BIM 技术在装配式建筑设计与建造中的应用

◎陈霞

长期以来，我国的建筑业都是按传统的设计与施工方式进行施工。由于国内装配技术发展不成熟，采用装配式将导致人力资源的短缺。当前，我国建筑业发展迅速，装配技术日趋成熟，人口红利逐渐消失，劳动年龄急剧下降，政府决定大力发展装配式建筑。在此背景下，装配式建筑逐渐被业内所认识和关注。当前，建筑产业化已成为未来建筑发展的新潮流。装配式结构是指将预制件运送到工地进行拼接而成的一种新型结构。不仅对环境友好，而且节约了人力。它克服了传统建筑施工中产生的扬尘、交叉污染和越来越多的污染。从而极大地提高了生产的效率，节省了大量的劳动力和时间。

一、BIM 技术的特点

在大力推进装配式建筑施工的同时，BIM 技术也逐渐系统化，为了使其更好地推广和应用，必须充分利用BIM 技术。BIM系统是指一个能够从设计、施工、管理三个阶段运用的数字化信息技术。在建筑工程设计，运用BIM 技术构建模式，可对建筑结构实行建筑仿真，在设计采用碰撞测试等，从而有效减少了建筑设计差错，为工程施工、建设、后期经营等提出了支持，并为各参与方提供BIM 的协同平台，提高了协同工作效率。

1.可视化。

利用BIM 技术，可以建立一个完整的建筑模型，让项目的结构和数据能够完整的显示出来，从而能够及时的发现隐藏工程中的潜在风险。而且，BIM 最大的特点就是可以让设计人员不用去想空间立体模型，只需要通过软件就可以看到整个工程的结构，这样就可以避免使用二维的图纸，而且为了保证图纸的可操作性，还会在图纸上标注出相关的建筑资料，这对工人们来说是很不方便的。与设计者相比，BIM 技术可以在很短的时间内发现隐藏工程中的问题，从而使设计人员与模型的交互作用更加紧密，从而更好地掌握结构设计的信息。

2.模拟性。

BIM 技术在装配式建筑的设计和施工中具有很多优点，它可以通过仿真来实现，从而大大的提高工程建设的效率。一般认为，传统的装配式建筑由于技术和各部门之间的合作，往往要依靠大量的基础资料才能进行。但在实际应用中，也有一些问题，即实际应用价值低，可行性低。因此，将BIM 技术运用到这一问题中，可以利用BIM 技术进行三维仿真试验，从而确保数据的完整性和可靠性。

3.协调性。

由于BIM 技术具有良好的协调能力，因此无论是设计人员或建筑工人，都可以合理地运用BIM 技术中的协调工作，从而有效应对设计与施工中出现的问题。如果在施工过程中出现了一些难以解决的问题，那么就可以和设计师进行沟通，将BIM 技术中的问题进行合理的分析，然后给出可行的解决方案，同时也可以使用3D 建模，这样可以让设计师和建筑师更好的交流，而使用二维的图形，则会忽略掉不同的专业之间的关系。

二、BIM 技术应用于装配式建筑中的优势

BIM 技术，也就是所谓的建筑信息模型，它是基于虚拟现实技术，根据建筑工程的具体要求，利用数据和设备的性能参数，经过一系列的收集、整理、加工、分析、合成，最终形成一个完整的3D 模型，将建筑的真实效果完美地再现。BIM 技术在装配式建筑的设计和施工中具有如下优点。

1.构件的高精度设计。

BIM 技术的运用使装配式建筑从平面到立体的设计，使其在设计和建造方面都得到了进一步的提高。通过BIM 技术，可以搭建一个3D 模拟系统，让相关的设计人员可以将自己的设计图上传到虚拟现实中，查看实际的规模、布局、尺寸等，直观看到有没有碰撞、不合理等问题。另外，通过云计算技术，可以综合分析设计方案中的各种参数，并通过各种方案的比较，选出最优的方案，使装配式建筑的设计和各部件的精度偏差保持在合理的范围之内。

2.建筑材料制作。

在建造预制件的过程中，制造现场会堆满大量的材料和部件，这种情况下，将预制品进行分类、储存，不仅需要大量的人力和物力，而且还很有可能会出问题。利用BIM 技术进行物料的制造和运输，可以精确地模拟工地的位置。根据工程的具体情况，对各个阶段需要的构件数量做好充分的准备，以避免在工地上出现材料不足或堆积如山的现象。检验员通过工程资料查阅相关资料，有效地提升了检验工作的效果。在实际施工中，如工程进度有变动，验收人员将按照原物料的入厂计划灵活配置实际材料进入，以保证工作范围内的建筑构件数量满足需求。而在建成或施工后，将利用BIM 等记录、整理结构数量和材料的实际消耗量，并将其与原来设计的实际物料用量加以对比与分析，为后期的施工管理进行原物料控制。

3.施工项目管理技术。

在工程实践中，可以利用仿真技术，对施工过程中可能出现的问题进行分析，从而使施工计划得到及时的调整，避免发生事故，降低资源的浪费。因此，在装配式建筑结构前，还可利用BIM技术，把结构的特性输入到建筑规划中，并将其与相关方案相结合。在模拟施工中，要根据现场场地模拟、项目结构模拟、施工方法等内容，利用BIM 技术生成具有时间节点、施工进度相结合的仿真动画，使项目施工过程更加直观。

三、装配式建筑与BIM 技术融合的重要性

随着BIM 技术的进一步发展，也随着我国建筑业的蓬勃发展，BIM 技术越来越多地被应用和接受。BIM 技术能够与预制装配式建筑建立起一个比较高效的合作机制和平台，进而更有效地提高了预制装配式建筑的工程设计品质和效果，从而降低了建筑设计过程中发生的重大错误，减少了资金投入，从而对建筑设计产业化的发展具有了一定的促进意义。

1.提升装配式建筑的设计效率。

通过BIM 技术的运用，可以为装配式建筑的设计信息交换提供一个高度共享的平台。另外，在现实的建筑设计工作中，各建筑单位设计人员也可以使用建筑设计信息资源共享平台，将建筑设计的内容、标准等内容及时上传给网络，使建筑设计的工作更加具有同步性与共享性。此外，通过云计算技术，还可以提高BIM 技术的三维虚拟建模的错误纠错功能，从而对各学科或专业建筑设计中存在的错误进行自动检测，从而找到新的学科结合点。

2.带动实现装配式建筑预制结构部件的设计标准化。

装配式建筑构件的设计规范，反映了构件的风格、尺寸等方面的信息。总之，BIM 技术能够有效地采集和集成建筑的信息，从而体现出建筑的开放、共享特征，并通过对各种装配式建筑构件进行标准化设计，使其具有特定的性能需求和参数特征，从而保证相关设计工作的顺利进行。

3.推动模型可视化与仿真化发展。

BIM 技术在可视化和仿真方面表现突出。由于建筑工程是一个非常复杂的工程，一般都是由专业人员来掌握有关的专业理论与专业技能，但是在实际的展览中，必须要将其呈现给一般的施工队伍，所以，设计师可以藉由BIM 技术，将其转换成视觉化的结构模式，以保证施工队伍对工程师的意图有更清晰的认识。

4.提升建筑行业的专业化水平。

BIM 技术可以通过建立带有高度可视化、仿真特性的建设模式，完成对建设项目的合理策划、预测、材料的使用与布局。运用BIM 技术，能够在一定程度上缓解实际工程中出现的部分技术问题。可以说，通过将BIM 技术运用于装配式施工建筑中，就能够使之更完全地与信息化和工业化建设相结合，从而大大提高了装配式施工建设的科学性、专业化、智能化。

5.有利于降低设计误差。

将BIM 技术引入到装配式建筑结构和预制件的设计中，可以极大地减少工程造价中的误差。此外，利用BIM 技术，可以对预制件的几何尺寸、钢筋规格、参数等进行必要的规划和调整。通过BIM 技术，可以更好的观察和理解预制件和构件之间的配合，并且通过BIM 技术的碰撞探测，可以更好地判断出构件和构件之间的关系，从而发现构件和构件之间的关系，从而达到最大程度的提高资源利用率，确保项目的顺利完成。

6.提高设计质量。

在装配式建筑的设计中，由于对设计者的专业性有很强的要求，因此，各个专业之间必须相互协作，才能提高设计的工作效率。依托BIM 技术搭建的中心设计平台，能让各个专业的设计人员在任何时候都能及时地了解到设计信息的变化。若有问题，可以在平台上进行修正。BIM 技术的应用对于设计人员来说，是一种设计信息的碰撞，通过不同专业的设计，可以很容易的找到问题所在，从而减少工程的安全风险。此外，由于装配式建筑中使用了大量的预制件，因此常常需要大量的设计图纸，利用BIM技术，使设计人员能够进行协作设计，提高设计效率，加速设计方案成型，并确保设计方案的高品质。

7.优化整合预制构件生产流程。

从目前的情况来看，施工计划必须要合理，而且要确定相关的预制标准，在具体的规划和设计中都要重视，但也要考虑到BIM 技术的发展，以及如何利用BIM 技术，在装配式建筑的建设中，要特别注意对装配工程的管理，在专业规划的时候，要对方案进行修改和审查。为了保证BIM 技术的稳定发展，设计师们会将自己的BIM 模型和BIM 技术结合起来，然后再利用BIM 技术对设计进行改进，以保证设计的安全性和经济性。

四、BIM 技术的装配式建筑设计与建造应用

1.三维建模。

通过对工程实例的测量，与设计人员的设计方案相结合，可以建立一个三维的模拟模型。通过此模型，设计人员可以直观地观察到构件的大小、设计与演示效果，并运用模型对构件的各项性能进行测试，极大地提升了装配式建筑的设计精度，并对存在问题的环节或数据进行了修正，通过三维模型，可以对整个建筑的各个环节进行监控和管理。

2.深化设计。

在建筑、结构、水电、消防等复杂的设施中，往往存在着空间布局上的矛盾。BIM 技术主要是利用一系列的三维建模软件，在同一平台上，通过设计人员对建筑、结构、给排水、暖通等进行设计。各专业的深化设计人员，都会按照自己的模型，对钢筋数量、位置、管线布置等进行核对。同时，通过BIM 建模，对构件的制作、运输、安装进行仿真，观察是否存在碰撞、安装是否合理；对施工现场进行合理的场地布局，对道路、管线、临时用水、电力等设备进行合理的安排，使施工现场的工作得以有序进行，同时也便于管理人员进行有效的管理，达到项目的成本最优化。

3.节点设计。

在装配式建筑的设计端，人工拆分组件的标准化水平较低，部门之间的协作效率较差，模型不能共享。在构件设计中，碰撞、预留预埋件和模板、钢筋的干扰问题较大，导致后期构件制造中的节点变化较大

4.拆分设计。

在施工阶段，由于BIM 模型中的墙体、楼面等都是比较完整的，因此，在进行设计时，必须严格按照设计要求，将其分解为工厂可以制造的独立构件，然后根据图纸进行加工。在实施BIM 技术时，必须严格遵循产品和设计的基本要求，并遵循多组合、少规格的原则，这样可以减少零件的类型，提高工厂的生产效率。另外，所有的部件都必须在工地上进行组装。通过对BIM 模型的全面理解和把握，可以对BIM 进行更细致、更科学的建模。将整个结构分解为可供多个项目制造的部件，从而为预制件的连接构造和预制构件的配筋设计提供了有利的环境。另外，利用三维BIM 技术进行分解，可以将最终的结果以可视的方式呈现出来，一方面可以更直观地显示出设计中的缺陷，另一方面可以有效地解决各种问题，从而提升整个设计的质量。不仅如此，该模型还能保护数据，防止数据丢失，增加数据传输的流畅、可靠，最终改善组件拆分设计的质量。

5.碰撞检测。

虽然装配式建筑有着明显的优越性，但是也有一些制约因素，其中最突出的问题就是其设计方案中，各个部件之间的局部发生冲突。由于管道连接部位的安装位置重叠，或者管道与周围建筑物之间的距离不合适，可能会造成安全隐患，进行碰撞测试，并形成相应的报告，便于工程师们在各个部位做好标识，以便进一步完善，保证设计的精确性。

五、结束语

在装配式施工建筑中运用BIM 信息技术，是今后装配式施工建设发展的重点方向。本章主要从结构建造、施工流程模拟、物料管控、碰撞检测等多个方面，阐述了BIM 信息技术在预制装配式施工中的运用。BIM 信息技术在装配式施工建造中的运用，可以有效地提升制造、建筑施工过程的综合效能，有效推动装配式施工建造的健康发展。在装配式施工建造中运用BIM 信息技术，能够使建筑的节约、安全、合理地减少各施工工艺对建筑周围环境的干扰，有效推动装配式施工建设行业的良性发展，并提升了资金效率。BIM 信息技术虽然已经普遍地运用于我国装配式工程建设，但其主要问题仍在于与BIM 内容之间的信息交换不便，缺少对现有信息资源的有效利用能力，以及与旧有的建设模式的信息连接并不畅通等问题，因此亟需更深入的技术研发，以保障我国的装配式工程建设的规范化发展。