BIM 技术在装配式建筑设计与管理中的应用探讨

胡长平

（广州市设计院集团有限公司，广东广州 510620）

0 引言

随着我国的可持续发展战略目标在建筑领域的深入落实，装配式建筑因其将建筑组件于工厂预制再于现场拼装的方式，大量减少了施工现场的浇筑作业，因而节约了资源与能源，同时减少了各类固废与排放，相对于传统建设方式有了极大的提升。而如果想实现在装配式建筑的设计、生产、施工、运营等方面的整体优化，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的应用则能充分发挥其资源整合与信息流通的效率优势，根据装配式建筑在项目各阶段的不同特点，提供优化项目的技术支撑。

1 BIM 技术的特点及应用优势

BIM 技术自21 世纪初提出之日起，就因其直观、高效的技术优势不断对建筑行业产生影响，时至今日已经深刻改变了建筑项目的设计及建造的流程与方法。其通过对建筑设计、生产等环节的场景仿真模拟，对各类构件及建筑整体的重要参数信息整合、分析，使得计算机在虚拟环境中智能地“理解”了各类信息互相之间的关系与影响。与传统的二维图纸相比，建筑模型中信息的量级和准确性都得到了显著的提高，同时各专业设计人员及项目各阶段的参与人员都能在项目全流程精确地控制建筑的细微变更，减少了信息流通成本，BIM 技术依托其计算机软件的信息集成优势，为建筑项目的设计及管理提供了多个维度的加强。概括而言，BIM 技术具有如下3 个方面的显著优势。

1.1 BIM 技术的直观性

即通过三维的、多视角的展示方式，使得一直以来依赖空间想象能力的平面图纸阅读转变为可视化的直观空间感受，在降低设计难度和提高沟通效率之外，极大拓展了建筑在美学设计上的边界，而且项目得以从设计、建造到运营都有向各类人员直观展示的途径。在BIM 技术条件下，项目各个尺度的修改均能在信息模型中得到实时变更和展示，为避免因前期设计缺陷导致后期重大修改提供了更多可能。

1.2 BIM 技术的整合性

传统项目的设计及图纸绘制方法是建筑、结构、电气等各专业分开进行，而在设计、施工、运营等阶段发现的问题和反馈的优化信息，需将图纸在各阶段承担主体间依次流转，往复修改，若想加快项目进度，提高工程质量品质，则需要BIM 技术为其提供的信息整合模型。整合模型因为承载了各阶段主体需要的全部数据，因而还产生了各专业协调、设计阶段的模拟优化等传统设计手段所不具备的其他优势。

1.3 BIM 技术的便捷性

在信息技术和移动互联网技术大力发展的当前，BIM 技术也随着其载体的变化而日益进步，在现有的条件下，已经实现了相比于传统设计方法更便捷的沟通方式，电子化的建筑模型尽管信息承载量较之前相比大幅提高，而所需要的物理空间和处理成本则显著下降。同时，因为建筑信息模型包含了各类复杂信息，在传统的平面、立面和剖面图图纸之外，BIM 工具还能便捷地完成诸如综合管线和特殊结构节点的高效出图[1]。

2 装配式建筑的特点及与BIM 技术的结合优势

装配式建筑的发展时间远早于BIM 技术，自20 世纪在英、法等国尝试实践以来，如今技术水准已迈上新台阶。装配式建筑的核心内容即为，改变传统建造模式中设计与施工分离的建造模式，预先将建筑工程的各部分工作分解，并设置标准化的各部件形式与尺寸，以便于工厂大规划、低成本生产，在此标准下设计的项目因其构件和部品可提前完成制作，只需借助吊装设备在现场完成拼装，即可快速施工，从而实现建筑的产业化。

2.1 装配式建筑的特点

总体而言，装配式建筑拥有建设工期缩短、施工制约条件减少、资源能源节约、工程质量安全提高等优势特点。与传统建造方式相比，装配式建筑因其主要采用EPC（设计施工总承包）发包方式，避免了因平行承发包导致的各阶段环节脱节、各主体权责边界不清晰的问题。同时，装配式建筑在设计要求上，增加了传统建筑方案设计、初步设计、施工图设计之外的拆分设计、模具设计等设计要求，而且自项目初始就将建筑专业与其他各专业的沟通紧密加强，特别是在装配式住宅项目中，还需要一整套完整的标准化设计体系乃至于标准户型模块[2]。

2.2 装配式建筑与BIM 技术的结合优势

BIM 技术在装配式建筑中的应用能从多方面有效提升装配式建筑的设计建造品质，具体而言有如下3 个主要部分：①推动装配式建筑正向设计。借助BIM 技术的模块化设计工具，能有效避免装配式建筑在前期策划阶段因对项目把控及定位不准确造成的决策失误，以及对后期设计的指导依据缺失。②提升装配式建筑的标准化程度。以传统方式实现的装配式建筑构件拆分无法做到深度及全面的构件覆盖，特备是在设计的后期阶段，各专业交叉介入程度加深，普通工具难以精确考量到各类碰撞、冲突和干涉问题，而BIM 技术工具能伴随设计的各阶段完成此类工作，提高装配式建筑的构件的精确性和整体性。③提高构件生产效率。BIM 技术具有的强大归类统计能力，能辅助构件生产环节在尺寸确认、物料准备、模具生产等方面提高准确性，并以三维图纸乃至动画视频形式指导后续施工安装。

3 BIM 技术在装配式建筑设计阶段的应用

3.1 形成建筑信息的承载模型

在项目设计阶段，BIM 技术为装配式建筑设计带来的最大提升即为其可视化三维信息模型的搭建，信息模型以计算机软件为操作工具和展示途径，将建筑的布局、材料、尺度和与之适应的建造方式都赋予虚拟的部品和构件，并实时生成各类图纸和展示的三维动画。

因为虚拟信息的特性，信息模型可以在各个尺度上做到不断细分，不断加入详尽的信息。对于装配式建筑而言，模型中的装配式的构件则是其重要组成部分，例如，此类模型需将预制件与装配件进行区分，赋予其位置和拼装顺序等信息，并在项目实施前，完成施工阶段的模拟。在设计发生变更时，可首先在信息模型上进行演示，以此避免因专业沟通协调问题产生的冲突。精细化的模型不仅是BIM 技术的手段，更将产出一个服务各方的成果产品。

3.2 汇总构件的信息数据

装配式建筑的预制构件的标准化特性能够便捷地在BIM 软件中进行处理，最终成生成汇总各种层级和尺度的信息数据。例如在特定的装配式建筑项目中，相当部分的构件需要逐一编码，传统方式下的信息汇总工具因为没有和BIM 软件做到深度整合，信息的录入容易出现错漏，这降低了之后的建造和管理阶段的效率，也留下了隐患。当前已经出现的借助物联网的工程物料跟踪管理的技术，可以采集物料的尺寸、数量等信息，进而在构件的生产、运输和拼装环节提供支持。

3.3 利用碰撞检测优化设计

BIM 技术可以很好地在设计环节发现各种结构件、预埋件和预留孔洞之间的冲突和缺失，这得益于其在虚拟环境中，集成了构件在真实世界的物理特性。在装配式建筑的设计环节，可充分利用碰撞检测环节发现的构件错漏和碰撞冲突，进而优化结构布局、构件尺寸和管线的布置。

3.4 对项目全过程进行模拟

在完成基本信息模型之后，将模型置于声光热等环境模拟软件中以检查建筑环境情况、优化建筑物理性能是各类应用BIM技术的项目在设计阶段的模拟内容之一。而针对装配式建筑而言，构件的生产加工、物流运输、现场施工等也是模拟的重要环节，对建筑模型进行完善的使用情况模拟能及时发现不合理的设计和错误，从而对建筑设计进行更好的质量把控[3]。

4 BIM 技术在装配式建筑全生命周期管理中的应用

4.1 辅助装配式建筑生产及运输

BIM 技术在装配式构件生产环节所起的重要作用即为将构件的设计主体与生产主体衔接，预制构件的生产主体利用前文所诉的汇总信息，可以直接获取生产信息，合理组织构件的生产，同时向上游提出反馈。而在生产过程中，RFID（无线射频识别）技术的引入保证了各构件和汇总信息的逐一对应，并在生产过程中同步生成下一阶段所需信息，便于在后续的运输和拼装过程中实现完全覆盖的管理。

4.2 科学指导装配式建筑施工

施工阶段的工程量信息计算在传统的设计施工分离模式下，难以做到充分的完整和准确，而在设计阶段就生成的准确信息模型，则能为此提供科学参考，从而减少因为工程量计算错误导致的资料浪费，进而节约项目成本。而在设计阶段就已进行的施工模拟中，经过核对和优化，在实际施工中则可再次利用，合理布置人员与机械、模拟施工步骤，从而提高施工效率。而经严格模拟演练过的施工过程在执行过程中，则可极大降低安全风险，实现精细化管理。

4.3 提高质量控制和运维管理精度

在项目建设后期过程中，信息模型能作为质量控制检查的参考，不仅能将施工图图纸与信息模型进行对比，也能将施工现场的实际完成度与之对比，提高质量管理精度。而在项目运行过程中，借助引入的RFID 技术，能极大加强各类建筑构件、管道设备的检修与维护，对照设计阶段汇总的建筑信息，实现对建筑的全方位了解，实现信息模型作为档案资料的重要功能[4]。

5 结语

在装配式建筑建设中应用BIM 技术，能够充分保证工程设计质量，加强施工管理的有效性，为现场安装施工的有序开展奠定坚实基础。同时可以提高构件加工精度，进而改进装配式建筑工程质量，提高材料和人员的利用率，缩短工程施工的时间，减少成本投入。项目建设完成后，BIM 技术也可在运维过程中加大维护管理力度，使装配式建筑建设全过程获得强大的技术支撑。因而，为推动社会的可持续发展，建筑行业需要主动发展装配式建筑，合理应用BIM 技术，并将二者深度结合，推动建筑工业化的发展。