BIM技术在装配式建筑施工阶段中的应用研究

2022-05-24曹志芳

智能建筑与智慧城市 2022年5期

关键词：塔吊建筑行业装配式

曹志芳

（广东创新科技职业学院）

1 引言

当今社会是技术型社会，随着大数据和人工智能等技术愈加成熟，越来越多的行业开始与高科技技术相结合。对各个行业来说，只要跟不上时代的进步便会被时代淘汰，建筑行业也面临这样的问题。

装配式建筑和BIM技术是建筑行业与时俱进的产物，两者都能提高建筑物的建筑效率，而且BIM技术在装配式建筑中的应用更能将两者的作用发挥得淋漓尽致[1]。同时，也推进了建筑行业智能化的发展，促进了建筑行业与信息技术的高度融合。

2 BIM技术与装配式建筑概论

2.1 BIM技术

BIM技术指的是建筑信息模型技术，是现代信息技术在建筑工程方面的重要体现。BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，然后再利用数字化技术为虚拟模型提供完整且与实际情况一致的建筑工程信息库。

BIM技术能减少设计人员建模的时间，不管是将平面模型改为三维模型，还是关于该类建筑以往相关信息的提供，都能减小设计人员的工作压力。在提高设计人员建筑设计水平的同时，提高了设计效率，有利于推动建筑行业的进一步发展。

2.2 BIM技术的特点

2.2.1 可视性

在以往的建筑设计中，只是将不同的建筑信息通过线条在纸上进行描绘，而后再通过人脑的想象去构建模型。BIM技术在建筑行业的应用，则能使想象中的建筑物立体化，设计人员设计建筑物时，直接在三维立体模型上进行相应设计，并能根据实际情况随时进行调整。BIM技术能够使所设计的建筑物中包括效果图以及报表在内的所有信息都直观可见，项目设计、建造和运营过程中的沟通、讨论以及决策也都是在可视化的状态下进行的。

2.2.2 协调性

建筑项目的设计与实际操作有一些不同，比如，一些结构构件在实际操作中可能会与线路的布置冲突，在以往发生这类问题以后，都是设计人员与各施工方进行研究讨论，而BIM技术的协调性特点则能使这类设计冲突问题完全避免。在建筑模型设计前期，BIM技术会对各方面的冲突问题进行协调，生成协调数据并提供给设计人员，提高设计水平。

2.2.3 模拟性

BIM技术最先进的功能是模拟功能，它不仅能够将建筑模拟出来，还可以根据设计人员的要求对建筑其他方面的性能进行模拟，比如，模拟建筑物发生火灾时人员逃跑走向等，设计人员可以根据BIM技术模拟的各种模式下的建筑物，对建筑方案进行优化。

2.3 装配式建筑

2.3.1 装配式建筑的定义

装配式建筑指的是将建筑物的不同构件在建筑设计完毕后，先行在工厂内制造出来，而后将其运至建筑施工现场，进行构件拼接，对组装好的构件进行混凝土浇筑，最终形成完好的建筑物。

装配式建筑打破了传统建造方式中的现场作业方式，将大量的类似于外墙板、叠合板、楼梯和预制柱等构件直接由车间生产加工，这种建筑和装修一体化设计、施工同步进行的建筑方式，不仅能节约大量的建筑时间，还能提高建筑物的质量[2]。

2.3.2 装配式建筑的不足之处

①成本比较高，原因是其工作范围较广，内容较杂，而且在构件运输过程中也会增加一些运输成本。②尺寸限制，工厂进行构件的制造，构件尺寸会有局限性，要根据工厂生产设备所能达到的标准决定相应尺寸。③应用领域有限，装配式建筑不适用于高层建筑，因此在应用方面有一定局限性。

3 BIM技术在装配式建筑施工阶段中的具体应用

要在装配式建筑施工阶段很好地发挥BIM技术，并使其产生较大的经济效益，一定要使BIM技术与装配式建筑深度融合，充分利用BIM建模软件构建实体构件以及场地3D模型和组建施工现场布置与运输、装配式构件模型信息数据库、虚拟仿真施工等方面的优势，对收集的三维数据信息进行组合分析，及时发现装配式建筑工程施工中存在的漏洞与缺陷问题，有效避免不必要的返工和拆除安装工作，科学地进行碰撞分析，高效协调各施工主体之间的关系，做到科学地节省人、材、机成本，显著提升各主体的经济效益。

3.1 工程简介

深圳市A项目9#住宅楼及地下车库、配套商业，共3个单元，地下3层，地上6-27层，首层层高5.6m、二层5.3m，标准层2.8m，从地上4层开始为全装配式住宅楼（见图1）。

图1 装配式楼层范围

3.2 准备工作

要在装配式建筑施工阶段很好地应用BIM技术，必须建立标准化地构件库，实施标准化设计，遵循模数化设计。为了发挥标准化装配式建筑构件库的作用，在实际应用中，必须注意一些事项。

①Revit的每个族文件都含有很多参数和信息，如，尺寸、形状、类型和其他的参数变量设置等。在装配式建筑中应用BIM技术，需要赋予族文件详细的参数信息，对同一类构件，只需通过调整参数，就可以编辑成新的构件并进行布置。

②为确保构件达到施工需求，减少二次吊装、搬运、布置的偏差以及相应的成本，应当严格遵守施工各主体企业的标准和要求构建族库数据。

③装配式建筑施工中应用BIM技术可以提高工作效率。构件库的族文件是以方便各施工主体方交流、调用为目的建立的，所以，构件族应该严格参照构件用途、专业工程项目、系统类别和采用的建筑结构体系建立。

3.3 场地规划

建筑施工企业采用BIM建立施工场地规划三维模型图，划分施工现场相应功能区域，将现场的施工状况直观呈现，如，塔吊等施工设备的安置、预制构件存放区、预制楼梯存放区、道路规划等，这样能有序组织施工而不相互干扰，提高施工效率。

3.3.1 施工现场运输路线及预制构件存放区布置

在施工时，应用BIM技术建立三维现场施工布置图，能有效避免二次搬运以及安全等问题。在BIM模型中，进行场地漫游、模拟路线运输、检查运输路线的承载能力和避免出现路线交叉作业现象，模拟堆放预制构件、检查构件堆场位置。采用BIM建模进行虚拟场地布置，能够有效进行路线的优化，减少运输装卸作业的相互干扰，使施工现场运输通畅高效、构件堆放装卸安全[3]。

3.3.2 塔吊布置

为了应对施工中可能发生的安全问题，同时确保吊装工作的顺利高效进行，施工现场需要提前谋划、布置塔吊位置。施工中，首先，为了吊装安全进行，塔吊与塔吊应设置安全距离，避免发生碰撞。借助BIM技术模拟施工现场吊装作业，可以确定塔吊的最佳位置，提前预埋结构钢筋，确保塔吊的自身安全，预防安全事故。其次，模拟塔吊的吊运线路，可以避开人员流动和聚集区，避开安全通道，确保安全施工。第三，借助BIM技术可以模拟塔吊在升降和旋转过程中可能发生的碰撞，通过分析现场塔吊的提升高度，施工作业人员可以随着主体结构的施工进度，及时调整塔吊高度，使塔吊高度满足吊装要求，保证进度要求和施工现场安全（见图2）[4]。

图2 塔吊布置及起吊范围

3.4 碰撞检查

利用BIM技术进行管线综合排布，首先使用Revit软件整合各专业模型，导入Navisworks进行碰撞检测，找到碰撞点位和碰撞总数，优化铺设桥架和预埋在叠合板里的管道，对预留洞进行精准定位和精准预埋穿墙套管（见图3）。

图3 构件预留洞设计

3.5 施工进度模拟

为了直观精确地反映全过程施工步骤和时间、编制施工进度计划，将进度计划导入Navisworks中，实现BIM模型与施工进度计划链接，将三维空间模型信息与时间信息结合，形成可视化的4D（3D+Time）模型（见图4）[5]。进行施工进度交底时，通过模拟装配式建筑施工进度，可以确保进度节点交底到位。为了将干式楼地面平整度误差值控制在3mm以内，本项目在BIM模型中布设标高控制筋。通过模拟刮杆抄平，实现少数量标高定位筋布置以及钢筋最佳间距。根据模拟情况，调整施工顺序，修改存在冲突的时间、流程。

图4 模拟现场实际施工图

3.6 一体化装修

在装配式建筑的施工过程中，一体化装修在统计材料类型、尺寸、数量，出具工程量清单的同时，与建筑主体结构、建筑附属机电设备等同时进行设计与施工。在建立建筑主体模型开始阶段，室内设计师参与装修构件设计，设计要参照BIM标准构件库，通过BIM可视化，装修构件要能与建筑空间的尺寸要完全契合，本装配式建筑工程项目利用Revit软件进行墙体和地板砖的铺贴排版、非承重隔墙的排版、屋顶的排版、外墙饰面的排版。

4 BIM技术在装配式建筑施工阶段中的应用价值分析

装配式建筑作为建筑行业的新型建筑方式，在结合新兴BIM技术的使用，对建筑行业有着重要的推进作用，一方面是因为装配式建筑的缺点能够依靠BIM技术弥补，两者结合能增加建筑的建设效率；另一方面则是装配式建筑和BIM技术都是建筑行业新的建筑方式，在建筑行业中有较为重要的作用[6]。

4.1 能够加快工程进度

在以往的装配式建筑设计前期，设计人员使用的也是图纸设计，不仅需要满足客户的要求，还需要根据建筑的实际情况来回更改数据，而建筑的模型只能通过设计人员自行想象，很大程度上增加了建筑的设计难度，而且设计人员对装配式建筑中的构件尺寸不能够很好地把握，经常出现实际施工中信息与设计信息不符的现象，而后设计人员与施工方重新进行交流设计，这也就导致装配式建筑工程的建筑进度被拖延。

BIM技术作为建筑设计领域的新兴技术，能够使装配式建筑的设计方式从图纸设计变为三维模型设计，设计人员不仅能根据数据变动在三维模型上随意更改，还能够根据BIM技术的数据库寻找相应的数据，为自身的建筑设计提供可以参考的数据与案例，从根本上提高设计人员的设计效率和建筑模型的可靠性，能够加快工程进度[7]。

4.2 节约建造成本

装配式建筑在施工阶段经常会发生一些实际数据与设计数据有偏差的情况，因此会导致工程出现多次更改。例如，装配式建筑构件在设计中的大小应用到实际施工中，可能会由于线路等因素不再合适，这就得对这个构件进行重新制作，不仅浪费了制作时间，还浪费了材料，而BIM技术则能对所有的包括构件在内的物品进行合理规划，并为设计人员提供科学性较高的图纸和数据，通过不断模拟组建，避免装配式建筑在后期施工中遇见相互冲突的问题，从根本上节约了人力资源以及材料的损耗，为整个装配式建筑工程节约了大量成本[8]。