BIM技术在装配式建筑中的应用

文／孙鹏冲、张健生 德才装饰股份有限公司 山东青岛 266199

引言：

装配式建筑是指由工厂加工的构件在施工现场通过可靠的连接装配而成的建筑，其结构形式包括预制装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等，本文所提及的装配式建筑特指预制装配式混凝土结构形式的建筑。预制装配式混凝土结构的建筑是指一个完整的建筑产品，被拆分为几种预制的钢筋混凝土构件，这些构件在工厂中的组装线上制造，然后被运送到施工现场组装，其施工过程类似搭建积木。这种建造方式将建筑从大量的手工生产转变为密集的机械生产，这是建筑工业化的重要形式，也是建筑业转型发展的有效途径。然而，在实际应用中，还存在工人作业环境未得到明显改善，工程质量、造价等未凸显优势等问题，而BIM 技术可以解决这些难题，本文着重从装配式建筑设计、碰撞检查、施工等方面的BIM 技术应用进行讨论。

1、BIM 技术与装配式建筑概述

1.1 BIM 技术

BIM 技术有效打破了传统建筑技术，能够利用三维技术模拟建设的全过程，并实现了建设参数的实时跟踪，有效规避了数据录取及传输过程中存在的误差。关于BIM 技术的内涵，总结为以下几点，采用三维技术方式收集建筑项目建设中涉及的各方面信息；BIM 属于信息摘要机构，是建设方参与各项建设活动的重要平台，能够及时提取信息，将信息实时传递给各个建设方；建设参与方能够与参与到数据的修改，能够及时补充、完善各个专业的参数，达到优化工作的目的。

1.2 装配式建筑工程

装配式建筑工程从某种角度来说属于系统工程，包括设计、生产、运输、安装等环节。选择装配式建筑，从设计一开始就要注意选择预制结构构件，并限定结构构件的装配工艺，经过生产和运输，最后，在具体的施工阶段进行构件的组装和装配。从整个流程来看，在施工作业之前需要先设计好高精准度的预制构件，避免安装和装配环节由于尺寸不合适造成成本的提高、工期的拖延。由工厂进行预制构件的生产，既能提高资源的合理利用，也能改善因湿作业导致的施工工地环保不达标的情况。装配式工程符合当前行业高质量发展的要求，符合绿色环保节能可持续发展的战略要求。近年来，我国房地产业的高速发展给装配式建筑工程的发展提供了契机。传统的建造施工方式与人们持续增长的住房需求不匹配，存在较突出矛盾，这就要求建筑工程的建造模式必须革新。随着科技的发展，装配式出现在人们面前，经过大量的工程实践，装配式建造水平得到提高，装配式建筑工程成为建筑行业发展的大趋势。

2、BIM 技术在装配式建筑施工中的应用价值

装配式建筑具有绿色环保、施工成本低、施工进度快、施工安全隐患少等特点，同时也具有施工数据管理复杂的特征。BIM 技术在装配式建筑施工中的应用，不仅能够更好地发挥出装配式建筑所具有的优势，而且也能够提升装配式建筑施工管理工作的效率以及精细化水平。具体而言，通过对BIM 技术进行应用，可以对装配式建筑施工模型进行构建，促进多方主体数据共享与传输效率，从而提升工程建模的可视化水平，减少多方主体在工程开展中的信息传递障碍与沟通交流障碍。与此同时，BIM 技术在模拟性、协调性等方面展现出了明显的优势，在装配式建筑施工实践中，可以依托BIM 技术对施工过程进行模拟，分析施工过程中面临的重点与难点，从而有针对性地优化施工方案，避免施工失误，确保施工工作得以有序开展，为施工进度管理、质量管理等奠定良好基础。与此同时，装配式建筑施工参与主体可以通过搭建BIM 平台，在施工过程中呈现出更高的协作水平，有效提升装配式建筑施工管理工作效率。对于建设单位而言，通过使用BIM 技术进行三维建模，参建单位可以依托具有更高可视化程度的模型开展交流与决策。对于设计单位而言，设计单位可以依托BIM 技术对数据进行集成，当模型中的某一数据产生改变时，其他的数据也会随之变化，这对于提升设计效率发挥着重要作用。对于构件制造商而言，BIM 技术不仅能够提升参建单位、设计单位与构建制造商之间的协同水平，而且能够对各个构件进行编码，从而为施工现场材料管理水平的提升奠定良好基础。而对于施工单位而言，通过对BIM 技术进行使用，可以对施工现场进行模拟，有效提升运输路线和物料堆放的科学化水平，并且管理主体可以通过直观地对比实际施工状况与施工计划之间的差距，找到各类管理问题产生的原因，有效提升多方主体沟通与协同效率，从而为现场管理水平的提高提供保障。

3、BIM 技术在装配式建筑中的应用

3.1 优化整体设计

在施工前,装配式建筑应保证施工设计的完整性,这样方可为后续的施工提供指导,可以说,施工设计的质量对后续装配式建筑的施工质量有重大影响。因此,要尽可能避免施工设计中存在误差,即使有误差,也应将其控制在合理范围内。因此,施工单位要对此引起高度重视,对相应的装配式建筑数据仔细分析、把握。通过引入BIM 技术,能有效发现装配式建筑施工设计中存在的问题。通过利用RFID、5D 等技术构建仿真模型,利用数字化手段模拟对装配式建筑的安装过程,能有效发现各类微小错误,这对提升装配式建筑整体设计水平有极大促进意义。

3.2 在构件制造中的应用

在大数据时代,很多行业的发展都离不开大数据的支持,建筑行业也是如此。在实施装配式建筑施工时,工作人员要善于利用BIM 技术对数据信息严格管理,这样方可提升建筑工程的施工质量。在装配式建筑配件的制造中,施工人员可以利用BIM 技术对每个配件进行编码,这样可以获得任意一个配件的生命周期,这对控制施工进程、建筑质量意义重大。在对装配式建筑配件进行管理时,工作人员可以结合相应的编码在配件内安装芯片,以此实现对配件的实时跟踪,有效避免配件丢失等问题出现。

3.3 在场地布置方面的应用

在装配式建筑施工中,配件堆放问题是十分关键的一部分。实际上,很多装配式建筑施工现场的空间非常有限,只有合理堆放配件,安排配件进入施工现场的顺序,方可提升施工效率。为此,工作人员可以利用BIM 技术搭建1 个施工现场的模型,结合各个配件的数量、尺寸等数据信息,合理安排各配件在施工现场的摆放位置和进入施工现场的顺序,以此实现较为高效的施工安排。另外,结合BIM 技术构建施工现场模型,能对配件入场的运输线路进行合理规划,实现施工顺利进行。

3.4 在节点连接中的应用

为保证装配式建筑的质量,要重视对节点连接水平的提升。在装配式建筑施工中,若是配件连接存在问题,将产生一系列连锁反应,对整个建筑的安全性产生巨大影响。因此,工作人员可利用BIM 技术,对配件建立数据模型,而后对各个配件的连接点实施可视化放大处理,以此发现潜在的问题,提升施工中各个节点连接的质量。

3.5 在材料管理中的应用

（1）施工前期。为控制好装配式建筑配件的采购数量,工作人员可以利用BIM 技术在配件进入施工现场前,结合施工情况开展分析,尤其是施工场地狭小、施工时间较短的项目,这一点非常重要。结合施工现场对配件的需求,工作人员可借助BIM 技术开展更合理的预算,合理规划配件采购数量,做好施工前的各项准备,避免配件多次入场、搬运带来的问题。（2）施工中期。结合施工中期出现的各类特殊问题,工作人员可借助BIM 技术对施工进度开展调整,并结合施工实际情况,与之前规划的施工流程进行比对,以此优化施工材料的入场顺序,提升施工整体效率。（3）施工后期。结合BIM 技术,能够对装配式建筑施工消耗的材料以及预先计划数据进行比对,找出实际用量和计划用量的差异,明确材料消耗发生的部分,这样可为后续的配件采购工作提供一定依据。通过分析BIM 管理数据,能大幅提升后续装配式建筑施工合理性、针对性。

3.6 在施工阶段的仿真模拟

在正式施工前,工作人员要利用BIM 技术对场地模型、施工项目等进行深入探究,并利用施工模拟动画对施工中的细节、工序进行详细了解。工作人员借助BIM 技术展开模拟施工,能够对各个配件的数据、性质、形状等元素展开更深入理解,明确在实际施工中各个环节的流程,对施工中可能出现的各类问题提前预防,这样能大幅降低装配式建筑施工中出现的各类问题,提升施工进度和建筑物质量。

3.7 在运营维护方面的应用

借助BIM 技术搭建一个装配式建筑服务体系,能大幅推升对建筑的维护水平。比如,当建筑发生火灾时,服务系统能够结合BIM 技术,对起火点准确定位,并在模型上给予展示,而后结合起火点附近的配件材质、属性等数据进行判断,有利于消防人员在短时间内到达着火点开展灭火工作,提升灭火的效率,减少经济损失和人员伤亡。此外,在日常维护中,通过对装配式建筑模型分析,能大幅提升维护效率。

3.8 在拆除阶段的应用

在对装配式建筑拆除时,也可借助BIM 技术提高工作效率。借助BIM 技术支持的建筑模型,能够让拆除人员更为直观地了解建筑物的构造、各个配件间的结构, 从而提升拆除工作效率。另外,在拆除一些有难度的配件时,工作人员可以利用BIM 模型实施模拟拆除,以此发现拆除过程中可能出现的各类问题。通过这种仿真的拆除演示, 能在很大程度上优化装配式建筑的拆除流程, 提升建筑物拆除效率。

4、BIM 技术的装配式建筑施工管理中的作用

4.1 施工进度管理

高效是装配式建筑在施工方面的主要优势，而此项优势是否能够正常地凸显，主要取决于施工进度管理工作的效果。基于此，为了充分发挥装配式建筑的施工优势，需要在装配施工中，重点关注施工进度管理工作，以更好地凸显装配施工的高效优势，保证装配式建筑的施工效果。而在BIM 技术下，人们可以运用配套软件，对装配施工进行模拟，提前了解施工全过程中的进展情况，由此预测施工中的关键环节实施过程中的场地情况、机械作业情况，以及相关措施实施情况，也能够提前了解每周、每月的人、材、机需求情况，方便管理者及时识别、优化进度方案中的不合理问题，并加强对当前进度情况的控制，达到施工进度管理的效果。首先，需将建筑三维模型导入软件中，同时编写进度方案。其次，运用BIM 软件将模型与进度方案相衔接，构建出4D 模型，然后运用该4D 模型创建模拟动画。最后，通过观看模拟动画，识别、优化进度方案中存在的问题，直至进度计划通过审核，由此实现进度管理。在开工后的进度管理中，BIM 软件针对进度管理方面，还具有进度核正功能。借助该功能，管理者可直接通过手机、平板电脑等移动端，为施工关键节点的完成情况进行拍照，上传到软件中，软件即可将该照片上显示的节点图像信息，与进度模拟中的节点模型加以对比分析，由此得出进度偏差，实现进度核正，为管理者的进度控制工作提供精准依据，提高管理工作效果。

4.2 施工碰撞风险管理

现阶段，相较于传统的现浇建筑，装配式建筑对碰撞检测的运用更加广泛。在装配式建筑施工中，不仅要检查各个专业之间的碰撞，而且也要检查构件之间、构件内部钢筋之间、钢筋与预留物，如孔洞、预埋件之间的碰撞，尤其是构件连接节点的钢筋碰撞。而BIM 软件的碰撞检测功能较为成熟，可以准确、全面地检测出施工碰撞风险，以便于施工方及时将碰撞问题上报给设计单位，防止施工期间变更的频繁出现，干扰施工的正常开展，由此实现碰撞风险管理。在BIM 技术的应用中，管理者需要先按照设计方案，制作出三维模型，然后运用BIM 软件的碰撞检查功能，即可得到碰撞检查报告。该报告的内容包括碰撞类型、名称、距离、碰撞点等信息，之后，管理者就可以直接向设计方提交该报告，设计方再按照该报告，对设计方案加以优化，达到消除碰撞风险的问题，实现碰撞风险管理。通常来说，BIM 软件中的碰撞检测功能，属于一键操作的软件功能，启动后最短仅需要数秒中，即可完成碰撞报告的生成，相较于人工检查而言，极为高效，因此，将其应用到施工碰撞风险管理中，可以让管理工作更加准确和高效，提升管理工作水平。

4.3 施工成本管理

除了高效以外，低成本也是装配式建筑的主要优势。而为了发挥此项优势，施工方必须做好施工成本管理，以减少施工中的浪费，保证装配式施工效果。在BIM 技术的应用下，由于BIM 软件具有三算对比功能，可以将建筑工程的收入、成本、实际成本进行对比分析，以帮助管理者识别工程施工支出中存在的问题，为施工成本管控提供依据。但在此项管理工作中，应当注意，由于工程施工成本计算比较复杂，所以BIM 软件的运作过程中需要进行大规模的数据吞吐，这就要求配套硬件设施能够有效支持软件的运作，使BIM 技术的应用效果能够顺利达到预期。

4.4 施工工艺管理

目前，虽然装配式施工技术已经得到了推广，但其依然属于新兴的施工技术。相较于传统的浇筑施工技术，大部分施工人员并未熟练地掌握装配式施工技术，这在很大程度上提高了施工操作错误、操作不当等情况的发生概率，影响了装配式建筑施工质量。而在BIM 技术下，管理者可以在施工之前，运用BIM 技术的施工模拟功能，对当前的施工工艺方案进行模拟，由此识别和优化施工方案中存在的问题，保证施工工艺操作的合理性，达到施工工艺管理的效果。此后，待施工工艺方案检查无问题，正式开工之前，施工方还可以将施工方的模拟动画作为培训资料，对施工人员进行培训，让培训内容更加直观，帮助其迅速理解施工方案内容，减少工艺操作失误、错误问题的出现，提高工艺操作的准确性，实现施工工艺管理。在此过程中，针对复杂的节点，BIM 的三维模拟功能也可以直观地向施工人员展现设计要求、施工方案，让施工交底更加充分，深入优化各项装配式施工工艺的实施效果。

结语：

综上所述，从当前装配式建筑施工的角度入手，分析BIM 技术引入装配式建筑施工的方式和方法以及提升建筑施工的质量。针对当前BIM 技术在装配式建筑施工中的应用，从施工准备阶段、施工阶段和施工后期阶段三个方面，探讨具体的应用情况，分析实际装配式施工中变技术的应用特点，促进我国装配式建筑工程的可持续发展。