BIM在预制装配式建筑住宅设计中的应用分析

占升，贾潇，刘刚

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

BIM技术指的是一种新型的建筑模型，该模型依靠数字化信息模拟还原真实的环境，为建筑人员提供工作便利。另一方面，该模型的功能非常强大，具有较强的可视化特点与协议能力。预制装配式是连接和装配建筑的技术，将BIM技术应用于预制装配式建筑，能够达到理想的建筑施工效果[1]。

2 BIM技术相关概述

2.1 BIM技术的特点

2.1.1 可视化

在建筑行业中应用BIM技术是社会发展的必然趋势，以往的建筑工程施工，在取得施工图纸后，通过观察这些线条凭空想象建筑构造，就当前形状不同、千变万化的建筑而言，采用这种方法读图非常困难。BIM技术能够以三维立体的方式显示图纸中的平面化线条，使施工人员充分了解该建筑的构造，同时应用BIM技术，还可以在可视化的状态下展开工程的设计、建造及运营等工作。

2.1.2 协调性

在整个建筑项目建设过程中，施工单位、设计单位和业主之间需要积极配合，有效开展协调工作。BIM技术具有的协调性可以更好地处理各方交流较少的问题，BIM技术能够提供协调数据，主要是协调建筑物建设初期出现的不同专业间碰撞的问题，从而形成数据。另一方面，BIM技术的应用还可以协调电梯井布置和其他设计布置及净空要求，更好地处理地下排水设计和其他设计之间的协调等。

2.1.3 模拟性

BIM技术具有的模拟性并不是简单的模拟建筑模型，还可以模拟虚拟事物。例如，在建筑工程设计阶段可以模拟节能、日照及热能传导等；在招投标阶段，利用BIM技术能够模拟4D，主要根据施工组织设计模拟具体施工[2]。另一方面，还可以进行5D模拟，从而控制整个建筑工程的成本。同时，还可以模拟整个工程的后期运营阶段，模拟部分紧急情况下人员的疏散等。

2.2 BIM技术的原理

BIM技术已经转变了传统的应用手段与思维模式，突破以往的工作流程与任务分配方式，推动计算机软件技术的快速发展。BIM技术是一种主要针对建筑设计的新型CAD技术，其与CAD相比具有非常显著的优势，利用BIM技术可以在计算机中对建筑工程信息进行完整描述，使BIM软件从低级绘图工具变为高级绘制系统，最终促使BIM技术实现质的改变。BIM软件使用系统中的建筑构件被不断对象化，同时通过编码的方式利用数字化描述建筑构件，这个对象的属性往往利用各种参数进行描述，同时预先定义，按照有关拟定要求，这个对象的代码中需要包含一些有关参数，这些有关参数信息就能代表各种建筑属性信息。比如，对于墙对象来说，其主要包含墙的各种属性对象，如长、宽、高等几何尺寸信息，同时还包含墙体材料、保温隔热、规格造价及表层处置状况等各种信息。

2.3 BIM在预制装配式建筑住宅设计中的作用

2.3.1 模拟建筑模型的构建

使用BIM技术构建装配式建筑的虚拟建筑模型，要求专业技术人员一定根据工程建筑的实际业务规模与经营状况，利用高效的专业三维建模软件，使BIM虚拟模式得到有效保障。在具体操作过程中，专业技术人员需要深入分析影响工程建筑的各种因素结构，全面考量各个建筑的具体主要参数，分析获得各种主要参数相对应的工艺。

2.3.2 优化施工设计

设计人员仅需要花费一点时间建设虚拟工程建筑，最后利用建设好的虚拟工程建筑自动形成设计图纸，不用人为绘画，这样降低了工作强度，设计方案人员能够按照工作要求随时更改建筑的虚拟模型，进一步优化工程图纸。另一方面，经过对工程建筑的实际经营规模与总面积等信息进行详细分析，获得BIM技术自动形成的工程图，这是以往图纸技术不能实现的效果。

3 BIM在预制装配式建筑住宅设计中的应用

3.1 工程概况

崖州湾南繁科技城安置区项目地处于三亚市崖州湾南繁科技城。该项目规划占地面积约为28917.00㎡，总建筑面积136876.64㎡，计容总建筑面积91687.48㎡，不计容面积45189.16㎡（其中，地下建筑面积45123.80㎡，架空层建筑面积65.36㎡）。主要以租赁住宅为主，底部均设置社区配套商业，打造5分钟生活圈居住区，由3栋一类高层公共建筑（上部住宅、底部两层商业或社区配套功能），2栋一类高层住宅建筑，两层地下室含设备用房组成。同时配套建设室外铺装、围墙、挡土墙、绿化、景观、给排水、电气、消防和监控系统等工程。

3.2 BIM技术辅助预制构件管理

在制造阶段，BIM技术广泛应用于整个工程项目建设中，以便于实现数字化管理与工程化制造，设计完整的预制构件，遵照相应的数据格式输出，可以用在工厂进行数字化制造。

在项目施工阶段，BIM模型所构建的预制构件管理主要是管理预制构件数量、使用位置、规格、数量，同时遵照相应条件管理现场运输、吊装及堆放等环节。项目应用BIM技术可更改重要预埋件的各种信息，如安装信息、施工信息及连接信息等；增添材料参数、生产厂家、出厂编号及技术参数等主要构件产品信息。

在设计阶段应用BIM软件，能够深入设计建筑物中包含的构件，以便于使生产及装配等要求得到满足，主要设计的预制构件包括预制楼梯梯段、预制外墙、预制内墙等（见图1-图2）。

图1 预制构件详图设计

图2 预制构件钢筋配置

做好预制构件的深入设计之后，可以直接生成相关的BIM清单报表，以便工厂的自动化生产。

3.3 BIM技术在预制加工阶段的应用

在预制加工阶段，需要加大管理力度，因室内生产加工环境具有特殊性，重新调整建筑材料类型、生产工艺及施工比例等，避免水、电资源与能源的浪费。因为预制装配式建筑主要把构件运输至施工现场安装，所以对预制构件的形状、尺寸等精准度提出非常高的要求，这就需要通过BIM模型熟练掌握构件的形状尺寸、内部构造等，加大质量管控的力度，提升预制构件出厂合格率，防止因返工导致资源浪费。与此同时，质检部门同样需要加大对预制构件厂的监管力度，使构配件的出厂质量得到有效保障。该工程项目施工过程中通过应用BIM管控平台，借助RFID信息采集系统，可以实时对构件的生产状况进行动态监控，同时使用三维扫描检测技术，把生产好的构件与系统中的信息进行严格校对，构件信息符合要求后，方可出厂投入使用。施工单位还需要预先对构件定位、吊装、连接及安装的方法与工艺进行深入研究，在预制加工阶段预埋相关的连接套管、抗剪键等，防止在施工现场应用植筋胶，节省现场灌浆用量，提升现场施工率，优化现场施工环境，保证工程施工质量，规避对生态环境造成的影响[3]。

3.4 BIM技术在施工前准备阶段管理中的应用

施工单位需要对施工前准备阶段的施工管理提高重视程度，将被动改为主动，防止在施工过程中发生问题。在这个环节运用BIM技术，能够预先从多个方面模拟整个施工过程，第一时间发现施工方案中出现的问题，然后进行相应更改与完善，同时拟定有关预案。其中施工方案的精细程度可以对施工实施效果产生直接影响。经过应用BIM技术能够精准估测出该工程施工过程中需要耗费的能源与资源，为施工单位采取相关节能手段提供根据。预制构件在施工现场可以采用多样化的装配施工方案，为了选择符合本项目的施工方案，施工单位通常采取建设试验区段的方法展开具体验证，从已经实施的效果明确一种方案，接着进行广泛推广与应用。当应用BIM技术后，施工单位能够模拟不同的施工方案，进而让施工人员快速选择最恰当的方案。应用BIM技术还能以三维方式模拟施工场地和有限范围中的周围环境，经过合理计划，重新调整现场布局，留出充足的构配件存放地，尽量减少对土地的占用[4]。

3.5 BIM技术在施工过程动态管理中的应用

许多预制装配式建筑施工单位在施工过程管理方面依然沿用落后的施工管理模式，与新理念、新时代下的要求不相符。当拟定施工方案后，需要依据施工现场遇到的问题展开实时调整，不断更新、修改与优化，同时动态创新BIM模型，使模型的有效性得到有效保障，为施工动态管理提供技术支持，这样可以全面实现施工。比如，在工程不断建设过程中，施工场地呈现出动态改变，所以这就需要把构配件存放场地、停车场及塔吊等制定为参数化模块，依据施工现场的具体要求展开实时调整，充分体现出施工现场在每个阶段的具体分布，及时发现施工场地存在的布局问题，同时采取相应措施进行处理，尽量减少构配件的再次搬运，全面提升施工场地的使用效率。预制装配式建筑是很多个构配件组装成一个整体，应用BIM技术建立模型时，这些构配件能被当作标准化的成品模块，接着依据施工进度方案合理分配，通过分阶段、可视化模拟构配件的装配施工过程，同时实时生成工程量清单，如此一来能够实现材料、资源及设备的最大化分配，提升构件运输、吊装及安装等环节的科学性与合理性，达到构配件点对点运输的目的，提升每个施工流程的有效衔接，避免资源出现浪费。另外，工作人员还可以直观感受构配件连接点，在施工过程中可以减少安装问题，为安装工作的顺利进行提供有效保障。

4 结语

预制装配式建筑具有施工速度快、资源浪费少及无污染等特点，符合绿色施工理念。通过应用BIM技术，能够加快装配式建筑的转型与升级，提高企业在市场中的核心竞争力，最终为社会经济健康稳定的可持续发展提供内生动力。