BIM技术助力装配式建筑智能建造

刘承灵 杨 婷 米宗宝 万黔云 刘 阳

（中国建筑第四工程局有限公司，陕西 西安 710000）

关键字：BIM技术；建设周期；装配式建筑；智能建造

装配式建筑就是“像搭积木一样盖房子”，以建筑工业化理念解放了劳动力，现阶段装配式建筑发展最大的阻力就体现在设计、标准化、材料、工艺、管理上的水平欠缺，追根到底就是标准化程度不够。而BIM技术是以三维数字技术集成建设项目各项信息建筑工程模型的技术，其本身也是一种建筑工程智能化管理的技术。装配式建筑和BIM技术当前最大的共同点就是“贵”，成本高、投入大，回报却不直观，现阶段主要以政策驱动为主，通过智能建造理念将装配式建筑和BIM技术融合，以BIM技术弥补装配式建筑发展在标准化方面的短板，又以装配式建筑发展的需要为BIM技术博得发展的契机，二者融合共赢，或许就能扭转二者皆“贵”的局面。本文主要研究BIM技术对装配式建筑智能建造周期的助力，主要包括工程设计、施工部署、深化设计、构件生产、技术交底以及智慧平台协同管理等方面。

某建筑面积19万m2的高层住宅项目，建设过程在设计、深化设计、场平布置、三维图纸会审、施工模拟、工程算量、可视化交底、预制构件深化加工、平台化应用方面全面应用BIM技术，取得了可观的经济、社会效益。

1 全建设周期的模型迭代

规划、建筑、结构方案的设计与传统工程建筑一致，此处不做过多研究，主要强调设计阶段需考虑到装配式建筑的特点，尽可能做到部品部件的标准化。

为了降低BIM技术应用成本并缩短应用周期、使得各应用阶段衔接更加紧密，就要避免设计、生产、施工、运营各行其政的现象，要求各专业模型之间可以无损兼容，优先采用具有IFC格式输出接口的建模工具，结构设计常用的PKPM软件、施工常用的PKPM、REVIT、SKETCHUP、FUZOR等就具备该条件。

全建设周期的模型迭代主要包括：

（1）设计阶段考虑部品部件的标准化和模型成果的通用性；

（2）预制构件拆分深化时直接将结构设计成果导入PC深化设计软件，然后采用数据交互插件导出构件生产线专用生产数据，为自动化生产奠定基础；

（3）模板、脚手架等技术措施方案，主要以铝合金模板、集成式全钢爬架为代表，深化过程采用专用设计软件，以PKPM LMB为例，就可以直接将PKPM结构模型导入，然后进行自动化配模设计，但需注意的是，铝合金模板、集成式全钢爬架的深化需与预制构件拆分深化密切配合、穿插进行；

（4）施工建模阶段，主要包括工程施工模型、施工部署、BIM商务算量等方面，辅以复杂节点模拟、工序模拟等内容。工程建模主要将主体设计、预制构件拆分深化等模型进行整合优化，增加机电管线综合排布、碰撞优化等内容，用来进行图纸三维会审、设计优化、设计交底；施工部署方面主要将前述模型成果进行汇总并按照施工流水分段，进行现场平面布置、交通流线、资源配置等优化；

（5）工程建造阶段，以前期各准备阶段模型成果为基础，以数字化智慧工地平台为依托，进行现场可视化交底、检查、验收等过程管理工作；

（6）后期运维阶段，整合建设全周期的BIM模型，采用数字交互插件导出通用（以ifc为代表）BIM模型，建设项目数据库，用作后期项目运营、监测、维护、改造以及纠纷处理的依据。

需要强调的是，全建设周期模型迭代可行的必要条件是标准化，即部品部件的标准化、建模方法的标准化以及模型成果的标准化，只有这样，才能打破BIM技术“贵而不实”的局面，使其切实地为装配式建筑智能建造服务，建设周期模型迭代流程如图1所示。

图1 建设周期模型迭代流程示意图

2 虚拟施工部署推演

BIM技术助力施工部署主要体现在临建方案设计比选、场地平面布置策划、纳入进度管理的BIM 4D可视化施工模拟等，具体包括：

（1）采用BIM技术进行临建办公、生活区、展示区设计，生成3D效果图及漫游视频进行方案比选，在控制成本的前提下，提高视觉展示效果以及企业CI融合度，做到经济、实用、美观、大气；

（2）应用BIM建模、三维渲染以及720YUN平台，搭建项目现场云观摩模型，生成在线观摩二维码，用于项目观摩策划评审、汇报以及对外展示；

（3）应用BIM技术进行部品部件建模、加工区建模、大型机械建模，形成企业族库，然后进行标准化平面布置，实现塔式起重机、加工区、构件堆场、施工道路等的最优化布置，经济实用的前提下实现施工现场的美观、大气、和谐、统一，有效提升企业形象以及现场安全文明管理水平，有效吊重全覆盖、施工道路优化、加工区以及构件堆场布置；

（4）引入BIM 4D概念，融入质量、安全、资源、成本等的整合，将现场建筑物模型、临建设施模型、施工环境等进度计划进行关联，链接进度计划，进行现场施工平面分区、流水段划分、劳动力及周转材料投入的优化，实现资源的扁平化投入。

3 三维图纸会审

项目获取设计提资后，第一时间安排人员着手开始进行建筑、结构模型创建工作（优先采用将设计方案模型导入并完善修改的方式，快速建模），在建模过程以及模型完成后的漫游检查过程发现设计问题或需要优化的点，以设计答疑及图纸会审的形式进行解决。

在模型建立的过程中开展图纸会审工作，建立以Revit模型为基础沟通平台，更好地与建设单位、设计单位等项目各方进行图纸问题的沟通。将设计变更、设计优化、设计答疑等内容在BIM三维模型进行标注，便于后期设计交底施工，如图2所示。

图2 三维图纸会审程序

4 BIM技术助力预制构件深化及自动化生产

以PKPM为例，作为建筑结构设计应用最广泛的设计软件平台，其自身也具备预制构件拆分、深化的功能，可在结构建模与预制构件深化之间无缝衔接，输入项目参数后可以实现自动拆分、快速深化、自动合规性计算、智能优化以及一键出图。业内其他建筑软件平台（例如广联达）也具备该功能，不同软件平台之间也可以通过标准、兼容的中间数据格式（IFC等）进行导出和导入。

采用BIM技术进行预制构件拆分，充分考虑机电、精装预留预埋，对三维模型进行漫游碰撞检查，做到施工过程“零变更”，也为预制构件自动化生产提供了可能。基于BIM模型，采用数据交互插件导出构件生产线专用生产数据，输入中控室数据中心，进行数控钢筋自动化下料、数控钢筋自动化绑扎、模台自动清扫、自动拆模布模、自动涂油划线、自动混凝土布料找平、配备抓钩式堆垛设备的自动启闭养护等，实现管理人员及产业工人减少50%以上。

5 可视化技术交底

装配式建筑施工技术在当前阶段“贵”的一个原因就是工艺技术不成熟，经验丰富的管理人员及产业工人数量不足，人工成本高，采用BIM建模，然后生成关键节点展示模型、可视化虚拟质量样板、现场安全防护虚拟样板以及工序模拟动画，用于现场装配式施工交底培训，必要时结合虚拟VR、AR、3D打印技术，进行预制构件模拟吊装、关键节点虚拟施工体验，以此降低装配式施工产业化工人门槛，全面提高管理人员及作业人员专业管理和技能水平。

在传统的工序质量管理、样板引路以及施工现场安全管理方面，也可以应用BIM技术提高项目管理水平。通过创建主体、砌筑、机电安装、装饰装修等三维质量样板模型，在关键工序施工前采用该模型进行立体展示交底；通过工程建模及漫游展示功能，进行现场潜在安全隐患排查，并提前做出针对性的安全防护部署；通过BIM技术进行基坑支护、高大模板、脚手架等措施性技术方案设计建模，采用虚拟样板模型进行危大工程方案交底，提高危大工程施工标准化水平，为施工现场安全管理保驾护航。

6 BIM工程算量

基于前文模型交互迭代的原则，将原主体建筑、结构等专业设计模型以及预制构件拆分深化模型导入BIM工程算量软件平台，然后对模型进行完善优化，对软件兼容性存在差异的部位进行调整，可以高效生成BIM算量模型。

BIM算量模型除了用于工程预算、决算等成本测算外，还可以用于指导项目措施钢筋优化、主材及周转材投入分析（进而进行施工流水优化），资源投入分析方面需与前文所述BIM 4D技术相结合，实现各项资源的扁平化投入和高效利用，达到商务创效、降低成本和缓解项目资金压力的目的。

7 BIM与VR、AR等技术的结合应用

所谓的VR技术、AR技术归根到底都是虚拟现实技术，VR以虚拟现实为主，通过头戴设备等形式实现沉浸式三维虚拟环境体验，而AR则是主打增强现实技术，实现虚拟模型在现实场景中的投射，而这两种技术实现的前提都是BIM模型的创建。装配式建筑施工过程，通过BIM建模然后以VR或AR的形式使管理人员和作业人员可以沉浸式体验装配式建筑的建造工艺，使得其在管理或施工方面的水平得到提高，以应对当前装配式建筑施工领域专业对口人员紧缺、人工成本高的问题。

随着智能建造的发展，自动放线机器人、自动实测实量质检机器人等层出不穷，这些高自动化设施、设备、器械的实现，也都需要依托于成熟、精准的BIM模型。自动化设施设备的开发与应用也与装配式建筑解放劳动力、绿色发展的理念不谋而合。

8 智能建造平台

智能建造平台是项目建设的工地大脑，涵盖施工进度可视化、安全BI、质量BI、人员在线、物料在线、机械在线、鹰眼监控等各个方面，通过一系列的传感器、监控设施、计量设备等全面采集施工现场人员、资源、环境等各项指标数据，与计划进行对比分析，以BIM模型的形式对差异量进行反馈，形成智能建造平台完整的生态链。

9 结语

在该项目的实际BIM技术应用中，采用BIM 4D技术进行场平策划、施工流水推演及优化、设计方案优化、深化设计，累计产生经济效益约430万元；采用BIM技术进行三维图纸会审、可视化交底、深化设计，可大幅降低施工难度、有效减少现场返工，切实节约工期75d；该项目BIM技术的全面应用，也推动了企业内部BIM技术水平的发展。

但仍显不足的是，因项目未采用工程总承包的发包模式，在设计建模、深化建模、施工建模多方联动方面的契合度较低，推广应用阻力较大，追根到底就是标准化程度不够，但当前阶段BIM应用领域鱼龙混杂，很难在短期内彻底达到足够高的标准化水平，工程总承包的发包模式可以通过统一管理的方式有效补足该短板。