BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用前景分析

成海濱

湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院，湖南湘潭 411100

建筑業(yè)發(fā)展至今，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，產(chǎn)值所占GDP的比值較大，又為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，吸收了大量的從業(yè)人員，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。但傳統(tǒng)的建筑產(chǎn)業(yè)存在以下缺點(diǎn)：能耗較高、環(huán)境污染較為嚴(yán)重、勞動(dòng)效率較為低下，不利于資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。裝配式建筑將成為建筑業(yè)發(fā)展的方向之一，它具有工業(yè)化生產(chǎn)、節(jié)材節(jié)能、降噪減排的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的生產(chǎn)模式。

目前，裝配式建筑在我國(guó)逐漸推廣，但市場(chǎng)占有率較低，還未能做到完全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工業(yè)化生產(chǎn)，其信息化程度不高，與傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)相比，優(yōu)勢(shì)不太明顯。

如將BIM技術(shù)引入裝配式建筑中，使建筑項(xiàng)目在可行性研究、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用和維護(hù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)信息共享，把建筑生產(chǎn)管理模式從事中、事后模式調(diào)整為事前模式，提高建筑設(shè)計(jì)的合理性和施工的質(zhì)量。

1 裝配式建筑和BIM技術(shù)概述

1.1 裝配式建筑

裝配式建筑是指用預(yù)制的構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。相比于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑，這種建筑的優(yōu)點(diǎn)是建造速度快、受氣候條件制約小、節(jié)約勞動(dòng)力、對(duì)環(huán)境污染較小，并可提高建筑質(zhì)量；但同時(shí)也存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大、整體性較差等特點(diǎn)。

20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始引入裝配式建筑技術(shù)，主要以預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件為主，如：預(yù)制樓板、預(yù)制梯板、預(yù)制屋架等[1]。2005年，業(yè)內(nèi)提出了建筑工業(yè)化的概念，裝配式建筑的研究和應(yīng)用發(fā)展較為迅速。2014年，國(guó)家出臺(tái) 《綠色建筑行動(dòng)方案》，加快發(fā)展建筑工程的預(yù)制和裝配技術(shù)，提高工業(yè)化集成水平[2]。2016年，鑒于綠色發(fā)展、建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等要求，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出大力發(fā)展裝配式建筑，發(fā)布了三大裝配式建筑規(guī)范及《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿） 》 （建標(biāo)標(biāo)函 [2016]248 號(hào)） 。從發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)來(lái)看，裝配式建筑已成為我國(guó)建筑行業(yè)未來(lái)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。

目前，我國(guó)裝配式建筑發(fā)展還處于初級(jí)階段，其市場(chǎng)份額和規(guī)模還不大[3]。主要原因在于：（1） 新裝配式技術(shù)推廣不到位，公眾意識(shí)還停留在傳統(tǒng)裝配式建筑的層面，認(rèn)為建筑整體性不好、結(jié)構(gòu)安全余度較低，對(duì)裝配式接受度較低；（2） 裝配式建筑在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編制推廣、產(chǎn)品體系的發(fā)展完善、關(guān)鍵技術(shù)的集成創(chuàng)新、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)自動(dòng)化工藝等方面還存有較大不足；（3） 設(shè)計(jì)施工信息化管理水平不高，與裝配式建筑對(duì)設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工的協(xié)同工作與信息共享要求不匹配。

1.2 BIM技術(shù)

建筑信息制造（Building Information Manufacture，BIM） 是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，通過(guò)三維建筑模型，實(shí)現(xiàn)工程監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工、工程化管理等功能[4]。

BIM具有以下八大特性：信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、 可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性。

如將BIM作為裝配式建筑信息化管理平臺(tái)，將為客戶(hù)提供直觀的可視化展示，由建筑整體結(jié)構(gòu)拆分至分部構(gòu)件，再由分部構(gòu)件組裝為建筑整體，并可建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行構(gòu)件和設(shè)備系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，在BIM平臺(tái)上對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行二維碼編碼，并在構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，以各構(gòu)件二維碼為標(biāo)識(shí)，結(jié)合BIM構(gòu)件參數(shù)和施工圖紙進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)制。施工現(xiàn)場(chǎng)，以構(gòu)件二維碼作為構(gòu)件識(shí)別標(biāo)識(shí)，進(jìn)行準(zhǔn)確安裝裝配，提高施工效率和精確度。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

裝配式建筑深化、合理、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，對(duì)于生產(chǎn)階段預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和施工階段構(gòu)件裝配成建筑整體的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)施工效率至關(guān)重要。傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，多以二維平面設(shè)計(jì)為主，利用CAD繪圖軟件施工圖設(shè)計(jì)，繪圖工作量巨大，各專(zhuān)業(yè)會(huì)簽中難以發(fā)現(xiàn)相互沖突之處。

利用BIM三維建模軟件平臺(tái)，可由各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員建立項(xiàng)目建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等專(zhuān)業(yè)三維信息化模型。與傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)不同的是，基于BIM平臺(tái)的深化設(shè)計(jì)，是從整體到細(xì)部構(gòu)件的拆分，利用不斷完善的構(gòu)件庫(kù)，采取參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行構(gòu)件自動(dòng)化建模和深化設(shè)計(jì)；在施工圖校審和會(huì)簽過(guò)程中，可應(yīng)用BIM平臺(tái)的自動(dòng)查校功能，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行錯(cuò)誤檢查和各專(zhuān)業(yè)施工圖之間的沖突檢查，并進(jìn)一步對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行模擬預(yù)裝配，檢測(cè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的正確性。

以預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)為例，可運(yùn)用BIM“墻體構(gòu)建設(shè)計(jì)”模塊，對(duì)建筑墻體進(jìn)行構(gòu)件化設(shè)計(jì)，具體步驟如下：

① 先將墻體分為承重剪力墻和非承重填充墻；

② 根據(jù)墻體類(lèi)別，分別進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) （通用節(jié)點(diǎn)可從節(jié)點(diǎn)構(gòu)造庫(kù)中直接選擇） ；

③ 針對(duì)于承重剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)（可利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM、YJK等進(jìn)行設(shè)計(jì)，再通過(guò)其BIM軟件接口導(dǎo)入BIM模型） ；

④ 與水電暖等專(zhuān)業(yè)施工圖對(duì)接，按各專(zhuān)業(yè)要求，從水電暖專(zhuān)業(yè)預(yù)埋件庫(kù)中選擇預(yù)埋件，并布置在BIM三維模型中；

⑤ 對(duì)于安裝過(guò)程中，需要預(yù)設(shè)的吊點(diǎn)進(jìn)行吊點(diǎn)布置和設(shè)計(jì)；

⑥ 施工預(yù)留、預(yù)埋設(shè)計(jì)，包括模板加固預(yù)埋件、外架附著預(yù)留預(yù)埋和二次構(gòu)造預(yù)留預(yù)埋等。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

裝配式建筑施工包括預(yù)制構(gòu)件的工廠(chǎng)化生產(chǎn)與施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆及預(yù)制構(gòu)件安裝兩個(gè)部分。

3.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用

工廠(chǎng)化生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑生產(chǎn)周期中的重要環(huán)節(jié)。目前，預(yù)制工廠(chǎng)一般通過(guò)構(gòu)件施工圖對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行放樣、下料和生產(chǎn)。由于施工圖紙中構(gòu)件的表示方式為二維平面表示法，對(duì)于構(gòu)件的外觀尺寸形狀、預(yù)留預(yù)埋件及預(yù)留孔洞表達(dá)不直觀，容易造成生產(chǎn)錯(cuò)誤或錯(cuò)漏。并且，在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，預(yù)制生產(chǎn)進(jìn)度信息與現(xiàn)場(chǎng)施工信息溝通不甚流暢，容易引起構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度不匹配，造成因預(yù)制構(gòu)件短缺工地窩工或預(yù)制構(gòu)件堆放難的問(wèn)題。

利用BIM平臺(tái)信息指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)，則可從模型中直接讀取預(yù)制構(gòu)件的三維放樣信息，直觀明了，減少構(gòu)件的次品率和錯(cuò)漏率。并可在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)BIM平臺(tái)建立與施工現(xiàn)場(chǎng)的信息互通，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)裝配的無(wú)縫對(duì)接。

如今，3D增材打印技術(shù)不斷發(fā)展，已開(kāi)始應(yīng)用于建筑業(yè)生產(chǎn)。將BIM三維信息化模型和3D增材打印技術(shù)相結(jié)合，直接利用BIM模型打印裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件，將大大提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)速度和質(zhì)量。

3.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工中的應(yīng)用

裝配式建筑在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，構(gòu)件吊裝工藝較為復(fù)雜，高空吊裝工作量大，施工安全保障難度大。在安裝施工前，施工單位可利用BIM平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)件吊裝和裝配模擬，對(duì)裝配施工流程進(jìn)行優(yōu)化，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。

裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)與傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)有所不同，對(duì)于預(yù)制構(gòu)件堆放存貯場(chǎng)地要求較高?？衫肂IM平臺(tái)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行二維碼編碼，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的分類(lèi)堆放。并可在BIM平臺(tái)上編制構(gòu)件堆放目錄，施工中按相關(guān)編號(hào)進(jìn)行構(gòu)件存貯位置查詢(xún)，可快速定位所需構(gòu)件位置，進(jìn)一步安排最優(yōu)運(yùn)輸?shù)跹b路線(xiàn)，提高吊裝施工效率。

如能在BIM 模型中加入人力、材料、機(jī)具和時(shí)間數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善BIM平臺(tái)，將大大提高施工單位對(duì)裝配式建筑整個(gè)施工過(guò)程各項(xiàng)資源投入情況的把控，并可針對(duì)施工條件的改變，及時(shí)作出調(diào)整，優(yōu)化施工方案，提高建筑施工質(zhì)量和節(jié)約工程造價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將BIM信息化技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑當(dāng)中，將利用BIM強(qiáng)大的可視化、信息化和專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)性，充分突出裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，提高裝配式建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作和施工安裝的技術(shù)水平，降低工程造價(jià)，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)作出貢獻(xiàn)。

目前，BIM平臺(tái)與裝配式建筑的緊密結(jié)合，還存在一些技術(shù)上的問(wèn)題，比如：BIM構(gòu)件庫(kù)不足以支撐裝配式建筑構(gòu)件需求；BIM軟件與其他設(shè)計(jì)軟件的接口問(wèn)題，尚不能實(shí)現(xiàn)模型互導(dǎo)；BIM平臺(tái)中時(shí)間和資源維度模型缺失等。因此，如能在工程實(shí)踐中，對(duì)BIM技術(shù)和裝配式建筑進(jìn)一步磨合和完善，將進(jìn)一步促進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈拓展，成為建筑產(chǎn)業(yè)化新時(shí)代的創(chuàng)新趨勢(shì)。

[1] 樊軍， 楊嗣信.關(guān)于實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的思考及建議[J].建筑技術(shù)，2017，48（2） ：118-122.

[2] 國(guó)務(wù)院辦公廳.《綠色建筑行動(dòng)方案》成為建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展指南[J].住宅產(chǎn)業(yè)， 2014（11） ：8-13.

[3] 楊闖， 劉香.我國(guó)裝配式住宅現(xiàn)存問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略分析[J].建筑技術(shù)，2010，41（12） ：1074-1077.

[4] 陳玲燕.BIM在建筑工程項(xiàng)目全壽命周期中的應(yīng)用價(jià)值[J].安徽建筑，2015（6）：221-224.