基于BIM技术的装配式建筑构件的应用

许蓝月，单贺明，黄春阳

（1.安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳455000；2.安阳师范学院建筑工程学院，河南安阳455000）

2017年3月23日住房和城乡建设部发布的《“十三五”装配式建筑行动方案》指出要建立适合BIM技术应用的装配式建筑工程管理模式，推进BIM技术在装配式建筑规划、勘察、设计、生产、施工、装修、运行维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理。在该目标的指引下，BIM技术越来越多地应用于装配式建筑工程中，实现装配式建筑工程项目信息的集成、管理、共享，促进装配式建筑的推广[1]。

随着我国装配式建筑市场规模的迅速扩张，2018年装配式建筑市场占有量较2017同比增长将近60%，产值超过了4000亿元。装配式建筑的迅速发展，现行现浇式建筑的设计建造方法有逐渐被取代的趋势，BIM技术已经成为装配式建筑发展过程中至关重要的技术手段[2]，它实现了对装配式建筑构件的精细化管理，提高了信息在各阶段的传递和流转效率、专业间的协同配合，也实现了对装配式建筑构件全生命周期的管理，不断推动着装配式建筑技术的日新月异以及我国建筑工业化的发展。

装配式建筑的信息化已经开启，装配式建筑的工业化正在形成，智能化的装配式建筑正在萌芽[3]。自《“十三五”装配式建筑行动方案》对近五年全国不同地区应建装配式建筑占新建建筑的比例提出具体目标要求以来，我国装配式建筑呈现出蓬勃发展的态势。大力发展预制装配式建筑，实现建筑产业全面转型升级，成为“互联网+”背景下建筑业发展的不二之选。基于BIM技术的装配式建筑构件，必然会引起一场预制装配式建筑领域内的技术性革新。

1 BIM技术

BIM(即 Building Information Modeling)技术是建筑信息模型的缩写，它以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的可视化工程数据模型[4]。这种模型服务于建筑全生命周期管理 BLM(Building Lifecycle Management)，对建筑工程项目的设计、施工、运维等各个阶段的工作进行指导，实现工程信息的共享与传递，是项目的实际管控者。

BIM技术是对建筑工程项目设计、施工以及运维阶段情况的真实反应，它具有以下5个特点：（1）可视化：BIM技术可将平面图纸转化为3D立体呈现，也可对整个项目的建设全过程进行动画演示，使建筑的设计、施工、运维过程等均在可视化环境下开展；（2）协同性：每个工程项目都包含大量的信息，BIM技术可将其分类整合处理，保证信息的协同，特别是在设计过程中对各专业间的碰撞问题进行协调处理，实现设计与实际施工信息的协同[1]；（3）可模拟性：在施工阶段借助4D/5D模拟，实现项目成本控制并得到合理的施工组织设计，确保工程进度不受影响；（4）可优化性：BIM技术可以将项目实际信息与计划信息进行比较处理，经过对施工计划的科学优化，为后期施工提供最优的施工方案，实现各个施工工序的合理衔接；(5)可出图性：BIM技术对建筑结构实现了3D可视化仿真模拟与方案优化之后，形成管线综合图和结构孔洞预留的大样图，避免后期施工错误。

2 BIM技术在建筑各阶段的应用

2.1 构件设计阶段

2.1.1 结构拆分设计阶段

对建筑结构进行拆分是装配式建筑预制构件设计过程中最重要的一个步骤，拆分方法的选择直接影响构件的种类多少、生产工艺与施工方式等[5]。利用BIM技术对装配式建筑结构进行拆分设计，并生成具体生动的模拟动画，人们可以根据建筑结构等各方面的考虑不断优化拆分方式，实现对不足设计方案的及时修改，直至找到最合理的拆分方法，有效避免了不同专业之间设计的差异并减少了构件的种类，满足装配式建筑“少规格，多组合”的设计原则。

2.1.2 构件预留预埋设计阶段

组成装配式建筑的部分预制构件要进行预埋预留设计，为后期安装与装修做准备，所以构件交互节点处的设计不能出现任何差错，要实现精细化、精准化设计。基于BIM技术构建的装配式建筑工程信息共享平台，可以整合处理装配式建筑工程的所有信息，构建标准化的装配式建筑构件库，设计人员根据设计需要从中调用相关构件，进行碰撞检测，利用检测结果灵活布置构件或对原设计方案中不合理的地方进行修改，及时补救，避免出现因设计问题造成的工期滞后。

2.2 构件生产和运输阶段

2.2.1 构件生产阶段

构件生产是装配式建筑建造过程中十分关键的一个环节，要严格按照设计标准进行生产，然而传统的构件设计图都是平面二维的，很容易造成读图困难甚至出现读图错误。装配式建筑构件库中的模型则是三维立体的，可以从各个角度进行观察，同时相关的尺寸参数也直接在模型中显示，在生产前把此构件从构件库中提取出来传送给生产厂家，方便快捷[6]，有效避免了厂家构件识别错误导致生产错误这类事情的发生，降低了构件生产风险。

2.2.2 构件质量检测阶段

利用BIM技术建立的构件尺寸及质量检测系统，可以按照构件库中的设计要求严格监控构件的尺寸，将变形误差控制在允许的范围内，避免了现场施工时出现装配不合格进而需要返工或者是更为严重的质量安全问题，有效减轻了工程承担经济损失的风险。生产厂家每天将各种构件的产量上传到装配式建筑工程信息共享平台上，设计人员、施工人员据此作出反馈，厂家实时调整生产计划，时刻做到满足施工的需要。

2.2.3 构件运输阶段

一般建筑工程的施工场地面积、范围有限，可以存放的构件数量同样有限，且大多数场地环境条件较差，满足不了构件长时间储存的要求，而构件从生产厂家运输到施工现场又需要经历一定的时间，如何保证现场预备的构件数量始终不会影响施工进度？借助BIM技术构建的装配式建筑工程信息共享平台可实时监控施工现场的构件数量，帮助厂家制定构件生产计划，合理规划出需要运送的各种构件数、运输车次，并且给出最优装载搭配方案，提升预制构件仓储水平，提高运输效率的同时有效地防止了构件在运输过程中产生碰撞破坏，降低了运输成本。

2.3 现场构件装配阶段

2.3.1 构件装配阶段

装配式建筑施工工序的选择，将对项目的工期、成本等产生很大的影响。因此，在施工之前，制定完善的构件安全管理方案，应用BIM可视化的虚拟装配技术对建筑装配过程进行3D动画模拟，多次模拟施工现场中可能出现的突发事件，提前做好安全隐患处理，掌握对施工过程有效的控制。在施工过程中，交互节点的连接可靠性关乎着整个工程的质量安全，利用BIM可视化的构件虚拟装配技术，向施工人员展示构件节点的施工流程，让施工技术人员能够真正掌握预制构件装配的关键操作技术，实现施工现场构件无差错安装，提高施工精确度，使资源浪费最小化[7]。

2.3.2 施工进度与质量控制阶段

工程管理人员将以工期为依据编制的施工进度计划导入到建筑信息模型当中，利用BIM技术对构件装配过程中的所有信息整合处理，得到四维详细施工方案，对工程施工计划进行合理地调整。在实际施工过程中，借助BIM 5D技术对施工进度和施工质量进行跟踪，将实际数据与计划数据相比较，得出偏差，然后把偏差反馈到5D信息模型当中，不断调整优化，运用合理的方法投入资金和资源，对偏差进行纠正，确保施工进度与工程质量不受影响[8]。利用数字化和信息化技术对整个施工过程进行管理，实现时间和成本的节约，达到提升项目管理效率的目的。

2.4 后期构件运维阶段

工程项目完成以后，对于建筑中预制构件的监测管理是一项很复杂繁重的工作，基于BIM技术的装配式建筑工程信息共享平台将发挥极其重要的作用，平台中包括该工程项目中每一个构件的信息以及最后位于的建筑结构位置，通过它可以随时监测各种各样的构件以及建筑设备，准确地分析建筑构件的耐久性、安全性和其他性能，方便进行维护和抢修，实现工程项目运维阶段的智能化管理[9]。

利用装配式建筑工程信息共享平台内的数据库，分析装配式建筑的实际运营情况，及时给出反馈，保证装配式建筑稳定的运营[10]。同时，在建筑物达到设计使用寿命时，再次利用构件质量检测系统确定各构件是否还能继续循环使用，实现了资源的节约，推进建筑业的可持续发展。

3 总结

预制装配式建筑构件作为装配式建筑的最小构成单元，利用BIM技术实现了标准化、精细化设计，同时建立标准的装配式建筑构件库，有助于构件的标准化、规模化生产；以构件质量检测系统对构件生产质量进行实时检测，保障构件的生产质量；借助BIM技术建立装配式建筑工程信息共享平台，自动调配构件生产速度、输送数量，同时基于BIM技术协同性、可视性的特点，实现了对现场施工装配过程的3D动画模拟，有利于及时发现存在的施工隐患，掌握对实际施工过程的有效控制，同时也实现了对后期运维阶段的高效监测与管理。

以BIM技术对装配式建筑构件的全生命周期监管控制，促使我国的预制装配式建筑不仅达到了文明施工、安全管理的要求，还有利于节约资源，保护环境，是装配式建筑发展的最优前景，应积极推广。在工程应用中，应根据实际情况不断进行技术的改革与创新，实现基于BIM技术的装配式建筑构件不断发展，加快推进建筑业新旧动能转换，实现我国建筑行业产业化、信息化和智能化的跨越式发展。