BIM技术在某高层装配式建筑深化设计与施工中的应用分析

胡秀俊，方鲁兵，魏晋晋

(合肥职业技术学院，安徽 巢湖 238000)

0 引 言

1 工程概况

本工程位于安徽省黄山市(图1)，结构体系为十六层装配式混凝土剪力墙结构，全楼总高为48.5 m，总占地面积5 647 m2，总建筑面积约10 000 m2。施工场地狭长，对于预制构件的运输、堆放和吊装有较高的要求。该工程采用预制外墙、预制内墙、叠合板、预制梁及预制楼梯等装配式预制构件，板预制面积约占全部板的90%，预制墙体积约占总体的80%，楼梯全部预制，整体预制率达50%以上。

图1 项目位置地形图

2 装配式建筑深化设计与施工的难点及对策

2.1 装配式建筑深化设计与施工的难点

装配式建筑在我国尚处于大力推广阶段，在公共建筑与民用建筑领域占比逐年提高，但由于我国起步较晚，相关技术标准尚未形成成熟的体系。传统装配式建筑深化设计与施工中的难点如下。

2.1.1 构件标准化设计难开展

传统的装配式建筑深化设计流程是在施工图出图后再进行，存在直接将现浇构件转化成预制构件的情形，对装配式构件的拆分设计不够重视，无法充分发挥装配式构件应“少规格、多组合”的特点，不利于构件标准化设计、工厂工业化生产。

2.1.2 信息传递效率低

传统的二维图纸在识读过程中需要耗费较多的时间进行交底，且在信息传递过程中容易出现错误或遗漏。各专业图纸互相没有关联，任一专业需要修改时相关专业不能联动而耗费大量精力，很大程度上增加了各专业之间的沟通成本。装配式建筑构件种类与数量较多，构件明细表从二维图纸中难以准确统计，需要耗费的工作量较大。

2.1.3 预制构件之间的碰撞难以识别

传统的装配式建筑深化设计处于二维设计环境，无法进行有效的预制构件之间的碰撞检查和构件吊装连接模拟。随着深化设计中机电等专业的介入，同一构件可能会设置多个具有细小差别的功能而难以准确识别，最终可能会导致现场的预制构件之间或与现浇结构之间产生难以准确拼接的情形。

2.1.4 装配式建筑施工交底难控制

装配式建筑施工中对吊装与连接的准确性要求高，通过传统的图纸进行构件吊装和节点连接等施工方案编制，用于实际施工时易产生不协调的情形。与此同时，装配式建筑预制构件与管线复杂，施工要求比以往更高，工期要求紧，传统施工管理模式难以满足要求。

2.2 装配式建筑深化设计与施工的对策

BIM技术是通过三维建模，把工程项目的所有信息以数字化的方式整合到一个建筑模型中，从而实现项目的全生命周期的管理。把BIM技术运用到装配式建筑深化设计与施工中，能极大地提高设计效率和施工质量。

2.2.1 BIM技术提前介入

在初步设计阶段尽早地应用BIM技术，可以更好地对预制构件进行标准化设计，进而在装配式建筑深化设计阶段能够更好地与工厂对接，做到从设计到生产的相统一，有利于预制构件的标准化生产，促进装配式建筑施工质量的提高。

2.2.2 BIM技术进行专业协同

基于BIM技术的装配式建筑深化设计模型，可以直接输出平面图、立面图和剖面图，节省了大量人力物力。通过BIM模型，可以将装配式建筑各专业进行协同设计，实现各专业之间的信息共享。利用BIM技术进行构件间的碰撞检查、净高分析等方式的协同设计，提前解决可能出现的问题，有效减少返工。

2.2.3 BIM技术进行可视化交底

将BIM技术应用于装配式建筑施工中，借助BIM模型各专业的数字化信息平台，可以对构件吊装方案等进行预先模拟；应用BIM模型的关键节点进行施工模拟，实现重点、难点节点工艺的可视化交底，让现场施工人员更加全面直观地掌握设计所要传达的信息。

3 BIM技术在装配式建筑深化设计与施工中的应用点

3.1 BIM模型的搭建

BIM技术进行可视化设计与分析的基础是创建BIM模型，建模精度决定了BIM技术应用于深化设计与施工的质量。为了提高建模效率，应根据不同阶段BIM模型的精细度要求，逐步建立完整的BIM三维模型。本项目的三维实体模型如图2所示。在模型精度无误的情况下，软件可以直接生成深化图纸，如果图纸需要改动，可以直接修改BIM模型，深化图纸就会自动进行改动，从而实现从模型到图纸的一致性。

图2 装配式建筑BIM模型

3.2 BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用点

3.2.1 构件深化设计

通过调整外墙顶面与底面的面板缝及侧面接缝来解决面板开裂及外墙模板偏移和漏浆等问题(图3)。通过调整板的桁架规格和相对位置来增强板的整体刚度使其受力均匀，同时设置倒角来避免应力集中等问题(图4)。通过设计与生产施工单位的密切联系，结合全面的生产施工信息，最终形成标准化的、满足生产施工需求的构件模型。

图3 装配式外墙深化设计

图4 装配式楼板深化设计

3.2.2 碰撞检查与调整

应用BIM技术开展自动碰撞检查，可以得到各专业、构件之间各类碰撞问题，并能够一键导出碰撞检查结果以便进行修改。通过BIM软件对装配式高层建筑的BIM模型进行碰撞分析，碰撞点在软件中会被自动标记，其中预制构件内部钢筋之间碰撞问题700 余项，预制构之间外伸钢筋碰撞200余项。经过逐个调整后，所有碰撞点全部不再冲突。预制梁之间碰撞，通过调整预制梁的底筋出头长度和排列参数可以解决(图5)。

图5 预制梁碰撞与调整

3.2.3 深化设计出图

BIM模型深化设计完成后，可以输出各类平面图、立面图、剖面图和构件详图等(图6)。通过BIM软件实现了预制构件深化设计图100%的BIM出图，可以直接导出DWG格式的图纸，大大提高了深化设计出图效率，保证了模型与图纸的相统一。

图6 BIM深化设计出图

图7 工程量统计

3.2.4 工程量统计

基于装配式BIM模型的信息完备性，在BIM软件中可以很方便地统计每种预制构件的规格、尺寸、体积、重量等信息，统计需要材料的混凝土量、配件数量、钢筋明细等信息(图7)。同时，根据输出构件中的重量清单，找出最大重量的预制构件，以此确定吊装构件的塔吊型号。

3.3 BIM技术在装配式建筑施工中的应用点

3.3.1 可视化交底

利用BIM可视化特点可以对构件现场的堆放布置、塔吊位置、构件的运输道路等进行综合设计，遴选出最优方案。在装配式施工阶段，可以通过漫游动画对整个项目和现场布置进行查看。在编制吊装施工方案后进行可视化模拟，对吊装过程中的重点、难点进行立体直观的交底，让施工人员掌握的效率更高，技术传递得更加精准(图8)。

图8 楼梯吊装方案模拟

图9 装配式施工过程模拟

3.3.2 装配式施工过程模拟

将完整的BIM模型结合详细的施工进度计划，能够得到BIM4D施工模型，通过BIM模拟施工软件进行施工模拟后再与实际进度对比，以便对施工进度进行管理，分析产生偏差的原因并及时改进(图9)。整个施工过程中，项目管理人员可以实时模拟查看施工进度，及时掌握关键工序、关键节点的完成时间，提前解决影响施工进度的因素。

3.3.3 精细化施工管理

施工管理人员可以根据BIM模型中的数据信息，提前联系预制构件厂安排生产计划，以保证构件能够按时进场。利用BIM模型中的构件信息提升了构件精细化的生产水平，施工质量管理效率显著提高。利用BIM技术结合移动终端设备在施工过程中记录各环节质量问题，并将问题标记于BIM模型中，明确问题责任人。待问题得到各方确认解决后，再从模型中取消问题标记，提高了施工质量问题解决的效率。

4 结 语

随着装配式建筑的快速发展，将BIM技术应用于装配式建筑深化设计与施工中与传统方法相比具有很大的优势。本文以某高层装配式建筑项目为案例，对BIM技术在装配式建筑深化设计与施工中的应用进行了分析研究。笔者认为BIM技术在装配式建筑三维建模、构件深化设计、碰撞检查、深化设计出图和工程量统计等应用中可以极大提高设计效率和标准化构件生产的精确度；利用BIM技术对于装配式建筑重要节点、吊装方案加以模拟进行可视化交底，有利于施工质量的提高；BIM技术提升了构件生产的精细化水平，有效提高了施工质量管理效率。在可预见的未来，BIM技术将助力装配式建筑行业往更深远的方向发展。