预制空调板三维可视化预装及装配式施工技术研究

张洪林 涂敏祥 胡 跃 谢 虎 肖英鹏

为了持续推动建筑产业化改革，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于推动城乡建设绿色发展的意见》，明确提出大力发展装配式建筑，重点推动钢结构装配式住宅建设，不断提升构件标准化水平，形成完整产业链，推动智能建造和建筑工业化协同发展。

国务院《关于印发2030 年前碳达峰行动方案的通知》中明确指出，要推广绿色低碳建材和绿色建造方式，加快推进新型建筑工业化，大力发展装配式建筑，推广钢结构住宅，推动建材循环利用，强化绿色设计和绿色施工管理。

在传统住宅施工中，每栋楼的每一层都设有封闭空腔结构，用于放置空调外机。该结构形式原设计为全混凝土现浇，模板安装及混凝土浇筑施工难度大，且浇筑后模板无法拆除，增加了施工成本[1]。预制装配式施工技术与传统建造方式不同，将大量工地现场作业转移到工厂，主要结构构件按照设计图纸在预制构件厂制作完成后，再运至现场拼接安装[2]。基于此，本文提出预制空调板三维可视化预装及装配式施工技术研究，运用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术深化装配式构件，既有利于科学管理和文明施工，又可加快建设速度，同时积极推进了绿色低碳建设。

1 工程概况

本文以四川省南充市东方壹品房地产开发项目为研究对象。项目位于南充市区的中心地带，地理位置优越，周边交通便利，生活配套及教育、医疗等公共设施齐备。整个项目占地面积78.2865 亩，总建筑面积约248724.06 m2，其中住宅面积约184874.42 m2，绿化率达30%。该项目共有12 栋26 层住宅楼，每栋楼每层卫生间都设有飘窗，用于放置空调外机，计划采用BIM 技术对预制空调板进行预装及装配式施工。

2 利用BIM 技术建模深化空调板的过程

2.1 BIM技术的特点

BIM 技术是一种多维模型的信息集成技术，能够将常规的二维图纸转换成三维可视模型，使建筑工程的功能特征和物理特性实现可视化表达，便于相关工作人员通过三维可视模型准确有效地理解设计目的和建筑环境，从而深化设计、调整施工、完善建设效果[3]。

2.2 预制空调板族库的建立

运用BIM 技术建立预制空调板族库，可有效避免空调板预制不达标导致的能源损耗和材料消耗，确保绿色施工效果。通过BIM 技术中的Revit软件建立标准化与参数化的族样板，即可载入预制空调板族。该族中的所有文件都可以独立编辑，为使其能够反复应用于不同项目，可将族库建立在RFT 族样本文件中，再存储为RFT格式的文件，从而提高预制空调板的设计效率[4-5]。

可以创建塔吊、提升塔架和临时支撑架等各种族文件，在Revit 软件中查找“公制常规模型.rfa”族样板，然后将族文件绘制在编辑器界面中，这样即可完成族文件的创建，为后续模拟施工现场环境及操作做好准备[6]。

2.3 预制空调板的拆分流程

基于BIM 技术三维可视化和参数化自动拆分预制空调板，依据BIM 软件的各项规定及要求，将标准化的设计族插入模型，搭建各专业的BIM 模型。具体BIM 预制空调板拆分流程图如图1 所示。

图1 BIM 预制空调板拆分流程（来源：网络）

1）需要创建1 个结构自动拆分标准并将其数字化，在数字化各种标准后，建立预制空调板模型，包括高度、厚度、重量、编号和材料等信息。

2）L 形、T 形和I 形数据节点可以根据标准化进行自动拆分，而连接节点的预制空调板可以进行碰撞检查和优化设计。

3）根据建筑及结构施工图，设定楼层的结构标高、门窗洞口、剪力墙厚度和楼板厚度等信息数据，并将其数字化，形成BIM 建筑结构的三维模型。

2.4 预制空调板的生产流程

通过标准化预制空调板设计和BIM 建模，实现预制空调板的信息化编制与表达，平面图、立面图和剖面图均可以在BIM 模型中自动生成，同时还生成了各种不同的数据文件。传统的计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）技术依靠数控机床加强与预制工厂的协作和配合，以实现更紧密的合作关系。

例如，Allplan 软件主要用于预制空调板的拆分、配筋及制图，可接受DXF 和PXML 格式的文件，并对其进行分析，然后生成计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）或便携文档（Portable Document Format，PDF）文件的PXML 数据并传递给数控机床，数控机床可以按照数据生成预制空调板加工单、模具规格参数以及预制空调板加工图，实现预制空调板从设计到制造等各个工序的自动化。基于BIM 技术的预制空调板生产流程如图2 所示。

图2 基于BIM 技术的预制空调板生产流程（来源：网络）

2.5 RFID芯片技术应用

在预制空调板的生产过程中，可以利用BIM 模型进行拆分设计，并将所形成的数据作为基础数据库，对每个预制空调板分别进行编码，再将射频识别（Radio Frequency Identifciation，RFID）标签芯片植入预制空调板内部。该步骤的作用为：第1，在运输过程中，可通过扫描构件上的RFID 标签及时了解运输状况，实现实时监控；第2，当预制空调板到达施工现场时，门禁读卡器可自动识别出各个预制空调板的信息，并实时发送到控制中心，相关工作人员可及时进行验收与堆放工作。RFID 芯片技术的应用流程如图3 所示。

图3 RFID 技术的应用流程（来源：网络）

2.6 碰撞检测

参照平面设计图纸施工时，因表现方式不够直观，即使经验丰富的操作人员也很难凭借想象力快速判断预制空调板安装时是否会发生问题，很容易导致碰撞。因此，需要采用BIM技术模拟预制空调板与现场已浇筑完成结构的碰撞过程，判断预制空调板的位置是否对现场施工造成影响，以便及时做出调整。若发现预制空调板无法通过调整达到安全施工的状态，可选择在工厂修改预制空调板，这样可以大大提高施工准确性，减少材料浪费。

2.7 模拟施工

可视化是BIM 技术的显著特点，可解决施工人员因建筑专业知识不足而无法完全理解设计师设计要求的问题。BIM 的三维可视化不仅把预制空调板平面图纸立体化展现出来，而且使空调板与预埋件形成互动和反馈。在工程施工前，通过模拟施工过程，能够检查预制空调板的现场堆放、吊装时的空间操作、节点组装施工顺序以及设备管线调试等过程中是否存在缺陷与不足，如果有问题可及时优化处理，以便后续完善施工。

3 BIM 技术在预制空调板三维可视化施工中的应用

与传统的直接浇筑方式相比，预制空调板对施工技术的要求更高。由于其具体施工流程尚未完善，如果在施工过程中出现差错，可能会对施工质量产生很大的影响。为了确保达到项目的主要目标，必须从施工管理方面入手进行施工控制，通过BIM 技术实现装配式建筑的施工质量管理。

3.1 通过BIM技术提供预制空调板的生产信息

每个预制空调板的信息都包含在BIM 模型中，所有信息都可以在模型中进行查询。数字化的展示对于查询模型提供了很大便利，使得预制空调板的生产能够更加精确和高效。此外，通过BIM 模型还可以为预制空调板的制造提供科学参考。

3.2 通过BIM技术实现工程汇总和图纸自动生成

在预制空调板建筑工程的绿色施工过程中，合理应用BIM 技术能够有效生成各项工程量清单，其中包括钢筋和混凝土等，为科学进行工程量核算和造价预算提供了巨大便利，最大限度减少了不必要的浪费，达到良好的绿色施工效果。通过BIM 模型可以汇总单一预制空调板的数量和用料总量以及所有预制空调板的数量，并分别列出相应的工程量清单，包括预制装配式建筑所需配件的名称、规格和数量等信息，为预制空调板的生产提供了科学依据。BIM 技术的自动出图功能可以导出预制空调板深化图纸和整体施工图，并支持动态更新，保证三维模型始终随着二维设计图的更新而动态变化，从而达到精确无误的效果。通过此方式，可以有效避免因钢筋布置或遗漏等因素而导致的空调板浪费问题，为绿色建筑打下良好基础。

3.3 通过BIM技术进行进度管理

在制定完成施工进度计划后，使用BIM 软件模拟施工流程可以检查施工计划的合理性，有助于优化计划。施工过程中，可以预先扫描预制空调板标签匹配实际的施工进度，生成进度和目标的对比文件，以便及时调整偏差。

4 结语

预制空调板三维可视化预装及装配式施工技术是一种采用标准化设计、工厂化生产和装配式施工的工业化生产方式，与传统现浇筑施工模式相比，其可减少建筑垃圾、节省劳动力、缩短施工工期、降低施工能耗以及减少施工扬尘和噪声污染，有利于节约资源和保护生态环境，对推进绿色低碳建设具有积极作用。在预制空调板安装的过程中，要严格遵循施工工序和施工工艺，确保管线与构件紧密贴合，降低管线损坏的风险。