BIM虛擬仿真技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；施工；信息技術(shù)；BIM技術(shù)；虛擬仿真

中圖法分類號：TU974 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著建筑工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，計算機(jī)硬件性能的提高與軟件的高速發(fā)展，BIM虛擬仿真技術(shù)因其具有詳細(xì)的建筑信息與裝配式建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，將BIM虛擬仿真技術(shù)和裝配式建筑結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合在一起，既可以將裝配式建筑的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，又可以將BIM仿真技術(shù)具有的電子信息集成優(yōu)勢呈現(xiàn)出來，進(jìn)而促使建筑設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、經(jīng)營管理以及現(xiàn)場施工等融為一體。對于BIM技術(shù)而言，虛擬仿真施工技術(shù)是重要組成部分，將BIM核心模型的每個裝配式構(gòu)件賦予具體參數(shù)，采用此技術(shù)將裝配式建筑中的場地布置、管線安裝以及構(gòu)件吊裝通過3D動畫漫游對實(shí)際工程進(jìn)行虛擬仿真建造展示，更容易提前發(fā)現(xiàn)問題，可從根本上解決施工中遇到的碰撞問題，節(jié)省造價、縮短工期、提高施工效率，為施工信息化優(yōu)化管理提供保證，并在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

1裝配式建筑的優(yōu)勢

對于裝配式建筑來說，其主要優(yōu)勢為：（1）綠色施工，這也是其與以往傳統(tǒng)建筑明顯的不同之處，通常裝配式建筑所采用的內(nèi)外墻隔板、樓層板、樓梯等按照工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)制造，能夠有效節(jié)約建筑項(xiàng)目所耗費(fèi)的人力、物力等資源；（2）可以使污染量被控制，在以往的建筑施工過程中，通常會用到水泥、砂石等材料，在實(shí)際施工現(xiàn)場，經(jīng)過攪拌與砌筑施工后，將會產(chǎn)生許多粉塵與建筑垃圾，而裝配式建筑則只在施工現(xiàn)場開展裝配與連接工作，可以有效控制生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的粉塵與揚(yáng)塵，符合當(dāng)前的環(huán)保理念；（3）可以節(jié)約資源，從裝配式建筑實(shí)際情況來看，其在模板與澆筑混凝土方面的工作量要求比較少，對于水資源的消耗也比較少，可以有效控制揚(yáng)塵污染；（4）在裝配式建筑中，其所需要的很多構(gòu)件都是依據(jù)相應(yīng)的質(zhì)量規(guī)范，在工廠與專業(yè)人員的監(jiān)督下，標(biāo)準(zhǔn)化完成生產(chǎn)與使用，促使建筑質(zhì)量得以提升；（5）隨著裝配式建筑的廣泛應(yīng)用，建筑行業(yè)中工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化與信息技術(shù)也得到了融合和發(fā)展，推動建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性的改革。

2 BIM技術(shù)

2.1 BIM虛擬仿真技術(shù)

所謂BIM虛擬仿真技術(shù)，主要指的是依托3D技術(shù)，創(chuàng)設(shè)與工程建筑相符合的數(shù)字模型，在不斷對工程信息進(jìn)行完善后，使得施工單位獲得相應(yīng)的技術(shù)支持。該技術(shù)的核心在于對建筑工程的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行整合后，構(gòu)建三維模型，同時在數(shù)字化支持下，使得模型可以獲得正確且完整的工程信息庫，可進(jìn)行虛擬仿真建造。在該技術(shù)的有力支持下，建筑人員的施工效率能夠得到有效提升，同時可以優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使施工安全獲得保障。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1虛擬性

對于建筑工程而言，其在應(yīng)用BIM技術(shù)過程中，能夠?qū)Σ煌ぷ黜?xiàng)目開展仿真工作，尤其是相關(guān)人員在開展設(shè)計工作、實(shí)際施工以及工程實(shí)際運(yùn)營過程中都具有一定優(yōu)勢。在開展設(shè)計工作過程中，相關(guān)人員可以依托BIM技術(shù)開展模擬實(shí)驗(yàn)。比如，可以模擬一些特殊情況、應(yīng)急狀況、承載力和熱傳導(dǎo)等，在開展模擬實(shí)驗(yàn)過程中，相關(guān)人員可以及時對工程建設(shè)中的不足予以完善，同時可以幫助其及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效措施解決潛在問題。

2.2.2可視化

在建筑工程的實(shí)際建設(shè)過程中，BIM虛擬仿真技術(shù)在獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)與信息后，依托數(shù)字建模，使得每一個施工環(huán)節(jié)都變得更加完善，并且可以設(shè)計出相應(yīng)的建筑圖紙以及提供高效的施工方案。該技術(shù)能夠直接創(chuàng)設(shè)出相應(yīng)的三維施工圖紙，同時可以開展動態(tài)化虛擬營造管理，3D模型真實(shí)性的直觀表達(dá)，更符合人的直覺，能更清楚地了解建造物的空間關(guān)系。

2.2.3協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)具有協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，主要指的是其可以協(xié)調(diào)每一位員工的工作。比如，在對結(jié)構(gòu)碰撞系統(tǒng)進(jìn)行測試時，采用BIM虛擬仿真技術(shù)，可以及時反饋實(shí)驗(yàn)過程的參數(shù)與數(shù)據(jù)，以此為設(shè)計人員和施工人員進(jìn)行協(xié)調(diào)交流提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。與此同時，BIM技術(shù)還可以使多方人員的需求得到滿足，在實(shí)際建設(shè)過程中，可以對設(shè)計方案進(jìn)行更改與完善。此外，BIM技術(shù)可以將設(shè)計圖紙充分展現(xiàn)出來，使設(shè)計人員與業(yè)主之間的溝通變得更加便捷，其能夠有效避免相關(guān)問題，切實(shí)保障工程的施工質(zhì)量。

3傳統(tǒng)裝配式建筑施工中的不足

3.1設(shè)計專業(yè)協(xié)作性差

傳統(tǒng)裝配式建筑施工基于二維平面設(shè)計圖紙進(jìn)行施工，由于建筑工程專業(yè)多，各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)圖紙相對獨(dú)立，基于傳統(tǒng)管理方式的各信息未被有效連接，在施工階段，需要將專業(yè)設(shè)計圖紙進(jìn)行穿插匯總使用，這會導(dǎo)致圖紙信息不協(xié)調(diào)。此外，因?yàn)槠矫嬖O(shè)計圖紙表述過于專業(yè)、復(fù)雜，當(dāng)施工人員對照設(shè)計圖紙施工時，有時會對設(shè)計圖紙解讀錯誤，從而造成施工錯誤，并且可能導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患。

3.2施工技術(shù)協(xié)調(diào)性不足

裝配式建筑屬于一個系統(tǒng)化的項(xiàng)目，需要通過多種專業(yè)技術(shù)的交叉作業(yè)來進(jìn)行施工，在此前提下，各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)工作要有一個良好的協(xié)調(diào)關(guān)系，才能確保工序質(zhì)量的提高，但其中專業(yè)人員之間的溝通存在諸多問題，導(dǎo)致多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)在實(shí)施時存在協(xié)調(diào)性不足的現(xiàn)象。例如，將水電管線安裝在建筑構(gòu)件上胡亂開槽、開孔等，此類現(xiàn)象不但會造成施工質(zhì)量下降，還會增加工期和造價。

3.3施工質(zhì)量管理不足

要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的裝配式建筑施工，就有必要借用建筑智能化、信息化技術(shù)等對施工過程進(jìn)行精細(xì)化管理。目前，我國建筑業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用不足，管理過于粗放，如構(gòu)配件在運(yùn)輸、堆放、吊裝、安裝等環(huán)節(jié)缺乏完善的技術(shù)與人員安排，準(zhǔn)備工作不夠充分，導(dǎo)致施工企業(yè)無法把握工程質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，對于施工過程中出現(xiàn)的問題，缺乏完善的施工方案，導(dǎo)致影響施工質(zhì)量和工作效率，

4 BIM仿真技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

4.1依托BIM技術(shù)，提高跨專業(yè)協(xié)作能力

對于裝配式建筑施工來說，各專業(yè)之間與各工種之間的協(xié)作，對于提升施工效果有著重要影響。將BIM虛擬仿真技術(shù)引入施工中，可以為協(xié)同管理打下良好基礎(chǔ)。具體來說，BIM仿真技術(shù)的主要價值在于，可以將各專業(yè)使用的軟件與設(shè)計圖紙等要素融入模型中，促使各專業(yè)以共享信息為基礎(chǔ)，提高各專業(yè)之間的溝通效率。比如，在開展碰撞檢測時，相關(guān)人員可以依托BIM虛擬仿真技術(shù)平臺，將各專業(yè)軟件進(jìn)行有效整合，借助管線綜合模型進(jìn)行仿真模擬碰撞，以此來考察各專業(yè)、各工種的協(xié)同水平，以及在施工前發(fā)現(xiàn)和解決各專業(yè)、各工種之間存在的沖突。此外，為滿足項(xiàng)目部各層級人員對信息模型實(shí)際的需求，可以將設(shè)計、施工、驗(yàn)收等信息錄入相應(yīng)構(gòu)件并建立檔案，經(jīng)過輕量化的BIM模型，生成二維碼分享鏈接即可查看，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間建筑信息共享和各工種無障礙溝通。由此可見，從施工效率與施工成本來看，采用BIM仿真技術(shù)可以提升跨專業(yè)協(xié)作水平。

4.2依托BIM技術(shù)，完成構(gòu)件的拆分工作

對于裝配式建筑項(xiàng)目來說，在設(shè)計階段，模型中的構(gòu)件組合始終處于統(tǒng)一的整體，設(shè)計者應(yīng)重視構(gòu)件的拆分工作，以此使得工廠可以獨(dú)立生產(chǎn)構(gòu)件，結(jié)合建筑的實(shí)際特點(diǎn)來對構(gòu)件進(jìn)行拆分。通常情況下，應(yīng)滿足多種組合、較少規(guī)格的需求，使得裝配組件模具數(shù)量得以減少，進(jìn)而促使工廠的生產(chǎn)效率得以提升。對于設(shè)計者而言，其在全面了解和掌握拆分規(guī)則后，可以依托BIM模型來完成構(gòu)件的拆分以及構(gòu)件連接設(shè)計與鋼筋配置等工作。設(shè)計者依托BIM虛擬仿真技術(shù)完成構(gòu)件的拆分工作，可以從不同維度使得不同構(gòu)件之間的關(guān)系變得更加明確，使得構(gòu)件之間的連接方式變得更加明確，以此促使設(shè)計者在三維立體的視覺觀察下，能夠更加明確拆分模型。BIM仿真技術(shù)的有效應(yīng)用，使得以往工程的復(fù)雜系數(shù)得以降低，設(shè)計誤差也得以減少，并且可以及時保存與保留拆分構(gòu)件的糾錯能力。同時，在開展生產(chǎn)活動的過程中，使得模型信息可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時共享，從而促使建筑工程進(jìn)度得到有效保障，進(jìn)而促使實(shí)際生產(chǎn)效率得以提升。

4.3依托BIM技術(shù)，對整體設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化

在整個裝配式建筑工程中，BIM虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用有著一定的優(yōu)勢與特點(diǎn)。首先，采用BIM技術(shù)可以使建筑工程得到全面優(yōu)化，在以往建筑工程設(shè)計中，通常以紙面設(shè)計為基礎(chǔ)，普遍采用平面建筑的設(shè)計方式。但是，采用BIM虛擬仿真技術(shù)可以建立3D數(shù)字模型，通過BIM模型漫游、屬性察看、剖切、測量、過濾、查詢等操作，設(shè)計者可以直觀地對設(shè)計進(jìn)行觀察，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并采取相應(yīng)的解決措施。同時，由于其具有一定的可視化和模擬特點(diǎn)，可以對建筑設(shè)計進(jìn)行合理的規(guī)劃和安排，從而有效提升整體效果，減少或者避免可能出現(xiàn)的設(shè)計問題，最終實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計效果的提升。

4.4依托BIM技術(shù)，優(yōu)化建筑施工方案

在開展裝配式建筑活動時，相關(guān)工作人員可以依托BIM虛擬仿真技術(shù)對建筑施工方案進(jìn)行優(yōu)化。裝配式建筑構(gòu)件通常在生產(chǎn)車間加工完成，接著將房屋所需的不同構(gòu)件運(yùn)至工地現(xiàn)場，并開展裝配工作，在實(shí)際裝配過程中，通常會進(jìn)行吊裝施工。比如，在進(jìn)行工程吊裝施工前，相關(guān)人員首先應(yīng)將與工程相關(guān)的參數(shù)、與機(jī)械相關(guān)的數(shù)據(jù)錄入建筑立體模型中，從而將工程的實(shí)際安裝質(zhì)量和施工進(jìn)度及時反映出來。同時，還應(yīng)在靜態(tài)模型場景中，添加不同的吊裝程序，并選擇最合適的施工方案。此外，相關(guān)人員應(yīng)以此分析結(jié)構(gòu)為依托，針對施工現(xiàn)場的進(jìn)度，開展相應(yīng)的實(shí)時仿真模擬工作，對工程人員與施工設(shè)備進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)配，確定人員的實(shí)際分工情況和具體位置。

采用BIM虛擬仿真技術(shù)對施工場地布置、材料堆放、車輛運(yùn)行模擬、安全文明施工、臨時用電布置、危險源辨識等進(jìn)行模擬演示，對于系統(tǒng)界面呈現(xiàn)出的變化，相關(guān)人員還應(yīng)將其制作成視頻，以此為施工人員比照視頻提供更多便利，使其可以有效分析建筑施工中存在的誤差和問題，并提前優(yōu)化方案、提出合理化建議，對施工總平面規(guī)劃進(jìn)行虛擬仿真，可以確保施工安全、科學(xué)，節(jié)約成本。

4.5依托BIM技術(shù)，完善建筑材料管理

相關(guān)人員在對材料進(jìn)行管理時，采用BIM技術(shù)可以讓管理變得更加完善。對于裝配式建筑來說，在生產(chǎn)其需要的預(yù)制構(gòu)件時，生產(chǎn)現(xiàn)場將會堆放很多生產(chǎn)材料與構(gòu)件。因此，相關(guān)人員在對這些預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類與貯存時，將會花費(fèi)很多的資源與資金，并且還常常會發(fā)生各種各樣的問題。采用BIM技術(shù)錄入每個預(yù)制構(gòu)件的編碼檔案，包括編號、樓層、屬性、特點(diǎn)、施工要求等，生成數(shù)據(jù)表格并進(jìn)行模擬安裝，從而使相關(guān)人員全面掌握工程項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度情況，并將生產(chǎn)階段所需的材料提前準(zhǔn)備好，讓各種所需原材料數(shù)量能夠始終保持均衡，則可以有效避免缺少材料或者購買的材料數(shù)量過多等問題的發(fā)生。

在對材料進(jìn)行驗(yàn)收時，相關(guān)人員可以直接對構(gòu)件信息進(jìn)行采集，從而可以有效提升工作效率。在實(shí)際施工過程中，通過應(yīng)用BIM虛擬仿真技術(shù)，對于實(shí)際消耗的材料，相關(guān)人員可以對其進(jìn)行收集與整理，并對實(shí)際消耗的材料數(shù)量與預(yù)計消耗的數(shù)量進(jìn)行對比，從而為后續(xù)開展材料管理打下良好基礎(chǔ)。同時，在實(shí)際工作過程中，還可以對材料的生產(chǎn)與運(yùn)輸、材料到貨后的驗(yàn)收等有所幫助，從而更好地開展材料管理工作。

4.6依托BIM技術(shù)，開展信息化管理

首先，對設(shè)備開展信息化管理。將BIM虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備管理中，可以將設(shè)備的相關(guān)信息，如型號、購買時間與維修記錄等，采用掃描的形式錄入BIM模型中，并且維修人員也可以采用RFID技術(shù)快速查找出設(shè)備中的相關(guān)信息，從而促使BIM模型和建筑的實(shí)際信息情況實(shí)現(xiàn)同步，以此幫助其對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況、實(shí)時動態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，同時可以對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控等。維修人員通過BIM技術(shù)還可以制定科學(xué)的維修計劃，以此減少設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。其次，空間信息化管理。相關(guān)人員可以通過BIM虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前空間的預(yù)測、規(guī)劃與管理，以此滿足裝配式建筑在進(jìn)行空間管理時的不同需求。采用此技術(shù)將空間按照功能予以劃分，可以有效避免發(fā)生空間重疊與浪費(fèi)的現(xiàn)象，并且可以將BIM技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對建筑空間的全景觀察，并掌握建筑空間的實(shí)際使用情況。

5結(jié)束語

隨著建筑行業(yè)工業(yè)化、數(shù)字化、智能化的加快推進(jìn)，對于裝配式建筑施工而言，將BIM虛擬仿真技術(shù)引入其中，不僅可以使裝配式建筑施工管理走向精細(xì)化、專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，還使得不同資源的利用率得到有效提升，同時促進(jìn)我國智能建造技術(shù)的發(fā)展，有效解決傳統(tǒng)建筑在實(shí)際施工中存在的問題，為建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。作者簡介：

王喜勇（1981—），本科，工程師，研究方向：信息技術(shù)、工程管理。