畢于強，張 強

（上海砼森建筑規(guī)劃設計有限公司山東分公司，山東 淄博 255030）

由于傳統(tǒng)預制構(gòu)件所采用的原材料多為單件小批量生產(chǎn)，這就使得其生產(chǎn)效率低且勞動力不足，同時因為裝配式施工具有高效性與節(jié)能化等優(yōu)點而備受青睞。建筑信息模型（BIM）是未來信息建筑發(fā)展趨勢的一個新方向，在建筑工程領域，BIM 技術(shù)也將成為建筑工程領域今后發(fā)展的一個趨勢。在裝配式建筑中，設計師能夠根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，對建筑項目進行合理的規(guī)劃，并通過三維建模軟件建立工程模型。同時還能利用CAD/CAM 等計算機輔助設計工具來實現(xiàn)構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)和設備間以及各專業(yè)之間協(xié)同工作能力及信息共享與協(xié)調(diào)控制功能；裝配式建筑相比于傳統(tǒng)建筑的形式，具有施工周期短、環(huán)境污染小、標準化程度高等優(yōu)點，是未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向。

1 BIM 技術(shù)與裝配式建筑的定義和特征

1.1 BIM 技術(shù)基本理論

第一，利用數(shù)字信息技術(shù)構(gòu)建一個完整而又精確高效且易于維護的信息平臺：將BIM 技術(shù)應用到傳統(tǒng)二維平面設計和三維立體模型制作，可通過對構(gòu)件數(shù)據(jù)進行計算生成三維空間圖形；第二，利用數(shù)字信息模型對構(gòu)件進行三維實體建模，可將裝配式建筑的各個過程模擬成一個完整而又精確的虛擬空間，并通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)、靜態(tài)碰撞仿真；第三，利用數(shù)字信息模型進行可視化的建模：在裝配式建筑中，構(gòu)件之間通過二維空間數(shù)據(jù)相互連接，并可以對其結(jié)構(gòu)特征和施工過程模擬出真實、精確的三維實體，幾何形狀通過這種虛擬的空間實體的建立，可對裝配式建筑進行全方面、多層次設計，并最終實現(xiàn)三維幾何造型[1]。

1.2 裝配式建筑的定義和特征

裝配式建筑是指把部分傳統(tǒng)建造方式下的現(xiàn)場作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠進行加工制作，再將工廠加工制作好的建筑構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等）運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式進行裝配安裝后形成的建筑。裝配式建筑主要有以下幾個特征：（1）建筑構(gòu)件預制。在工廠或制造基地內(nèi)，技術(shù)人員會根據(jù)委托方提供的設計圖紙使用混凝土等材料預制建筑構(gòu)件，如預制墻板、預制梁、預制柱、預制樓板等。這些建筑構(gòu)件在制造時必須經(jīng)過嚴密計算和質(zhì)量控制，以確保其尺寸標準、質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。（2）標準化和模塊化。裝配式建筑強調(diào)標準化和模塊化設計，提倡將尺寸規(guī)格相同的建筑構(gòu)件交付工廠統(tǒng)一制備。如此一來，同類裝配式建筑就可以共用同一批預制構(gòu)件，進而提高生產(chǎn)效率，降低施工成本。（3）支持現(xiàn)場組裝。預制構(gòu)件制造完成就可以直接運送到施工現(xiàn)場，由施工人員根據(jù)設計圖紙進行組裝，最終形成完整的建筑結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)建造模式相比，現(xiàn)場組裝預制構(gòu)件的施工周期明顯縮短，施工成本相對更低。（4）便于質(zhì)量控制。承接預制構(gòu)件制造的工廠有高度自動化的生產(chǎn)設備和成熟且嚴格的質(zhì)量檢驗流程。因此，在工廠標準化生產(chǎn)環(huán)境下制造出的預制構(gòu)件存在質(zhì)量問題的概率較低。（5）適用范圍更廣。裝配式建筑不僅適用于住宅建筑，還適用于商業(yè)建筑、公共設施、橋梁以及基礎設施等領域[2]。

2 裝配式建筑施工現(xiàn)狀

2.1 管理體系不健全

許多建筑公司缺乏適合他們的管理體系，缺乏專業(yè)的管理團隊。這導致他們無法充分評估項目的實際情況，并且缺乏對一些關鍵技術(shù)指標的充分掌握。此外，由于缺乏專門的技術(shù)人才，施工過程也缺乏監(jiān)督。由于缺乏良好的人才招聘機會，加上缺乏有效的績效考核機制，使得項目管理出現(xiàn)了嚴重的紊亂，施工條件也極其糟糕。此外，一些建筑公司為了獲取更多的利潤，采取了多種措施，但是這些措施都未能達到預期的效果，使得管理混亂，結(jié)構(gòu)失衡，缺乏針對性的政策制定，加上負擔沉重的任務，使得工程項目的管理和質(zhì)量受到嚴重影響。

2.2 建筑工地管理意識薄弱

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的建筑工程項目越來越多，施工環(huán)節(jié)也變得越來越復雜。為了保證工程的順利完成，各部門必須加強協(xié)作，提高施工質(zhì)量。然而，有些地方的施工人員缺乏良好的現(xiàn)場管理意識，導致他們無法有效地掌握施工的每一步驟，從而限制了施工的效率。一些管理人員缺乏安全責任感，當發(fā)生問題時，他們也無法迅速采取行動，還導致責任被推卸，嚴重阻礙了建筑項目的實施進度與效率[3]。

2.3 構(gòu)件方面存在的質(zhì)量問題

首先是在裝配式建筑設計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的質(zhì)量問題，我國目前裝配式構(gòu)件無論是在設計還是生產(chǎn)等工作環(huán)節(jié)中，仍舊處在初級的起步階段中，并沒有充分結(jié)合項目的實際開展情況來發(fā)布預制構(gòu)件設計生產(chǎn)以及質(zhì)量檢測的基本規(guī)則。在這種情況下進行設計時，各大專業(yè)之間很難實現(xiàn)高效的協(xié)同配合，這樣就會導致構(gòu)件在設計尺寸以及各大點位方面的設計缺少合理性，同時，生產(chǎn)人員與設計人員之間也并沒有進行高效的溝通交流，這樣就會導致構(gòu)件產(chǎn)生設計不夠合理，或是成品與設計內(nèi)容之間存在較大差異等問題，在后續(xù)針對構(gòu)件進行拼裝時，也很可能由于縫隙比較大出現(xiàn)折斷等情況，這就需要針對構(gòu)件進行返廠或是報廢處理，進一步提升了建設成本方面產(chǎn)生的消耗，并且還會引發(fā)較為嚴重的質(zhì)量安全問題出現(xiàn)；其次則是運輸現(xiàn)場材料堆放所產(chǎn)生的質(zhì)量問題，裝配式建筑當中的各類預制構(gòu)件，其具備著數(shù)量比較大以及薄厚程度不同等多種特征，通常情況下都會在構(gòu)件生產(chǎn)廠商進行集中化生產(chǎn)過后，將這部分構(gòu)件運送到各大施工現(xiàn)場當中，不僅運輸?shù)穆烦瘫容^遠，涉及的運輸環(huán)境也比較復雜。而在實際構(gòu)件運輸階段中，各類構(gòu)件的擺放與固定情況不夠規(guī)范，這樣就會導致構(gòu)件之間產(chǎn)生互相碰撞等情況，容易引發(fā)構(gòu)件斷裂或是部位脫落等問題出現(xiàn)，這些都會對整體工程質(zhì)量產(chǎn)生較為嚴重的影響。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設計和施工中的應用優(yōu)化

3.1 準備工作

第一，Revit 軟件中包含了大量的建筑類型、尺寸、形態(tài)等參數(shù)變量信息，因此，在利用BIM 技術(shù)進行裝配式建筑施工作業(yè)期間，需要對各不同構(gòu)件的參數(shù)信息進行調(diào)整，對于同一種類的構(gòu)件則可通過修改參數(shù)的方式減少工作量，提高作業(yè)速度。第二，為盡量降低構(gòu)件在搬運、二次吊裝等工程中出現(xiàn)的額外成本，相關技術(shù)人員需嚴格依據(jù)預定施工規(guī)范及標準，制定精確的數(shù)據(jù)族庫。第三，數(shù)據(jù)族庫的建立，可幫助各施工主體開展合理的溝通交流，其中，主要可分為裝配式裝修構(gòu)件標準族庫、預制構(gòu)件標準族庫兩類，因此，數(shù)據(jù)族庫需要嚴格參照具體的構(gòu)件施工性能、類別、使用模式及建筑結(jié)構(gòu)體系進行合理分類。創(chuàng)建標準化族庫的優(yōu)勢在于可隨時進行資料調(diào)用、調(diào)整建模，節(jié)約了重新構(gòu)圖的時間。

3.2 BIM 模型建立與圖紙繪制

采用BIM 技術(shù)對裝配式建筑的三維可視化信息模型加以構(gòu)建，生成裝配式建筑的三維獨立空間設計方案，并在BIM 專業(yè)軟件平臺中予以可視化展示。設計人員可輸入與調(diào)整三維信息化模型的相關參數(shù)，實現(xiàn)對裝配式建筑BIM 模型的快速更新與自動渲染。若是設計人員未對裝配式建筑BIM 模型的相關參數(shù)進行重設，則采用構(gòu)件庫的默認值并自動生成三維設計方案。相較于傳統(tǒng)的二維平面圖紙，BIM 三維信息化模型的立體感與可視化程度更加直觀，同時其對裝配式建筑構(gòu)件的細節(jié)表達、全局特征、空間關系等的刻畫也更為全面。對空間狹小區(qū)域豎向凈高盡可能地在早期進行干預與分析，提高住戶的體驗與設計的質(zhì)量，再通過基于BIM 技術(shù)的機電管線進行管線綜合優(yōu)化項目管綜布局、滿足凈高要求。對空間在早期提前進行規(guī)劃與干預，輔助機電工程師有效率地進行管線的排布。設計人員可以點擊BIM 三維信息化模型查詢到裝配式建筑具體構(gòu)件的規(guī)格尺寸、功能特性、用途、材料等屬性數(shù)據(jù)。對于現(xiàn)代建筑設計中常用的CAD 軟件，BIM 專業(yè)軟件平臺也有著較好的兼容性與連接性，可以將CAD軟件設計好的二維矢量化圖紙直接導入到BIM 專業(yè)軟件中，并根據(jù)設計需要動態(tài)變更裝配式建筑的設計圖紙，進一步提高了BIM 技術(shù)在裝配式建筑設計應用中的整體性[4]。

3.3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設計

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設計是BIM 技術(shù)在裝配式建筑設計中的最重要的應用。由于裝配式建筑是由若干個構(gòu)件按照一定空間布局與空間關系有機組合，BIM 技術(shù)可以為構(gòu)件的標準化、規(guī)范化設計提供良好的技術(shù)支撐。針對裝配式建筑的各個構(gòu)件，可在BIM 專業(yè)軟件平臺中自定義構(gòu)件族庫，形成裝配式建筑構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫，作為裝配式建筑的基礎。在設計具體的裝配式建筑時，從構(gòu)件族庫中快速、直接調(diào)用相關標準構(gòu)件，并根據(jù)設計需要對構(gòu)件的規(guī)格參數(shù)、功能特性等進行調(diào)整。通過若干個構(gòu)件BIM 模型的空間嵌套與組合，生成各種類別與特性的裝配式建筑三維立體可視化信息模型，以標準構(gòu)件的調(diào)用與參數(shù)調(diào)整提高裝配式建筑的設計效率，促進裝配式建筑設計的標準化與數(shù)?；?，簡化裝配式建筑設計流程，減少裝配式建筑設計工作量。

3.4 提高構(gòu)件庫存、運輸和現(xiàn)場管理

BIM 技術(shù)在裝配式建筑的應用，可以提高現(xiàn)場施工的水平，優(yōu)化運輸流程和施工工藝。預制構(gòu)件生產(chǎn)后的運輸和施工需要進行分類管理。BIM 技術(shù)可在施工前對構(gòu)件的運輸和安裝進行仿真模擬，預防突發(fā)事件。完成整體建模后，模擬可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，制定和完善安全管理預案，避免安全事故的發(fā)生。通過三維可視化的管理，合理安排現(xiàn)場的布置和運輸?shù)跹b路線，提高效率，加快進度，避免反復工作。同時，實時讀取在構(gòu)件生產(chǎn)中植入包含構(gòu)件信息的無線射頻識別（RFID）芯片，核對信息，提高管理水平。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應用原則

4.1 模數(shù)化設計

在目前的社會各產(chǎn)業(yè)已與信息化接軌，利用信息化的生產(chǎn)技術(shù)為建筑提供了方便。利用相關技術(shù)和平臺資源數(shù)據(jù)的分析方法，對建筑工地進行現(xiàn)場管理，既可以簡化工程過程，又可以提高工程的控制水平。BIM 的模數(shù)化設計，是國內(nèi)建筑行業(yè)的先進技術(shù)和先進的發(fā)展水平。在國內(nèi)，許多建筑都采用了BIM 技術(shù)，比如上海迪士尼公園、北京鳳凰文化中心等。裝配式建筑模數(shù)化設計是指采用基本模數(shù)、擴大模數(shù)和分模數(shù)的RNG 法來設計預制件、建筑組合件等，實現(xiàn)建筑工業(yè)化、標準化、智能化，保證建筑的主體與整體的協(xié)調(diào)性。另外，模數(shù)設計的另外一個功能是保證結(jié)構(gòu)的標準化和通用性，以實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的要求，以減少制造成本。

4.2 標準化設計

標準化設計是建筑工業(yè)化的重要發(fā)展方向，它可以實現(xiàn)大量的構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)，降低了工地的工作量，提高了項目的工作效率。因此，在建筑規(guī)范設計中，應根據(jù)建筑的不同類型、配件、連接要求，制訂出一套系統(tǒng)的設計方法和流程。在此必須指出，由于受天氣、生產(chǎn)等客觀因素的影響，裝配式建筑具有一定的地域特征，難以形成完整的標準化體系，并且一些構(gòu)件只能在一個較小的區(qū)域進行標準化的設計。比如，我國南北兩個區(qū)域的氣候差異很大，外墻的保溫、耐腐蝕、防水等方面都有很高的要求，所以外墻的設計不可能做到全國統(tǒng)一，只能根據(jù)不同的區(qū)域來制定。在進行建筑仿真時，還可以根據(jù)特定地區(qū)的特定環(huán)境特點，設定不同的施工場地布局，并根據(jù)不同的特點進行調(diào)整，保證設計的規(guī)范化[5]。

4.3 協(xié)同設計

裝配式建筑的協(xié)作設計是指各制造企業(yè)在協(xié)作的基礎上進行專業(yè)化集成設計，既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，又能及時地發(fā)現(xiàn)各種問題，提高企業(yè)的協(xié)作能力。尤其是對裝配式建筑來說，由于其施工現(xiàn)場的拼裝形式，許多構(gòu)件中都有可能存在著預制件，因此若不注意到這些問題，在現(xiàn)場安裝時就難以進行后續(xù)的施工。這就意味著，在協(xié)同設計階段，設計師和工程師必須明確自己的職責，通過BIM 技術(shù)，建立起一個系統(tǒng)化的平臺，讓不同的專業(yè)人員可以在這個平臺上進行設計和分享，同時也可以讓生產(chǎn)廠家和施工單位提前進入到平臺中進行工作協(xié)調(diào)。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)趨于成熟，應用的范圍不斷拓展。BIM 技術(shù)為裝配式建筑提供了信息交互平臺，實現(xiàn)了多專業(yè)信息互通，提高了工作效率，使裝配式建筑的施工更加科學、可視化。裝配式建筑工程中BIM 技術(shù)在設計優(yōu)化、模擬實施、進度管理等方面發(fā)揮了重要作用。BIM技術(shù)的順利實施為項目創(chuàng)造了經(jīng)濟效益與社會效益，為企業(yè)積累了經(jīng)驗與業(yè)績。在我國龐大的建筑市場中，建筑信息化是一條必由之路，BIM 技術(shù)將發(fā)揮重要作用。