埋遗漏和节点拥堵；保证楼板平整度和坐浆；严格控制板缝等。在节点连接方面，套筒灌浆连接技术比传统的湿法连接方法更具适应性，可以在多种施工方案下有效实现连接，成本也相对较低。钢筋套筒灌浆连接技术是预制构件之间进行连接的关键技术之一，其连接质量对预制构件的力学性能影响很大，对施工质量的保障亦具有极其重要的意义。

4.2 施工过程中的安全管理问题

在施工安全管理中主要涉及以下几个方面：首先，装配式混凝土结构施工现场存放的材料多且复杂，以至于其占地面积更大，风险系数更高，不同于主要靠混凝土搅拌机和钢材运输车运输的传统现浇混凝土结构施工。装配式建筑施工现场存放的场地中不仅包括原有的钢筋、模板及周转材料，还包括预制构件堆场。部分工程项目位于市中心，运输车辆只能在夜间到达现场。而在施工组织管理及安全协调过程中，施工现场大批量构件的存放，场地的布置，以及运输车辆的安全如何保障等问题都是其核心点。其次，由于目前装配式建筑的部分技术以及规范要求还不成熟，传统的施工人员进场前的安全培训一般停留在纸面上或其他工程案例当中。倘若，经过培训的工人因不熟悉现场和工作环境而进入现场，则会引起安全风险的增加。除此之外，还要注意外架的防护，安全永远是重中之重，需要充分综合考虑能否与施工同步；转角挂构件能否有效使用；周转使用变形是否过多等多方面因素。最后是装配式建筑施工中通过垂直运输设备进行吊装，一般情况下吊钩应与预留的桁架钢筋吊点或者附加吊点连接，而在实际吊装过程中，常会出现吊运起重量不足的问题，从而导致垂直运输设备损坏甚至倾覆，造成的后果极其严重。因此，如何保障吊装过程中的安全问题也是一大重难点。

4.3 施工场地的合理布置

装配式建筑施工单位必须对施工现场环境进行统筹化全方位的管理，增强管理的严格性与预见性，并通过合理布置施工场地，确保预制构件能够合理地放置在施工现场，保障施工质量，降低现场杂乱度，提升现场安全性。在道路布置、塔吊选型、预制构件堆场布置等方面，装配式建筑施工现场的布置与传统现浇结构存在着部分差异。例如，道路必须满足运输车辆的行驶、周转和卸货要求；塔吊不仅要布置合理，还要考虑起重构件的经济合理性；预制构件堆场既要考虑运输和储存的方便性，又要考虑吊装的方便性和有效吊装半径的范围。

5 BIM技术在装配式建筑施工中的应用优势

5.1 建立BIM模型进行可视化模拟，优化方案设计

在BIM建模软件平台下，可建立数字化信息模型，完成建筑施工现场在BIM三维模型上的应用，使建筑可视化。在传统建筑施工中，首先要根据图纸展开平面设计搭建立体模型，随后依据施工现场中实际勘探的结果进行设计图纸的修改，这种方式难免会出现技术上的误差，从而影响施工质量。而通过BIM技术模拟设计图纸涉及的参数信息，能够直观地发现装配式建筑项目施工工艺等，并从各个方面、角度落实装配式建筑项目施工的重难点，提升工作效率。对于复杂节点的施工，通过BIM模型的模拟复杂节点施工场景，不仅可以解决构件施工的顺序问题，同时还可以对模拟施工中出现的问题制定解决方案进行优化，使得模型数据与实际施工数据相符，确保施工人员在施工前了解其施工质量规范，提高工程技术的精度，达到保障装配式建筑工程项目的质量要求和维护运营管理的目的。

5.2 虚拟施工，优化施工方案

为整体提升施工水平，方便施工人员掌握装配式建筑施工中的要点，可通过BIM技术模拟施工事前发现存在的部分施工问题，从而制定相应的施工措施，减少事后问题出现的概率，促进整个装配式建筑施工的进程。新冠疫情期间，火神山、雷神山医院的建设全过程采用了BIM技术模拟施工，最终达到了施工效率提高、施工工期缩短的效果。在模拟施工过程中，对施工人员可进行直观的可视化交底，从而更为直观地了解施工情况。与此同时，通过模拟施工对轻钢结构的安装顺序、施工机械的行走路线以及集装箱式活动板房的吊装次序进行合理的验证分析，找出问题所在并对施工方案进一步优化，为工程项目竣工顺利交付使用提供了重要保障。在组织流水施工的过程中，BIM技术模拟施工能实时显示项目的进度及方案优化后的结果，从而达到各项作业协同完成的目的。

5.3 建筑信息化管理合理布局，确保施工进度

通过BIM技术，可对现场平面的各项内容建立模型，并采取合理的布置措施，最终形成安全合理的施工计划管理模型。将施工计划管理模型与进度计划相结合，对方案中可能发生的碰撞冲突进行量化分析，根据施工现场各区域的材料消耗情况，对材料进行科学而合理地加工，从而减少材料的二次搬运，有效提高施工现场的场地利用率和施工成本效益，确保施工进度。火神山、雷神山医院的建设均采用建筑信息化技术进行施工管理，精确至每个工作所需的时间，保障数千名工人、近千台大型机械设备和运输车辆在现场正常工作，整体吊装和现场施工交替进行。同时，根据施工现场情况进行实时调整，各项工作能有序进行，为项目如期交付提供保障。

5.4 保障施工过程中的安全管理

在吊装过程中，借助BIM软件平台建立垂直运输设备模型可实现参数化工作模拟，便于发掘吊装的最佳路径。根据施工场地、运输车辆、建筑等尺寸可对构件堆场存放的道路设计按照1：1的比例进行建模，并在建模平台上将不同的模型方案进行比对筛选，找出较为安全的堆放位置及高度，实现安全可靠的分类存储，保障人员安全及车辆行驶安全。

6 结束语

如今，BIM技术的应用正处于不断优化阶段，装配式建筑的热度仍在持续上升，BIM技术与装配式建筑施工的结合，是装配式建筑在未来发展中的必经之路，亦是我国建筑行业发展中不可缺少的一步。为进一步推进装配式建筑技术在建筑行业中的应用，在装配式建筑施工的全过程中，必须重视BIM技术，通过BIM技术模拟化、可视化等优势对装配式建筑施工予以完善，加强其科学应用方面的控制意识，促进建筑行业的发展。