基于装配式建筑的BIM技术应用研究

【摘要】装配式建筑是目前我国乃至世界建筑行業发展的必然趋势，在这一发展过程中，管理方式、信息共享等方面需求的提升，导致其在全生命周期里对施工技术有着更高的要求。而BIM技术是实现装配式建筑相关工作的核心技术，其能够对装配式建筑的各个阶段进行分析评价，并对各个施工过程进行动态把控，对促进装配式建筑发展具有十分重要的意义。

【关键词】BIM;装配式建筑;三维模型

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.091

1、引言

十九大报告指出，我国特色社会主义已进入发展新时代，经济也从高速增长阶段转为高质量发展阶段。在建筑行业里面，传统浇筑建筑因资源利用率低、建筑残渣难以处理等问题，已不符合当前社会发展的理念。而建筑业作为我国龙头行业之一，也有着从转型升级到高质量发展层次的迫切需求。而装配式建筑由于资源利用率高、施工速度快、质量有保证、污染小等特点越来越得到全社会的关注。

2、装配式建筑与BIM技术的结合分析

Building Information Modeling，简称BIM，在我国认可度较高的译名为建筑信息化模型。它是以建筑项目全生命周期的各项信息数据为基础，通过现代信息技术手段构建出建筑的三维信息模型，相关人员可通过此模型进行数据的查看和修改。

装配式建筑指在靠近施工现场的构件工厂进行各个部件的预制化生产，通过各种交通方式运输至施工现场进行配件组装，并利用相关材料进行连接固定。装配式建筑的特点为在设计方面进行标准化、生产方面进行工厂化、施工方面进行装配化、装修方面进行一体化、管理方面进行信息化。

由于起步较晚，再加上装配式建筑技术、标准等较落后，我国装配式建筑还达不到装配式建筑的理想状态，目前存在着按照传统建筑进行设计，再将设计拆分成装配式设计提供给预制构件厂，造成构件误差较大不满足施工需求;各承建单位配合度差，信息时效性低;需要多层设计，综合成本高等相关问题。同时，由于施工人员的整体技术水平较低，施工工法不够完善，所以装配式施工对施工人员来说是一种很大的挑战。如果采用BIM技术并将BIM的可视化、协同性、信息完备性等优势发挥出来，可以有效的处理装配式建筑设计参数不完善、信息量大、信息复杂等问题，并通过三维动画模拟，加强对施工人员的培训，使得建筑从设计阶段到运维阶段的工作效率大幅提高。因此，将BIM技术运用到装配式建筑中去是未来行业发展的一个必然趋势。

3、BIM技术在装配式建筑中的技术应用

3.1 BIM技术在设计阶段的应用

3.1.1 方案设计阶段

对于大部分的现场施工人员而言，普通的二维图纸是比较难理解的，他们很难在脑海里将二维图纸的线条与三维建筑建立起联系。而BIM技术的可视化特点则极大的方便了现场施工人员对图纸的理解。所以，在装配式建筑的初步设计阶段，设计单位可以依赖BIM技术建立三维方案模型，方便业主的理解及施工单位的操作。更可以在此基础上，与业主进行方案设计的沟通，确定方案的可行性，从而避免后期业主要求更改设计的问题。

3.1.2 装配式建筑标准族库的建立

BIM技术使得装配式建筑结构模型可以高效实现，建立标准规范化的“族”库可以在进行重复性建模和建模工程量大时提高建模效率、减少建模时间，而且软件中碰撞校核管理器可以依据构建的建筑结构模型进行碰撞信息检查，避免出现施工时构件的连接区域出现钢筋碰撞。由于BIM Structures技术尚不能满足信息模型的深化设计要求，所以可以利用Tekla Structures软件，先在Revite中建立出初步的构件族，再在Tekla Structures中根据参数化节点进行钢筋配置。在后续的建模过程中，将二者进行结合即可做出参数化构件，形成标准构件库。

3.2 BIM技术在构件生产阶段的应用

当前，预制构件的生产流程大致为：构件厂依据设计图纸进行模具设计——制造加工模具——完成预制构件生产。这一整个流程存在着构件厂对模具设计的速度较慢，模具加工制造时间较长，对施工工期会造成不利的影响。同时，构件厂与施工单位缺乏信息的交流，常常造成施工单位构件需求与构件厂生产计划不符。

基于BIM技术的协同化可以建立起设计单位、施工单位及构件生产单位三方共享的信息平台，当构件族库建立完成后，构件生产厂家可以从平台直接调用族库，进行标准化尺寸的模具设计。构件生产厂还可施工单位进行沟通交流，依据施工单位的施工需求调整生产计划，既减少了库存，也满足了施工需求。

3.3 BIM技术在实际施工阶段的应用

3.3.1 BIM技术应用于施工过程模拟

装配式建筑的构件数量多，很多都需要机械进行吊装，吊装工程量大，而且对构件装配精度的要求较高。由于缺乏直观准确的技术交底，在吊装过程中容易出现构件碰撞，导致构件损伤，而且若场地布置不合理，会影响吊装效率，造成工期的后延。

在实际施工时，可以通过BIM技术的碰撞模拟技术对施工过程进行演示，以便发现可能存在的缺陷并及时调整，避免事故和返工现象的出现。例如在构件吊装方面，可以在三维模型中输入吊装的数据，结合吊装方案进行吊装演示。明确方案后，现场施工人员在项目全程施工中可以通过BIM终端智能设备进行辅助管理。在模拟施工过程时，要结合施工要求综合考虑塔吊的吊装范围，对场地构件运输的路线进行合理的前期规划，并做好计划保证各施工工序的有序衔接。

3.3.2 BIM技术应用于施工材料管理

在装配式预制生产过程中，预制构件厂的仓库常常会堆积许多原材料和构件。这在分类生产预制构件时会浪费很多人力财力资源，并且容易出现问题，构件厂可以利用BIM技术结合工程项目具体情况，提前准备好下一个生产工序所需的资源数量，防止出现材料短缺或材料短时间过剩的问题。实际施工时，若施工计划发生变动，施工单位的验收人员要根据变动情况及时调整后续的材料入厂计划，保证库存材料能够满足施工需求。施工完成后，可以利用BIM技术对各种资源的消耗数量进行记录汇总，经过与理论消耗数量的对比分析，为后续施工的资源需求做好准备。

3.4 BIM技术在绿色建筑運维阶段的应用

当装配式建筑顺利通过验收后，该建筑将进入后期的运维阶段。在这一过程中，建筑可能会因未知情况产生各种问题。此时，管理方可以根据变化情况及时的利用BIM技术对整个建筑进行使用情况检测，并可对装配式建筑的使用情况进行实时动态监控，在第一时间获取相关信息，并在信息平台做好记录。若后期因相关需求需要对建筑加以维修改造时，可以利用BIM技术在已建成的三维信息模型中模拟相关流程，从而得到更加具体的数据并进行具体的处理措施。对于运维管理人员来说，可将建筑内的消防、电梯、通信等设备与BIM平台进行对接，用BIM技术的实时监控功能来判断该设备是否正常运行。

4、现阶段BIM技术在装配式建筑中所面临的阻力

4.1 标准的缺乏

目前，我国在此方面缺乏系统性、专业性的数据标准。我国关于BIM的国家、地方、行业等标准不够完善，难以满足行业的标准化要求，导致一个项目只能根据同一家公司的软件进行部分设计和建造的应用，很难实现装配式建筑全阶段的统一、全面应用。当前设计、施工等参建单位，仍然习惯采用传统浇筑建筑的设计和建造方法，仅将BIM技术作为一个不必要的辅助手段。而建设单位和运维方很少使用BIM技术。同时，因为不同建模软件的底层算法不同，交付标准不统一，导致BIM单独使用，上一阶段单位的成果，下一阶段的单位很难直接使用。

4.2 BIM软件发展不足

目前常见的所使用的BIM技术软件，因为体量庞大，对电脑配置要求较高，且由于是计算机专业人士来主导编程，固定性的功能布局，与实际施工人员习惯有所不同，使得大部分设计人员不愿使用BIM软件进行项目的设计。

4.3 人力资源的缺乏

BIM技术人才储备不满足当前社会需要。BIM要求操作人员既需要懂得施工专业技术，又要熟练的使用软件。虽然我国已经在相关应用技术型院校大力的推广BIM技术，但根据实际社会情况，要达到全面普及BIM技术仍需要不短的一段时间。

5、相关问题的解决方法

5.1完善相关政策和技术标准

政府部门应当充分的发挥引领作用，牵头组织BIM和建筑方面的技术人才进行研讨，完善相关技术标准，并做好相关标准解释，便于让各建筑行业的单位明确编制和交付标准。同时，政府部门应当继续出台推动BIM技术与装配式建筑相结合的有利政策，从国家方面推动装配式建筑向高质量发展阶段转变。

5.2 提升软件水平和培养技术人才

加强BIM软件在装配式建筑方面的适应性。编程人员要对软件做出相关优化，比如减小体量、提升运行速度等，以降低软件对电脑配置要求。还可以将各功能分区进行模块化设计，让使用人员可以根据自己的习惯进行功能的设置。

人才培养不能只政府来做，各装配式企业也要认识到BIM技术的重要性，不断招募BIM技术高端人才，同时制定相应的人才培养和发展计划，加强本企业员工的培养。

结语：

我国已经从国家层面开始大力推进BIM技术和装配式建筑的发展，将BIM技术与装配式建筑相结合，是装配式建筑未来发展的方向，在未来的建设管理中BIM技术将发挥重要作用。将BIM技术应用于装配式建筑的全生命周期，可以有效地实现节能环保理念，减少各个阶段对环境的破坏，提高资源利用率。当然，若要实现将BIM技术与装配式建筑在更高层面更加紧密的结合，实现全过程的信息化，仍需各方人员在实践和研究中努力。

参考文献：

[1]姜琳，乔如渊，潘辉.装配式建筑全寿命周期BIM技术应用问题及应对措施研究[J].建筑结构，2019（11）： 558-561.

[2]张聚贤.BIM技术在装配式建筑全生命周期的应用研究[J].重庆建筑，2020（8）： 17-19.

作者简介：

徐超（2001-），主要从事土木工程、工程造价研究。

通讯作者：屈永平（1984-），工学博士，主要从事土木工程、工程造价教学研究。

基金项目：

四川建筑职业技术学院科研项目（2017KJ21）;德阳重点科学技术研究项目（2015zz035）;德阳市应用与技术开发项目 （2017zz063）;四川省教育厅科研项目（18ZA0326）