BIM技术在装配式建筑中的应用研究

李 蕾 王 栋

（1.西安职业技术学院，陕西 西安 710077；2.陕西建工集团有限公司，陕西 西安 710003）

近年来，随着我国城市化进程加快，为了满足居民的住房需求，同时考虑到环保因素和建筑产业的工业化，我国政府加大了装配式建筑的政策扶持，鼓励地方政府和开发商在新建住宅中按照一定配比建造装配式建筑。装配式建筑相比传统建筑形式，具有施工周期短、环境污染小、标准化程度高等优点，是未来建筑行业的发展方向。BIM技术又被称作建筑信息模型，通过收集建筑信息创建三维立体模型，其具有可视化、协调性、模拟化、优化性和可出图性五大特点，可实现建设各阶段互通，从而达到数据共享。将BIM技术应用在装配式建筑中，一方面，可以集中管理烦琐、庞大的数据信息；另一方面，可显著提高信息共享效率，帮助工程技术人员实现装配式建筑设计、施工的精细化管理。

1 装配式建筑相比传统建筑的优势

1.1 工程质量的标准化

由于传统建筑在现场施工中，施工人员素质参差不齐，导致工程质量控制一直是施工过程中的难点，而装配式建筑采取标准化生产组装，无论是车间的生产环境，还是施工人员的技术水平，都可以保证产品质量满足要求，从源头提高了建筑质量标准。

1.2 提高建筑行业的安全生产水平

近年来，建筑施工现场成为我国安全生产领域重点检查的场所之一，起因就是越来越多的安全生产事故发生在建筑领域。采取装配式建筑可以提高现场的施工管理水平，由更专业的施工队伍完成房屋现场组装，提高建筑行业的安全生产水平。

1.3 降低人力成本

由于建筑行业固有的脏、累特点，导致人力成本快速攀升，同时，施工人员年龄构成趋于高龄化，不利于建筑行业的长远发展。采用装配式建筑，可以在工厂利用机械完成建筑构件生产，不但提高了劳动效率、降低了建筑的生产时间，还能显著减少生产过程中的人力成本，提高经济效益。

1.4 降低建筑物能耗，提升环保水平

我国建筑行业耗能巨大，施工过程中造成的扬尘等环境污染问题频发，采用装配式建筑可以将施工现场耗能高的生产环节转移到工业厂房内，可以减少施工过程中的扬尘，也减少了现场作业的资源消耗。

2 BIM技术在装配式建筑中的优势

2.1 建筑施工过程模拟化

BIM技术可以理解为建筑虚拟施工，利用装配式建筑的各项技术参数，在电脑中实现建筑的全过程建造。通过BIM技术可全方位模拟装配式建筑的整个建设周期，在此过程中可以发现装配式建筑施工过程中可能会遇到的各种问题，以便技术人员进行监督和及时解决问题，从而降低施工中出现质量问题的概率，有效改进施工环节，节约建设成本，优化装配式建筑的整体质量。

2.2 提高设计可出图性

利用BIM技术可显示建筑施工的全过程，因此，装配式建筑的每一部分构造、配件及施工环节都可以通过BIM展现。由于在设计时已经将建筑的各项参数输入到模型中，因此，在需要单个构件或建筑模块时，可以十分快捷地调出这部分图纸，以供使用。BIM技术可利用模型进行评估试验，以便根据问题及时改进工作，减少重复性、机械性的检修工作，针对设计施工图纸的出图，可以减少反复修改，提高设计效率，提升预埋套管图或管线综合图的出图效率。

2.3 提高施工环节协调性

装配式建筑与传统建筑的区别就是需要在现场组装建筑的各部分构件，因此，需要施工技术人员互相配合。传统建筑施工过程一般采用串联的工作节奏，一个工序完成才能进行下一个工序，因此，施工环节只需要协调好关联工序即可，装配式建筑采用工厂生产，现场组装，在缩短工期的同时，也要求设计、生产、现场组装各个环节紧密配合。利用BIM技术可以模拟施工现场运行中的各个环节，使之相互配合、协调，避免后期操作中出现各种问题，节约经济成本投入的同时，显著提升装配式建筑的整体效率。

2.4 建筑三维立体的可视化

传统建筑施工图纸一般以二维平面形式展开，在涉及三维立体效果时，无法准确还原建筑的立体效果。装配式建筑的施工过程中，是以搭积木的形式完成建筑施工过程，因此，要求设计人员在初始阶段清晰地展现建筑的每一个施工模块和施工环节。BIM技术所具有的三维设计，相比一般二维图纸精确性、可靠性和指导性更强，可以帮助技术人员有效掌握装配式建筑设计、施工、后期运行等阶段的不同情况，提高装配式建筑的装配效率，降低施工难度，获得更好的施工效果。

3 BIM技术在装配式建筑设计中的应用

3.1 实现装配式建筑功能模拟

BIM技术可以与其他建筑软件协同设计，实现对装配式建筑各项功能的模拟。在传统设计中，对于建筑的日照分析、通风效果、暖通负荷、节能设计等参数依靠设计标准来确定，而装配式建筑采用的建筑材料、户型设计、技术参数与传统建筑区别较大，采用BIM技术可以对建筑的各项指标进行模拟，预知建筑各项功能，通过三维立体成图，实现建筑功能模拟。

3.2 实现装配式建筑的深化设计

装配式建筑的一大特点就是广泛使用各类构件。首先，构件以二维图形展开后，容易出现错误，采用BIM技术可以避免设计中出现设计盲点。其次，装配式建筑构件众多，在现场施工中容易出现构件组装匹配问题，采用BIM技术可以发现构件组装与设计中可能存在的问题，提前加以避免。最后，装配式建筑的模板与构件种类多，需要出图的工作量大，采用BIM技术可以实现按照构件类型和模板分类出图，减少重复工作量，提高出图效率。

3.3 建立装配式建筑构件BIM数据库

建筑物主要包含梁、板、墙、柱、楼梯、建筑隔墙等构件，装配式建筑将各部分构件提前预制好，然后在现场组装完成。建筑的使用类型和使用功能千差万别，为了减少装配式建筑的现场施工难度，需要标准化的建筑构件。应用BIM技术建立构件数据库，可以丰富建筑结构类型，提高装配式建筑构件生产效率，减少因为重复设计构件增加的工作量，有利于预制构件标准化工作的开展，为装配式建筑大规模生产提供支撑。

3.4 BIM技术下实现构件的优化设计

传统的装配式建筑构件生产是根据建筑设计图纸完成后再进行生产，由于构件的拆分导致后期施工质量问题众多，为了改变这种局面，构件的深化设计应该参与到施工图设计阶段，采用BIM技术可以在初始阶段优化构件设计，通过可视界面，确定构件的生产尺寸和安装效果，尽量减少构件种类和尺寸数量。通过构件的设计优化，不但可以减少传统设计下装配式建筑质量问题，还能够有效提升后期的装配质量和效率。

4 BIM技术在装配式建筑中的实践应用

4.1 根据BIM系统构件数据库生产构件

在生产装配式构件时，首先要基于设计阶段BIM数据库内的构件数据，制作出生产端的数据库编码，然后构件生产车间从BIM数据库调出生产端构件数据库编码，按照规格、尺寸进行生产。在生产过程中，还要随时将构件生产信息上传到数据库编码中，设计人员进行仿真设计，验证方案效果，以便设计人员再次优化、设计构件。在生产完成安装构件的过程中，可以随时查询到构件的生产日期、安装方式和尺寸等数据。

4.2 根据BIM系统模拟施工流程

利用BIM系统可以与Microsoft Project连接的特点，将施工计划图导入到Microsoft Project中，然后将BIM的3D模型图与施工计划图相关联，在构件中加入时间因素，这样就可以完成现场施工模拟。除此之外，还可以利用施工方案和BIM模型，采用Dassalt Delmia等软件模拟项目的动态施工，通过输入建筑数据，建立机械、建筑、人工之间的关系，然后在BIM系统中比较不同的装配效率下吊装机械和装配式建筑之间的关系，在实际施工中采用合理的吊装设备和人员机械配比。

4.3 利用BIM系统对施工现场远程化监控

在开始施工后，可以根据设计图纸进行现场组装作业。在吊装工作开始后，运用BIM系统可视化操作特性，在施工现场按照BIM三维建模施工工序，安排施工人员进行建筑模块吊装。在每日施工进度确认时，要按照BIM系统安装顺序和进度要求检查现场的吊装施工，确保与系统要求一致，并且在每个建筑模块与构件安装完成后，上传到BIM系统数据库进行核对，确保每个建筑模块与构件的安装无误。在完成部分建筑模块时，可以采用颜色渲染，确保与未安装的部分区别开来，可以通过BIM系统直观监视现场的施工作业，以减少施工过程中出现质量问题的概率，提高建筑质量和安装效率。

4.4 BIM施工现场布置模拟

装配式建筑施工现场与传统建筑施工现场的区别就是对施工人员的需求较少，但对吊装机械设备的需求较多，如何有效布置施工场地，保证各类吊装机械设备的有序、安全工作，需要提前在BIM系统上进行模拟，以有效提高后期的机械设备安排，提高组装效率。

BIM系统模拟施工场地内道路、办公区域、构件放置区、吊装设备位置安排等，需要将CAD图纸导入到revit软件中，按照每个单项的长、宽、高数据，确定各部分的面积和体积，然后确定道路、构件放置区、办公区、围墙等，链接已经绘制好的revit单体图，将施工现场的三维立体图显示出来。通过BIM系统，可以提前合理布置施工现场的场地，模拟排放道路、办公区域、构件安置区等位置，使施工场地布置更加合理。

5 BIM技术在装配式建筑中的成本控制

5.1 工程量计算准确，控制采购成本

传统建筑中，由于建筑材料计算存在误差，施工单位为了不影响工程进度，往往选择按照最大工程量计算，以确保施工材料足量。而BIM系统可以精确计算施工中各项配件、构件的使用数量，准确反映出采购所需要的成本。BIM系统所具有的分析梳理能力，可以帮助造价人员快速计算出工程量，通过关联造价软件，可以精确计算出装配式建筑的总造价，避免重复计算带来的数据误差，有较高的准确性。另外，借助BIM系统，可以分析出装配式建筑的成本构成，有利于施工单位建造成本的核算梳理，为后期的成本优化提供技术和数据支撑。

5.2 优化施工流程，减少人力成本

由于建筑施工周期较长，为了保证施工质量，往往需要技术人员现场指导、监督，由于工作流程不规范所造成的人力资源和施工材料浪费十分常见，有时还会影响到施工质量。施工过程中，产生的质量报告、设计变更、验收报告等大量信息需要专人负责出具，建筑施工过程中，需要技术人员在现场采用纸张记录后，再回到办公室专门整理，不但效率低下，还容易造成资料丢失。采用BIM技术，不需要现场记录整理，利用手机就可以完成各类施工报告，通过手机终端数据库内构件资料与现场的核对，即可完成技术交底和质量检查。在现场采集数据后，输入BIM系统，就可以分析建筑整体质量与建设进度，不但减少了反馈时间，还能节约施工周期与人力。

5.3 BIM装配式建筑装修一体化

传统建筑在建成后还需要再次装修，不但需要专门的装修设计团队重新设计，还要针对原有建筑结构进行二次修改，既造成资源浪费和环境污染，又增加了业主的成本负担。装配式建筑采用BIM技术，可以在建设开始前就完成装修设计，业主确定好装修风格后，在BIM系统中显示完成后的装修效果，减少了后期的重复设计工作。在装配过程中，对于室内的水、电、暖通等提前开槽安装，进行一体化设计施工，可以有效缩短工期，满足业主拎包入住的需求。采用一体化装修施工，不仅可以大大节约后期的装修成本，还有利于提高建筑的整体质量，避免二次装修损害建筑质量。

6 结语

我国建筑市场经过过去四十几年的粗放式增长，正在迎来新时期的变革。装配式建筑在改变传统建筑行业的生产模式时，也对我国建筑行业的设计与施工人才提出了新的要求，采用BIM技术可以实现对建筑从设计到施工全过程的仿真模拟，有效提高设计与施工效率，及时纠正施工中可能出现的各种问题。作为装配式建筑行业的从业者，要认识到BIM技术带来的技术革新，积累专业经验知识，推动建筑行业工业化发展。