基于建筑示范教学场景的BIM技术全过程设计研究

2022-09-29廖芷

新教育时代电子杂志(学生版) 2022年18期

廖芷

（广西理工职业技术学校广西南宁 530031）

一、绪论

建筑行业存在施工高能耗、建筑资源紧缺、对生态环境破坏较大等问题，对于现场管理，常采取粗线条的管理方式。基于建筑施工管理理念，将BIM技术应用于建筑中，对装配构件的制造、设备运输、构件入场及储藏与塔吊安装进行模拟，提升了施工效率。批量化的构件制造与工业化的建设流程，应重视施工现场管理，避免因建设信息不对等而出现建设问题。针对装配式建筑常见的现场管理问题，基于建筑信息模型，提出了现场管理策略，以期找到优化装配式建筑现场管理的可行方法，发挥建筑信息模型的可视与模拟功能，做好构件制造与现场管理安排，解决施工现场的信息管理问题[1]。

自二十一世纪以来，我国建筑行业的快速发展，为我国国民经济的增长做出了重要贡献，带动了一系列附属相关产业的发展。然而，随着人口增加、环境恶化、资源短缺、人工价格升高、土地形势日益严峻以及行业竞争压力增大等，以往粗放型的建筑方式已不能满足当今建筑行业可持续化发展的要求。因此，为提高建筑企业的市场竞争力，推动建筑业向信息化、工业化及可持续化转型，装配式建筑应运而生。

装配式建筑是指将建筑经过集成化、标准化设计后，将传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑所需的部品部件，如楼板、墙板、楼梯、阳台等，将部品部件运输到建筑施工现场，然后通过可靠的连接方式在现场装配安装而成。装配式建筑采用“五位一体”的建造方式，构件越标准，生产效率越高，相应的成本越低，整体成本最优。装配式建筑已成为建筑业工业化发展的趋势。

1.研究背景

绿色建筑、智能建筑、装配式建筑是近年来建筑行业发展的重要方向，尤其是装配式建筑在施工方案上不断创新，将传统建筑行业混凝土浇灌转换为构件预制作，而后现场拼装的形式，相应的，施工管理的重点应随之调整。建筑行业存在高能耗、资源浪费问题，以建筑行业发展为研究背景，以BIM技术的高效运用为途径，解决装配式建筑施工环节中存在的问题，发挥装配式建筑的优势，体现施工管理的重要性。

2.研究意义

为解决装配式建筑施工环节中存在的管理问题，依托于BIM技术与建筑信息模型内部综合系统的应用，提高工程管理的效果与可协调性，将提升收益与质量保障为核心目标，促进我国装配式建筑行业的发展。重视理论与实践的综合探究，以实际案例验证方案是否具有可实践价值，弥补过往工作环节存在的理论充足但实践不明的问题。

3.逻辑框图

以技术路线总结为逻辑框图的主要内容，分为若干重点进行总结。提出问题，根据文献记录与切实存在的问题，保证问题的客观性与重大性，突显策略探究价值。理论层面依据可分为两个层级，即装配式施工管理与BIM信息化管理，依据上述两个理论保证施工环节和管理工作的可协调性。体系构建侧重于进度、成本、质量及布场四个层面，初步形成体系。展望未来装配式建筑管理工作的发展路径[2]。

4.装配式建筑项目数字化管理教学系统建设的目标

装配式建筑项目数字化管理的本质是指在装配式建筑项目管理的各个阶段环节中，充分利用计算机技术、网络技术、数据库等在内的科学方法和信息技术，有效地提高项目管理水平、降低管理成本、提高各参与方的信息交流和共享，从而增进全过程协同管理效率，保证装配式项目按时按质、高效经济、绿色持续地进行，并起到推动装配式项目稳定发展的目的。

因此，基于现阶段各高校对于装配式建筑的教学多是以概念和理论知识入手的现状，装配式建筑项目数字化管理教学系统的目标是让学生以实际落地的装配式建筑项目为例，从各个利益相关方的参与角度出发，充分利用计算机技术、网络技术、数据库等在内的科学方法和信息技术，实现装配式建筑项目的可视化、网络化、协同化和集成化管理，解决设计—生产—装配脱节的问题，为项目各级管理者提供多角度、多维度、多样本的数据信息管理与决策支持，保证项目各级管理目标的顺利实现，增进不同管理者之间的信息沟通和共享，从而有效提高装配式建筑项目管理水平。

另外，利用装配式建筑数字化管理平台作为教学工具辅助教学，运用项目教学、可视化仿真教学等手段，探索基于信息化工具和案例项目相结合的教学方法，可以解决以往装配式建筑教学中辅助手段不足、不够直观等问题，提高学生学习兴趣，改善传统教学课堂沉闷的现象，提高教学质量。另外，还可以减少许多需要到现场实践带来的安全隐患等困扰。

二、BIM技术全过程应用

1.规划设计阶段

建筑策划与设计是建筑全产业链的最前端，是整个建筑的创作核心。前期规划阶段，充分考虑项目迁建的局限性及校园内部的地形地貌特征，建筑以重庆特色自然环境寓意文化延续，建筑造型取山形就水势，建筑在形制上延续老主楼围合式布局，唤起师生熟悉的记忆，激发认同感。如图1所示，利用BIM分析软件分析地形地貌，根据功能需求、环境需求及人文需求进行参数化设计，对建筑体块进行计算与生成。

图1 建筑体块生产过程

2.方案设计阶段

如图2所示，在方案设计阶段，主要利用BIM模型的可视化、模拟性、协调性等特点，进行绿建设计、方案优化，为项目决策提供技术支撑，提高设计质量和项目经济性。对设计方案的效果进行分析、比选，优化设计方案。

图2 BIM技术对方案的优化

3.施工图设计阶段

BIM技术对施工图进行深化设计、组织协调起到高效的作用，因为各个专业的侧重方向不同，所以对模型的表达侧重也各不相同。深化设计利用BIM模型可视化的特点，在施工图设计过程中，对走廊等管线密集位置进行管线综合，预估及分配吊顶空间等专业协调的工作，对传统绘图模式来说，各设备专业分开设计，会审时工作量大，难以发现全部碰撞点，遗留大量问题到施工阶段。本次项目采用BIM技术各专业协同设计，改变传统设计流程，提前进行管线综合，设计过程中及时发现并避免交叉碰撞，减少后期工作量。同时，BIM的可视化在施工图阶段很好地解决了二维图纸表达不清晰的问题，本项目为实训楼，空间要求变化多，所以设计跨层、升降板等复杂区域的问题，BIM模型的三维显示较二维图更能清晰地把握实际情况。项目各方及各专业基于模型讨论问题，可以实时测量模型，更精确地掌握建筑物的尺寸和空间信息。

4.施工阶段

利用BIM软件建模将预制构件精确地排列在模型中，因为在模型中预制构件的外形尺寸非常准确，能快捷精确地提取到相关数据，进行材料用量、构件统计、应用比例的统计计算。这个阶段，对BIM的纵向协同与配合工作提出了更高的要求。首先，设计阶段的BIM模型，信息化的工作一定要到位，技术运用BIM模型算量，可以快速计算出项目的工程清单量，并可以根据施工组织进度编制材料需求计划、项目预算与技术方案。

在绿色施工方面，利用设计时的BIM模型根据施工要求，再进行深化设计，重点不仅是建筑本体，而是为了在施工场地布置方面找出最优的布局方案，进行施工现场动态管理，提高场地利用效率，降低二次规划的成本。在不同施工阶段对场地布局进行提前规划和转换；同时，利用软件统计功能，自动生成临时工程量，减少计算工作量。将构件安装进度在BIM模型中实时展示，并自动校验施工工序的合理性；基于北斗卫星定位系统实现厘米级的安装定位，辅助构件吊装就位，提高安装效率。

为施工部门提供解决方案，使用系统可以导入、模拟、分析、验证、调整施工进度，可以现场查找包装信息或者待安装位置等信息，可以快速记录、反馈、跟进施工现场实际状况。构件安装部门，可以通过登录信息管理云平台直接输入预制构件计划安装时间、安装结束时间等信息。

另外，针对生产单位、运输单位、施工单位，站在不同的视角会有不同的进度情况，提供个性化的着色模式模型浏览功能。通过统计分析，查询预制构件计划生产时间、实际生产时间、计划安装时间、实际安装时间，以及构件所在状态（如加工、运输、进场、已安装等）。

三、基于BIM技术的装配式建筑施工课程改革

1.BIM技术基础下的装配式建筑施工课程体系建设

职业技术学院建筑工程课程以现场浇筑土木工程课程体系为基础，适应新时代工业化发展对于装配式技术人员的需求，在建筑工程技术2020年课程人才培养计划中添加了一些预制课程和BIM技术课程。课程体系按照“四阶段”计划开展实施，助力专业人才培养。第一阶段：了解阶段，主要是通过相关知识的普及以及开展专家讲座等方式，增加学生对于装配行业的了解；第二阶段：知识阶段，向学生介绍装配样式，帮助学生掌握装配样式图像识别的能力；第三阶段：技能阶段，以相关的工程项目实例为依托，开设从生产到施工的相应教学课程；第四阶段：能力拓展阶段，引导学生掌握BIM相关技术，并进行能力的扩展，以不断提高学生在BIM建模与施工应用、装配式深度工程等方面的技能。

2.调整教学内容，设计教学新任务

2020年2月，在人力资源和社会保障部的新职位信息中，对装配式工人给出了明确的定义：在装配式房屋的施工过程中，参与构件组装、进度控制和项目位置协调的人员应该具备一系列专业技能。例如：在新课程体系中，“混凝土施工”“钢结构”这两门课程属于装配式施工中较为基础的两门课程。所以，这两门课程要求教师引导学生了解国家职业目录中预制构件建造师的工作技能，从而围绕制造和装配预制混凝土构件和钢结构构件的主要工作内容，对教学任务、教学内容进行设计和调整。

（1）装配式混凝土结构施工课程教学内容设计

预制混凝土结构的建造不同于传统的钢筋混凝土结构的建造。新课程涉及混凝土预制件的制造和组装过程，结合实际工程项目，教学内容分为五个教学项目。教学任务的设计以学生为中心，深化理论基础，注重素养的培养和装配式建筑工人资质的加强。共设计了22个教学任务。

（2）装配式钢结构施工课程教学内容设计

成品钢架施工是在传统钢架课程的基础上，融合建筑信息学、综合技术、住宅“SI”（S为支撑骨架，I代表住宅楼内的填充物）等各项新型技术的新的施工方法。不少中职院校的学生往往并不具备夯实的力学、结构基础知识，也缺乏对于计算和理论知识的兴趣，在施工现场管理方面知识储备和相关经验不足，缺乏勤奋刻苦工作的态度。学校基于对学习情况的分析，结合钢结构施工的实际过程，进一步改进了学生的薄弱环节，对课程教学内容进行改编，并将其划分为五个教学项目。教学项目所包含的主题有：智能建筑、节能减排、绿色建筑、可靠连接、深度加工等等。该课程共设置了七个工作任务，将理论知识讲解与课程实践结合起来，以任务为导向，推进课程改革。

四、BIM与VR的教学展示应用

基于BIM模型，用VR虚拟技术真实还原搭建的虚拟仿真实训，学生可以通过VR设备进行上机实训，这是项目建设服务本身的一种延伸。本项目本身的使用性质就是教学示范与实训，这种用身边真实项目进行教学的模式，使设计师为后期教学提供素材，学校教师提前参与到项目中的探索模式属于跨界的合作，属于一种全新的尝试。教学平台根据实体实训基地的基建进行仿真虚拟建设，系统将达到和实体实训基地环境、材料和装饰装修工艺完全还原的效果，实现细节和部件的完全仿真化和虚拟化。学生可以通过虚拟仿真的方式，对装配式构件的BIM模型显示切换、间距数据测量、分析构件及进行调整，学习实体模型各个节点，一方面增加学生学习的趣味性，另一方面增强学生掌握知识的牢固程度，提高其学习效果。