BIM技术在装配式建筑建设过程中的应用

杨召波，麻希孟，周程，张廷甫

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

BIM技术是建筑建设施工过程中具有信息化、协同性特征的数字信息技术，其对建筑的三维实体模型进行仿真构建、模型碰撞测试与错误检查等，在设计阶段调整优化建筑设计方案，提高建筑三维仿真模型的合理性与准确性。同时，将设计阶段构造的建筑三维实体仿真模型贯穿建筑建设始终，可为建筑工程施工协同管理、竣工后运维管理等提供模型与技术支撑。

2 BIM技术在装配式建筑前期的技术应用

2.1 装配式标准化族库的建立

将BIM技术应用到装配式建筑设计阶段，需对建筑中的各个构件进行三维仿真模型构建，对装配式建筑中的预埋件预埋、孔洞预留、钢筋下料长度等参数进行精细化设计，并在构件组装拼接中对构件模型进行碰撞测试与错误检查，调整优化构件设计不合理之处[1]。因此，利用BIM技术建立装配式标准化族库，对不同规格、型号、用途的构件进行设计，在实际装配式建筑设计阶段则调用相应的组件进行参数调整与构件拼装，可实现装配式建筑三维实体模型的快速搭建。考虑到BIM Structure技术在构建装配式建筑结构模型时无法满足预制混凝土深化设计要求，在装配式建筑三维实体模型构建时可利用revit设计出各类构件族，再采用Tekla Structure软件对构件结构进行设计，对参数化节点进行配筋，实现装配式建筑中构件的参数化与标准化，形成标准化族库[2]，提高装配式建筑三维实体模型的构建效率。

2.2 应用BIM技术的装配式构件生产

装配式建筑是将已经加工制作成型的预制构件运输到施工现场，配合现场现浇结构进行嵌合与组装，因此，构件的生产与预制是装配式建筑建设的前提条件，也是将装配式建筑设计成果转化为实践装配构件的关键阶段。早期的装配式建筑构件生产需由设计单位对生产单位进行图纸交底，即将装配式建筑中涉及的各类构件详细设计图纸完整、准确地转达给生产单位。但二维图纸所展示的构件结构信息与参数信息较为局限，图纸交底的实际质量不高。将BIM技术应用到装配式构件生产中，将装配式建筑构件的三维实体仿真模型作为设计单位向生产单位交底的共享数据，利用三维可视化模型直观展示构件的规格、尺寸、结构、材料、属性参数等，便于构件生产人员精确掌握构件的空间结构、属性数据、预制参数，如预留孔洞位置、深度与数量、钢筋下料长度等关键技术参数，提高构件生产的精准性与效率[3]。

2.3 构件的预拼装检验

生产单位在正式生产装配式建筑构件前，可利用3D打印技术对待生产的三维实体构件进行打印与试制，并将3D打印出的建筑构件进行预拼装，通过对拼装过程的模拟与测试，调整优化当前构件拼装时存在的如构件交叉、重叠、碰撞等问题，通过构件的预拼装检验对装配式建筑实际施工中存在的构件拼装问题进行预先检测与改进，减少施工现场拼装检验带来的构件生产返工、施工工期延误等问题[10]。同时，构件的预拼装检验也是对装配式建筑深化设计方案科学性与合理性的再检验，进一步提高深化设计方案在装配式建筑实施中的可行性与可用性。

3 BIM技术在装配式建筑施工过程中的技术应用

3.1 装配式建筑施工过程模拟

将BIM技术应用到装配式建筑施工过程模拟中，对建筑构件的装配过程、预制结构与现浇结构的嵌套过程进行施工模拟，可及时、准确地发现装配式建筑施工中存在的缺陷与不足，调整优化装配式建筑施工方案，减少施工过程中各类资源的浪费式消耗，降低装配式建筑施工的安全隐患。例如，在对装配式建筑构件进行吊装时，可利用BIM软件对构件的吊装方案进行规划与设计，将吊装方案作为装配式建筑施工方案的重要构成部分，构建管理模型对构件的属性、吊装计划进行管理。如图1所示为塔吊吊装方案进行碰撞优化。

图1 塔吊碰撞优化

在对装配式建筑施工过程进行模拟时，需在BIM软件中输入施工现场的场地模型数据、装配式建筑的结构模型数据、装配式建筑的施工计划等，BIM软件会按照施工计划动态执行施工节点的装配作业内容，并将不同节点的装配作业内容有效衔接与组织，形成装配式建筑工程施工动画，便于施工人员在正式施工前预演施工过程、优化施工计划。如在高层装配式建筑建设过程中，由于高层塔楼涉及大量预制构件吊装，对塔吊布设和吊装重量有较高要求。利用模型对预制楼梯进行模型创建分析，将原主楼部分超重预制楼梯（5.2T）优化改为楼梯分段吊装（3.7T），实现吊运能力与预制构件的匹配性，降低了吊装难度，提升了吊装效率。如图2所示为超重预制楼梯优化。

图2 超重预制楼梯优化

3.2 装配式建筑材料管理

装配式建筑构件的预制、运输与施工等环节应当有机衔接，以免过量的原材料在生产场地堆积、过量的预制构件在施工场地堆积，影响构件的分类生产与有效存储。BIM技术在装配式建筑材料管理中的应用前景巨大，可高度关联装配式建筑构件的生产、运输与施工环节，做到构件生产不停顿、现场施工不断档。在装配式建筑材料管理中，BIM技术通过对装配式建筑施工过程的模拟反演出施工各阶段的构件需求量，从而倒推出生产单位的原材料采购计划与运输单位的运输计划，避免施工现场出现材料短缺或大量积压的现象。一旦现场的施工进度受到环境、机械等外在因素影响而发生变动，原材料采购计划则相应发生变动，材料采购、构件预制、构件运输、现场施工等有机衔接、动态响应、灵活调整，提高装配式建筑材料管理的效率。在装配式建筑材料验收时，工作人员可根据BIM软件中的建筑构件信息、原材料采购计划等进行材料验收，对比材料采购计划、构件生产计划、现场施工计划等，对材料使用与消耗情况进行记录、核对与验收，确保装配式建筑的原材料管理有序高效。

3.3 装配式建筑碰撞检测

利用BIM软件对装配式建筑的三维实体仿真模型加以构建后，可对装配式建筑的设计方案进行碰撞测试与错误检查，测试内容包括装配式建筑设计方案中的管线布置与建筑、结构平面布置、竖向高程协调等，检查上述测试内容是否存在交叉、重叠、碰撞等构件冲突问题，利用BIM软件的碰撞检测最大限度地发现装配式建筑设计方案中的冲突与不足，并对冲突问题进行构件结构或属性参数的调整优化，以免将冲突问题延伸到装配式建筑施工过程中。由于装配式建筑施工涉及建筑、结构、水、电、暖通等诸多专业、诸多门类，不同专业的设计方案在实际实施之前利用BIM软件进行综合与碰撞检测，可充分挖掘出各专业设计方案中的冲突问题，以统筹规划、协同作业的理念优化各设计方案，提高装配式建筑的设计效率与质量。

4 BIM技术在装配式建筑运维阶段的技术应用

4.1 装配式建筑信息运维管理

BIM技术会将装配式建筑建设过程中的大量数据、信息、资源等汇总到BIM平台中，包括装配式建筑的前期资料如招投标信息、合同信息、采购信息、设计图纸；监理资料如监理日志、监理计划、监理报告；施工资料如桩基、水电、结构、暖通等。上述数据、信息、资源等均集成到BIM平台的数据管理软件中进行统筹管理，装配式建筑施工过程中产生的过程性数据等也同样更新集成到BIM平台的数据管理软件中。因此，利用BIM软件可以快速查找到装配式建筑的具体构件、设备的生产单位、运输时间、施工工艺或使用方式等，更好地关联装配式建筑实体与属性信息。在BIM模型的支撑下，装配式建筑构件与属性信息表一一对应、关联存储，可有效避免装配式建筑信息丢失，提高装配式建筑信息运维管理的效率。

4.2 装配式建筑设备故障检修

在BIM软件中，原本设计或施工图纸中的二维装配式建筑结构图等可以三维可视化的形式展现，建筑构件结构以及构件间的空间关联关系等均可直观查看，装配式建筑中的隐蔽工程如水、电、暖通等设备也可以借助BIM三维实体仿真模型进行定位、观察内部构造细节。当装配式建筑设备出现故障后，可利用BIM软件中的装配式建筑三维实体仿真模型对故障设备进行定位，避免了设备故障检修时漫无目的地探寻，提高故障设备的检修效率与准确性。

5 结语

施工单位可利用BIM技术对装配式建筑施工过程进行模拟与碰撞检测，提高装配式工程施工方案的可行性，并将三维模型共享给装配式构件生产单位，为预埋件预埋、孔洞预留、钢筋下料长度等提供直观、可视、准确的三维构件信息，实现构件的精细化加工与预制，提高预制件与现浇结构的契合度与协调性。因此，将BIM技术应用到装配式建筑建设过程中，可以有效提高装配式建筑的设计、生产、施工等环节的有机衔接水平与实施效率，推动装配式建筑建设过程良性、有序发展。