装配式建筑信息化环节中BIM技术的孕育

文／丁杰 中国二十二冶集团有限公司 河北唐山 063000

引言：

装配式建筑凭借效率高、节能环保的优势逐渐成为促进建筑业转型升级发展的重要工程模式内容。从客观角度上来讲，装配式建筑不仅是建筑形式的重要表现，同时也是有效解决传统建筑模式弊端问题的重要手段。究其原因，主要是因为装配式建筑设计通过增设构件拆分以及深化设计的内容，有效对传统建筑模式以及相关流程进行了颠覆性改造，利于进一步提升建筑施工效能[1]。其中，为助推装配式建筑模式可持续应用，行业内部研究人员主动将BIM技术应用于装配式建筑施工信息化建设当中。经过多年的探索研究，BIM技术在装配式建筑施工领域中所发挥的功能作用逐步加强，主要集中体现在施工以及生产阶段。目前为进一步加强对BIM技术的推广应用，装配式建筑施工领域主动利用BIM技术优势，将BIM技术应用于装配式建筑信息化管理各阶段当中，实现可视化、协调化以及虚拟化管理过程，更好地助推装配式建筑健康持续发展。

1、BIM技术概念以及应用优势分析

1.1 概念内容

BIM技术具备多维模型特点，属于信息集成技术的领域范畴。与传统计算机辅助技术明显不同，BIM技术融合了传统计算机辅助技术的优势，并在原有基础上通过集成应用信息化技术和可视化技术，实现对建筑工程物理特征以及功能特性重要参数的主动提取与应用实践。同时，BIM技术也可以利用可视化表达方式完成对建筑工程项目各专业施工流程的模拟分析[2]。

根据分析反馈结果，对各专业施工之间所存在的碰撞问题以及矛盾问题进行提前识别。采取科学合理的方式、方法加以应对处理。结合当前应用情况来看，伴随着BIM技术应用水平的持续提升，该项技术在基础建设工程领域中得到了良好的推广与应用。举例而言，水利水电工程行业主动将BIM技术应用于工程项目全周期管理当中，通过利用BIM技术的应用优势以及功能特点，消除传统信息孤岛问题，并加强对各专业流程的整合处理，以切实增强工程项目信息数据共享的效果。

1.2 优势分析

1.2.1 可视化

可视化基本上可以视为BIM技术的功能延伸表现，BIM技术所具备的可视化功能特点，可以完成对建筑三维模型的准确构建与信息传达。在具体应用过程中，技术操作人员可结合BIM技术反馈的三维建筑信息，对各专业施工作业流程所涉及到的主要内容进行可视化传达与深度分析。可根据分析结果，对施工任务以及具体方案进行合理布置与落实。并通过结合各施工作业流程的运作特点，加强对施工资源的合理调配与高效利用，以切实优化施工建设效果[3]。

1.2.2 虚拟化

BIM技术所表现出的虚拟化特点更加侧重于强调通过整合各施工阶段作业流程特点以及具体内容，对各施工阶段所涉及到的风险问题进行提前识别。在识别过程中，技术操作人员可结合BIM技术所构建的施工模型对各专业施工流程的落实过程进行模拟分析。在分析过程中，可根据各专业施工流程特点，及时掌握施工风险问题。

在此基础上，按照质量优先以及安全治理的原则理念，重点针对风险问题的应对处理方案进行合理部署。除此之外，各参建部门也可以利用BIM技术的虚拟化优势特点，加强对各专业施工信息数据的集成整合。如结合数据反馈情况，对作业流程进行适当梳理与优化调整，减少设计变更问题[4]。

1.2.3 协同化

BIM技术所表现出的协同化特点更加体现在施工作业布置优化以及合理调配应用施工资源方面。结合以往的经验来看，大多数参建单位在开展水域水电工程项目管理工作期间，始终将侧重点放在施工效率方面，对于专业施工协调以及各项施工作业流程优化的问题缺乏重视，最终导致施工作业效率以及质量效果难以达到预期。而通过利用BIM技术的协同化功能特点，可以拉近各参建部门之间的距离，保障各参建部门可以根据BIM 建筑模型对各专业施工流程情况进行模拟分析。根据分析结果，共同研讨与解决施工作业期间可能出现的问题，并采取相应的措施加以规避。

2、装配式建筑BIM 信息化管理方式的发展契机及优势分析

2.1 发展契机

近些年来，市场经济水平的持续提升，促使建筑业总产值总体呈现出稳定上升的趋势。然而，从可持续发展与节能减排角度上来看，每年因建筑而产生的垃圾占比较高，可占据世界垃圾总量的40%左右。与此同时，建筑行业与其他支柱型行业相比，如钢铁行业、装备制造行业，所存在的生态不协调以及经济转化率低的问题相对明显，因此在施工建设过程中，经常会出现施工周期过长以及劳动成本高的负面问题。最重要的是，传统施工建设所涉及到信息化程度相对偏低，不利于建筑行业健康持续发展。为推进我国建筑行业转型升级发展，国家政府相关部门主动推广装配式建筑理念，解决传统建筑模式存在的短板问题[5]。

新型装配式建筑凭借效率高、节能环保的优势逐渐成为促进建筑业转型升级发展的重要工程模式内容。其中，装配式建筑节能减排优势可以参照图1。究其原因，主要是因为装配式建筑施工通过增设构件拆分以及深化设计的内容，有效对传统建筑模式以及相关流程进行了颠覆性改造，利于进一步提升建筑施工效能。此外，装配式建筑PC 构件可提前在工厂内预制完成，再运输到施工现场完成拼接浇筑的一系列工作，利于提升现场施工效率并减少施工隐患问题。目前，为进一步促进装配式建筑健康持续发展，行业内部人员主动将信息化技术集成应用于装配式建筑施工建设中，更好地解决传统施工建设模式存在的信息化程度偏低、集成效率不高的问题。

图1 装配式建筑节能减排数据示意图

2.2 优势分析

为促进装配式建筑信息化发展水平提升，行业内部研究人员将BIM 新兴技术内容应用于装配式建筑管理领域当中。其中，可通过利用BIM技术的可视化功能、协同化功能以及虚拟化功能等，从多个角度观测施工过程，拟选最佳施工方案进行施工建设。如在虚拟分析过程中，研究人员可以从各时间节点出发，对各节点的施工工艺以及重难点内容进行提前分析。根据分析反馈结果，对施工作业期间可能出现的风险问题进行提前排查，保障现场施工人员人身安全以及施工进度合理。

与此同时，BIM技术可主动与信息化管理技术进行结合应用，如可以与三维激光扫描技术进行结合应用，完成施工场地测绘管理工作，真实反映讯息。除此之外，基于BIM技术的装配式建筑信息化管理工作可以协同各参建单位对项目建设情况进行详细分析。根据分析反馈数据，对施工建设阶段所涉及到的要点内容以及管理内容进行重点把握。最重要的是，以BIM技术为核心搭建装配式建筑信息化管理体系在一定程度上可以实现装配式建筑智慧建造目标。具体如图2所示

图2 基于BIM 的装配式建筑智慧建造体系示意图

3、装配式建筑信息化环节中BIM技术的应用实践分析

3.1 装配式结构方案优化设计应用

3.1.1 辅助设计

BIM 模型可通过依托与模拟化以及可视化的优势，完成对装配式结构方案设计内容的梳理与优化。其中，设计人员可利用BIM 模型的可视化特点对建筑本体进行真实呈现。并通过采取3D 立体模型对建筑物外观及框架结构进行浏览分析，根据分析结果，对细节问题进行适当完善[6]。

与此同时，关于装配式建筑物建设环境以及施工方案的优化部署，设计人员可利用BIM 模型进行辅助设计。根据设计结果对施工工序及操作节点、重难点问题进行模拟分析。在此基础上，设计人员应对所选用不同的施工计划进行模拟分析，最终选定效果最好的方案进行施工应用。除此之外，设计人员还可以利用数字模型对具体参数进行调节优化，保障参数可以控制在最佳范围当中，减少设计变更问题的出现。

3.1.2 碰撞检测

实现碰撞检测基本上可以视为BIM技术在装配式建筑施工设计中的重要应用表现。与传统2D 图纸设计明显不同，设计人员可通过依靠BIM 模型对施工环节所隐藏的安全问题以及隐患问题进行重点识别。通过及时查找碰撞问题存在的不足，利用科学合理的方式、方法加以排除。与此同时，设计人员可利用BIM 模型的可视化特点对重要施工位置如工艺管线以及工艺机械提前开展碰撞检测。

根据检测结果对当前所存在的缺陷问题进行完善处理，尽量将误差控制在合理范围内。在管线完善方面，设计人员可采取碰撞以及调节技术方法，对当前管线模型的可操作性进行深度研究与分析，尽量减少模型与实际存在的误差问题。从企业角度上来讲，通过合理利用BIM 系统，可以实现全过程分析目标，并且在设计方与监理方的干预作用下，可进一步完善管线细节问题[7]。

3.1.3 项目量运算

为保障设计方案的可行性，在采集与整理完原材料后，设计人员可对完工模型进行二次施工设计。在具体设计过程中，设计人员需要主动将设备运转以及能耗要素融入到模型内部。与传统项目量运算方式不同，基于BIM 模型的项目量运算工作可以依托于智能化计算方式，完成对项目量运算过程的自动化处理，以切实增强计算真实性与可靠性。这样一来，可以有效规避传统项目量运算所存在的误差问题，进一步保障数据结果的真实性与准确性。

3.2 装配式预制部件协同设计应用

3.2.1 预制部件优化设计

与传统建筑结构形式不同，装配式建筑可提前在工厂内部完成预制部件加工操作。预制部件加工操作结束后，可运送到建筑现场完成拼装。与此同时，现场施工操作人员可利用大型机械设备进行吊装处理，将预制部件组成整体结构形式。为进一步提升装配式结构性能优势，减少复杂流程操作，设计人员可提前将BIM 模型应用于预制部件优化设计当中。

在具体应用过程中，BIM 模型可通过利用协同优化设计功能，对预制部件细节设计问题进行健全完善。如设计人员可提前了解预制部件质量规定以及设计要求，科学创建3D模型。设计人员可根据3D 模型情况完成质量拼装，并从多角度对预制部件是否满足建筑结构需求进行观察分析。结合以往的经验来看，因预制部件内所涉及到的参数数据较多，对实现参数的优化与调整，设计人员可通过创建预制部件3D模型，提升参数精准度。

3.2.2 预制部件加工应用

BIM 模型在预制部件加工中可通过依托于协同设计以及可视化设计优势，完成对细节问题的改善处理。在具体应用过程中，设计人员可通过依靠BIM 系统对预制部件加工图纸进行合理设计与精准输出。并通过采取智能生产机械，将图纸导入到生产系统当中，实现对预制部件的集成化加工操作。这样一来，不仅可以全面提升预制部件加工效率，同时也可以进一步推进装配式结构的可持续应用。结合当前应用情况来看，BIM技术在预制部件加工领域中得到了良好的推广与应用，尤其体现在规模较大的装配式结构施工当中。

3.3 其他应用

3.3.1 建筑性能优化

实体建筑可通过转化形成模型文件，设计人员可将模型文件输入到相对应的分析软件当中，完成建筑性能优化处理过程。一般来说，分析软件系统可以通过利用模拟分析功能对太阳灯光照射情况以及风流体进行科学分析。与此同时，分析软件系统还可以针对建筑能耗数据进行精准计算，判断实体建筑是否符合绿色建筑标准。最重要的是，在建筑性能优化阶段，设计人员可根据数据分析模拟情况，对当前设计不合理的地方进行及时调整，保障装配式建筑建设质量安全的同时，减少资源浪费现象。

3.3.2 效果图及动画展示

效果图与动画演示基本上可以视为装配式建筑BIM 信息化集成应用的重要表现。在具体应用过程中，设计人员可利用3DMAx、Sketch up等工具软件对实体建筑进行建模分析。在此基础上，利用渲染软件，如Enscape 完成对模型场景的构建。最终以三维动画形式，立体展示方案内容。此外，在现场施工阶段，管理人员也可以利用上述施工模拟动画方式对施工作业期间可能出现的质量问题以及安全问题进行提前模拟分析。根据分析反馈结果，采取科学合理的方法措施加以规避[8]。

3.4 应用价值分析

结合当前BIM技术推广应用情况来看，通过将BIM技术应用于装配式建筑施工设计领域当中，基本上可以实现以下目标：

（1）基于BIM技术的协同化设计可以有效处理装配式建筑施工专业协调问题。在具体设计过程中，BIM 平台可以对各专业间的数据进行综合处理与分析，根据分析反馈结果，对当前专业施工矛盾问题进行重点调节与优化处理。

（2）基于BIM技术的信息化管理方式可以实现建筑设计标准化目标。在建筑设计当中，可利用BIM技术的功能优势，完成建筑模块标准集成操作。对于结构设计而言，可利用BIM技术的可视化以及模拟化功能优势，提前对梁、板、柱、墙等重要结构的连接操作过程进行模拟分析，减少专业施工矛盾问题。

（3）目前，装配式建筑工业产品可通过依托于BIM技术的集成功能，不断朝向高舒适度以及高品质化方向发展。

4、基于BIM 信息集成功能的装配式建筑发展策略及建议

虽然BIM技术在装配式建筑领域中得到了良好的推广应用，并且在信息集成功能应用方面取得了良好成果，但从整体角度上来看，国内BIM技术尚未达到成熟应用水平，在部分细则内容以及技术应用方面还是存在亟待解决的问题。针对于此，建议国家相关部门以及行业内部研究人员应从宏观角度对基于BIM 信息集成功能的装配式建筑发展问题进行统筹部署。

4.1 健全完善标准化发展水平

装配式建筑建造水平在一定程度上可以体现出国家行业标准建设水平。结合我国实际国情来看，我国关于装配式建筑建造标准的设定还是存在不完备问题。如在生产预制构件时，各个生产单位的生产工具难以实现协同使用目标，最终导致预制构件规模化生产工作无法得到切实贯彻落实。为及时打破这一僵局，促进BIM技术在装配式建筑建造领域中的良好应用，国家政府部门应发挥出宏观指导优势，大力号召高校以及企业等本行业的专家学者积极参与到相关标准以及规范内容的制定工作当中。与此同时，应加强互联网技术与装配式建筑的结合应用，如主动将BIM 以及VR 新兴技术应用于装配式建筑建造领域当中，不断促进装配式建筑朝向智慧建筑方向发展。

4.2 注重自主开发软件平台与生产工艺创新问题

任何一个行业若想实现可持续发展目标，就必须注重自主创新。对于装配式建筑行业领域而言，行业内部研究人员应坚持自主创新与科研创新。以创新为驱动力，推进各项发展技术进程的健康持续发展。与此同时，政府相关部门应加强对相关开发软件平台以及生产工艺的资金扶持力度，如通过构建装配式建筑实验室，进一步加强对新兴技术软件的开发与利用。除此之外，装配式建筑行业领域工作人员应立足于大环境发展趋势，积极朝向信息化与自动化方向发展。可主动结合BIM技术当前应用现状，制定一套符合本行业发展的信息化管理体系。

结语：

以BIM技术为核心搭建装配式建筑信息化管理体系已然成为当前建筑行业的主流发展趋势。针对于此，在今后的发展过程中，行业内部人员应加强对BIM技术以及相关软件的开发利用水平，以切实增强装配式建筑信息化管理决策速度与质量，实现装配式建筑智慧建造目标。需要注意的是，国内BIM技术应用研究水平尚未达到成熟高度，在建造应用以及协同管理方面存在亟待解决的问题。建议研究人员应加强对BIM技术内容的拓展研究，并通过结合装配式建筑发展趋势，进一步促进建筑行业智能建造进程深入持续开展。