BIM技术在某装配式建筑项目设计和施工管理一体化的应用

迟 军

（广州珠江实业集团有限公司 广州 510060）

0 引言

建筑业的能耗是二氧化碳排放的主要途径之一。我国政府对二氧化碳的排放力争在2030年达到峰值，努力争取在2060 年前期望实现碳中和。为了满足碳排放要求，积极发展绿色装配式建筑可以有效降低产业能耗，减少二氧化碳排放。BIM 技术的引入可有助于提高装配式建筑设计、施工和管理效率。

林树枝等人［1］利用BIM+协同技术实现装配式建筑智能化管理。白庶等人［2］研究了BIM 技术在装配式建筑应用价值，利用BIM 技术可提高装配式建筑设计、建造和维护的效率。王巧雯［3］分析了装配式建筑全生命周期中BIM 技术的应用价值，通过BIM 技术提高装配式建筑的协同效率。程亚茹等人［4］利用citespace 可视化软件分析了知网数据库和web of science 数据库近11 年505 篇关于装配式建筑的文献，得出影响装配式发展的主要因素为技术、成本、供应链、市场认知和政策规范等方面。齐宝库等人［5］研究BIM技术在装配式建筑后期维护的应用，结果显示BIM 可以为维修提供便利的三维信息，在后期维护应用有巨大前景。

本文在总结已有装配式建筑研究的基础上，通过BIM技术及协同平台，以实际项目为例，分析了其在项目的设计、构件标准化制作、施工管理等流程的应用。

1 BIM技术

BIM 技术是把建筑项目各个阶段数据文件通过三维可视化显示出来，在装配式建筑中有较大的优势，周彬［6］采用BIM 技术优化施工吊装的不合理时间节点，解决了施工过程中各交叉的问题。在装配式建筑中运用BIM 技术，标准化族库的建立可提高设计效率，快速拼装出图；建立精细化三维建筑模型，使预制构件可在工厂高精度生产，减少预制构件现场拼接误差率；运用BIM 三维模型还可指导现场施工，制定合理的施工流程，减少无效施工耗能。最后，运用BIM 技术可以将建筑模型数据通过共享平台分享给项目各个参与方，使装配式建筑的设计、制造、施工及后期的维护相互串通，达到装配式建筑全生命周期的服务。

2 装配式建筑

装配式建筑在我国具有广阔的前景，张伟峰等人［7］分析了装配式建筑的优势、制约因素和发展现状与优化对策。装配式建筑是建造方式的重大变革，是建筑业可持续发展的重要体现，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新产业新动能、推动化解过剩产能，促进建筑产业转型升级，提高住宅品质的历史使命。

装配式建筑，是指采用工厂预制生产的构件在施工现场装配而成的建筑，也称作为工业化建筑。由于装配式建筑具有设计标准化、构件生产产业化、施工安装专业化等特点，使装配式建筑与传统现浇式建筑在设计、预制构件生产以及施工过程中都有显著的差别。通过实现新技术替代的生产制造、运输、安装和科学管理的生产方式，来升级传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工业生产方式，并通过建筑设计标准化、构配件生产工厂化，施工机械化智能化和组织管理信息化，最终实现工业制造一样像造汽车一样建造房子，从而最终实现节能减排与产业创新发展之路。

3 项目案例分析

某项目位于广州市天河区广氮-奥体片区，项目旨在打造落实广深科技创新走廊的总定位，突出“公园里的园区”理念，与智慧城融合发展，提升原广氮-奥体片区的城市功能，建设成为集“产、学、研、商、居、文”于一体的新一代信息技术与文化创意价值创新园区。

项目规划建设用地51 628.88 m²，总建筑面积230 285.12 m²，其中地下车库面积71 577.27 m²。包含地下室、1#～21#住宅塔楼及其公建配套设施，地上住宅共21 栋塔楼，主要以14 层为主，部分13 层，本项目地上住宅塔楼要求装配式设计应用覆盖率达到100%。本项目配备6 班幼儿园，并设有垃圾站及公交站等配套设施。

本项目将BIM 技术与装配式建筑设计相结合，贯穿应用方案阶段至构件深化设计的全过程。运用BIM 模型“所见即所得”的特性，将构件信息与实体模型相关联，设计并建造出符合工程需求的所有装配式构件深化图纸，成本及施工周期远低于全国行业平均水平。在大大提高设计精度及设计效率的同时，生成满足广州CIM（城市信息模型）标准的报建模型，如图1 所示，为广州市未来建设现代智慧城市提供案例示范及数据支撑。

图1 CIM整体模型Fig.1 CIM Overall Model

3.1 标准化设计

本项目依托设计自身BIM 技术优势，采用BIM 正向设计模式进行全过程设计，通过三维可视化、模块化的设计，在统一的数据模型及平台管理基础上，实现专业间的无缝对接与协同共享，在设计过程中实现空间优化与专业协调，确保设计效果与品质提升。领先的BIM 正向设计模式，结合自主研发的出图软件，实现全专业施工图均由BIM 模型导出，确保“图模一致”，为施工及运维阶段的BIM 应用打下坚实的数据基础。

以基本户型为模块，组合成多种平面图，实现了户型组合多种多样，规划布局多种多样，满足了建筑设计及规划布局的多样性及可变性的要求，如图2 所示。核心筒接口统一，不同户型在相同接口下可任意组合替换，做到自由拼贴。

图2 典型楼栋BIM装配式三维模型Fig.2 BIM Prefabricated 3D Model of a Typical Building

立面体量关系一致，模块可替换，实现自由拼接。平面拼接关系统一，外轮廓形状一致。立面对应平面统一拼接，在保证立面大体量关系一致下，做到快速拼贴。

在户型模块、立面模块化的基础上，利用自主研发插件-优比装配式设计软件，可以有效提高装配式深化设计效率，检查模型的精确性，利用工具集进行一键生成装配式深化构件，最后可直接生成相应图纸并进行分析优化和调整，避免工程和进度延误，提高装配式设计质量，减少浪费。

外立面装修分级制定建造标准，选取已入库的各类材料部品，并在BIM 平台上快速生产配置单，可协助业主推进招投标、概预算等工作。

实行装配式建筑装饰装修与主体结构、机电设备协同施工，采用标准化、集成化、模块化的装修模式，应用集成厨卫、轻质隔墙等产品，应用设备管线集成化技术，提高装配化装修水平。采用菜单式全装修，满足消费者个性化需求。

3.2 工业化生产

项目应用的各种预制构件通过该生产基地，实现了预制构件在工厂批量生产，且成型模具和生产设备一次性投入后可重复使用，耗材少，现场装配和连接使得劳动力资源投入相对减少，从而提高了预制构件的工业化程度，实现建筑工业化发展。PC 预制构件在工厂严格经过9 道工序制造而成，从清模、（钢筋加工）、装模置筋、预埋、布料振捣、后处理、养护、脱模吊装、检验、成品堆放，每一道工序都严格标准化执行，从而制造出高质量构件，如图3、图4所示。

图3 构件标准化生产间Fig.3 Component Standardization Production Room

图4 标准化构件Fig.4 Standardize Components

3.3 装配化施工

依托施工总承包平台，基于装配式国标体系，搭建装配式总包技术标准化体系，采用EPC 管理模式，采用“装配式+铝模”体系，推广BIM 技术应用与试点“模实一致”施工，推行多项绿色施工手段应用等，高质量打造装配式示范项目。

搭建装配式总包技术标准化体系，编制适用于广氮装配式项目的《装配式建筑施工组织设计》、《装配式建筑专项施工方案》、《装配式建筑PC 构件节点参考图集》等技术标准化文件并在该项目实施应用。

采用“装配式+铝模”建造体系，在工厂批量生产预制构件，现场采用铝模技术施工，实现高度的机械化装配建造。

推广施工BIM 应用。通过在设计BIM 模型基础上，开展施工BIM 图纸会审、管综应用、方案模拟、施工场布、细部深化、可视化交底、算量统计、进度和成本管控等，实现BIM 技术在施工阶段全过程中应用，实现项目管控可视化和精细化水平（见图5）。

图5 标准化构件吊装Fig.5 Standardized Component Hoisting

打造BIM“模实一致”施工示范。在设计BIM“模图一致”基础上，推动BIM 模型向施工阶段延伸应用，实现BIM 模型“模实一致”施工，为智慧城市综合运营夯实CIM 应用基础，打造广州建设领域BIM 应用和数字建造示范。

3.4 信息化管理

智慧工地是较为先进的施工管理信息化提现［8］，采用BIM+智慧工地可以显著提高现场精细化管理水平。BIM 信息化管理［9］不仅可以高效完成施工安全、进度、质量和成本等任务，还可以给建筑信息化管理提供新思路。应用综合项目管理信息平台，如图6 所示。依托BIM 协同技术打造的综合平台，实现在广氮项目全过程应用，覆盖工程投标、合同、工程管控、质安管理、现场监控、材设、造价、财税、资料等，以及开发APP 巡检功能等，将项目管理形成系统性、全业务链条集中信息化管理，有效打通公司各职能部门、分公司与项目部之间的数据关联，形成有效管理链条，实现节点化和闭环管理，强化管理确责和提高实效，提升管理效率。

图6 信息化管理系统Fig.6 Information Management System

依托广氮项目施工总包管控开发平台，采用编码系统对BIM 模型信息进行轻量化，存储于网络数据库中管理，系统针对多工种、多单位之间的协同流程和管理要点，以项目进度管控和构件跟踪验收为核心，辅以模型管理、造价管理、构件族库、工程登记等，通过移动端和电脑端进行信息交互及全周期管理，实现装配式项目信息化管理。

采用BIM 5D+智慧工地数据决策系统，利用IoT及BIM 技术，将现场系统和硬件设备集成到统一的平台，将产生的数据实时汇总和建模形成数据中心，使项目管理层全面掌握生产过程，通过AI 技术，智能识别项目风险并预警，为项目管理层建设一个数据实时汇总、生产过程全面掌握、项目风险有效降低的“项目大脑”。

通过BIM 模型管理和应用，开展场布模型建模、铝模模型深化、重难点工序模拟、复杂节点三维展示、装配式构件标准族库建立、可视化交底等，建立了装配式建筑现场施工信息集成化模型，辅助深化设计、构件拆分，指导工厂生产，保障了现场施工顺利进行，并为后期运维传递“模实一致”三维模型，助力CIM 城市建设发展。

4 结论

装配式建筑包含预制和装配两大部分［10］，通过BIM 信息化贯穿整个过程，可以有效降低建筑能耗。本文结合实例，分析了BIM 技术及协同平台在装配式建筑项目的规划、设计、生产、施工管理等方面的具体应用。通过实际应用可发现，BIM 技术可提高设计效率，高精度三维模型同样也提高了预制构件的生产质量，减少施工现场的拼接误差率。BIM 三维信息化模型可以帮助施工单位科学合理地安排施工组织流程，有效缩短施工工期，降低建筑施工能耗。