BIM虚拟仿真技术在装配式建筑施工中的应用研究

关键词：装配式建筑；施工；信息技术；BIM技术；虚拟仿真

中图法分类号：TU974 文献标识码：A

随着建筑工业化进程不断加快，计算机硬件性能的提高与软件的高速发展，BIM虚拟仿真技术因其具有详细的建筑信息与装配式建筑结构优势，将BIM虚拟仿真技术和装配式建筑结构有机结合在一起，既可以将装配式建筑的优势充分发挥出来，又可以将BIM仿真技术具有的电子信息集成优势呈现出来，进而促使建筑设计、构件生产、经营管理以及现场施工等融为一体。对于BIM技术而言，虚拟仿真施工技术是重要组成部分，将BIM核心模型的每个装配式构件赋予具体参数，采用此技术将装配式建筑中的场地布置、管线安装以及构件吊装通过3D动画漫游对实际工程进行虚拟仿真建造展示，更容易提前发现问题，可从根本上解决施工中遇到的碰撞问题，节省造价、缩短工期、提高施工效率，为施工信息化优化管理提供保证，并在建筑行业得到广泛应用。

1装配式建筑的优势

对于装配式建筑来说，其主要优势为：（1）绿色施工，这也是其与以往传统建筑明显的不同之处，通常装配式建筑所采用的内外墙隔板、楼层板、楼梯等按照工业化标准制造，能够有效节约建筑项目所耗费的人力、物力等资源；（2）可以使污染量被控制，在以往的建筑施工过程中，通常会用到水泥、砂石等材料，在实际施工现场，经过搅拌与砌筑施工后，将会产生许多粉尘与建筑垃圾，而装配式建筑则只在施工现场开展装配与连接工作，可以有效控制生产过程中所产生的粉尘与扬尘，符合当前的环保理念；（3）可以节约资源，从装配式建筑实际情况来看，其在模板与浇筑混凝土方面的工作量要求比较少，对于水资源的消耗也比较少，可以有效控制扬尘污染；（4）在装配式建筑中，其所需要的很多构件都是依据相应的质量规范，在工厂与专业人员的监督下，标准化完成生产与使用，促使建筑质量得以提升；（5）随着装配式建筑的广泛应用，建筑行业中工业化、产业化与信息技术也得到了融合和发展，推动建筑业供给侧结构性的改革。

2 BIM技术

2.1 BIM虚拟仿真技术

所谓BIM虚拟仿真技术，主要指的是依托3D技术，创设与工程建筑相符合的数字模型，在不断对工程信息进行完善后，使得施工单位获得相应的技术支持。该技术的核心在于对建筑工程的数据与信息进行整合后，构建三维模型，同时在数字化支持下，使得模型可以获得正确且完整的工程信息库，可进行虚拟仿真建造。在该技术的有力支持下，建筑人员的施工效率能够得到有效提升，同时可以优化内部结构，使施工安全获得保障。

2.2 BIM技术的特点

2.2.1虚拟性

对于建筑工程而言，其在应用BIM技术过程中，能够对不同工作项目开展仿真工作，尤其是相关人员在开展设计工作、实际施工以及工程实际运营过程中都具有一定优势。在开展设计工作过程中，相关人员可以依托BIM技术开展模拟实验。比如，可以模拟一些特殊情况、应急状况、承载力和热传导等，在开展模拟实验过程中，相关人员可以及时对工程建设中的不足予以完善，同时可以帮助其及时发现问题，并采取有效措施解决潜在问题。

2.2.2可視化

在建筑工程的实际建设过程中，BIM虚拟仿真技术在获取相关的数据与信息后，依托数字建模，使得每一个施工环节都变得更加完善，并且可以设计出相应的建筑图纸以及提供高效的施工方案。该技术能够直接创设出相应的三维施工图纸，同时可以开展动态化虚拟营造管理，3D模型真实性的直观表达，更符合人的直觉，能更清楚地了解建造物的空间关系。

2.2.3协调性

BIM技术具有协调性特点，主要指的是其可以协调每一位员工的工作。比如，在对结构碰撞系统进行测试时，采用BIM虚拟仿真技术，可以及时反馈实验过程的参数与数据，以此为设计人员和施工人员进行协调交流提供实验数据支持。与此同时，BIM技术还可以使多方人员的需求得到满足，在实际建设过程中，可以对设计方案进行更改与完善。此外，BIM技术可以将设计图纸充分展现出来，使设计人员与业主之间的沟通变得更加便捷，其能够有效避免相关问题，切实保障工程的施工质量。

3传统装配式建筑施工中的不足

3.1设计专业协作性差

传统装配式建筑施工基于二维平面设计图纸进行施工，由于建筑工程专业多，各项专业技术图纸相对独立，基于传统管理方式的各信息未被有效连接，在施工阶段，需要将专业设计图纸进行穿插汇总使用，这会导致图纸信息不协调。此外，因为平面设计图纸表述过于专业、复杂，当施工人员对照设计图纸施工时，有时会对设计图纸解读错误，从而造成施工错误，并且可能导致出现安全隐患。

3.2施工技术协调性不足

装配式建筑属于一个系统化的项目，需要通过多种专业技术的交叉作业来进行施工，在此前提下，各项专业技术工作要有一个良好的协调关系，才能确保工序质量的提高，但其中专业人员之间的沟通存在诸多问题，导致多项专业技术在实施时存在协调性不足的现象。例如，将水电管线安装在建筑构件上胡乱开槽、开孔等，此类现象不但会造成施工质量下降，还会增加工期和造价。

3.3施工质量管理不足

要实现高质量的装配式建筑施工，就有必要借用建筑智能化、信息化技术等对施工过程进行精细化管理。目前，我国建筑业信息化技术应用不足，管理过于粗放，如构配件在运输、堆放、吊装、安装等环节缺乏完善的技术与人员安排，准备工作不够充分，导致施工企业无法把握工程质量的关键点，对于施工过程中出现的问题，缺乏完善的施工方案，导致影响施工质量和工作效率，

4 BIM仿真技术在装配式建筑施工中的应用

4.1依托BIM技术，提高跨专业协作能力

对于装配式建筑施工来说，各专业之间与各工种之间的协作，对于提升施工效果有着重要影响。将BIM虚拟仿真技术引入施工中，可以为协同管理打下良好基础。具体来说，BIM仿真技术的主要价值在于，可以将各专业使用的软件与设计图纸等要素融入模型中，促使各专业以共享信息为基础，提高各专业之间的沟通效率。比如，在开展碰撞检测时，相关人员可以依托BIM虚拟仿真技术平台，将各专业软件进行有效整合，借助管线综合模型进行仿真模拟碰撞，以此来考察各专业、各工种的协同水平，以及在施工前发现和解决各专业、各工种之间存在的冲突。此外，为满足项目部各层级人员对信息模型实际的需求，可以将设计、施工、验收等信息录入相应构件并建立档案，经过轻量化的BIM模型，生成二维码分享链接即可查看，实现各专业间建筑信息共享和各工种无障碍沟通。由此可见，从施工效率与施工成本来看，采用BIM仿真技术可以提升跨专业协作水平。

4.2依托BIM技术，完成构件的拆分工作

对于装配式建筑项目来说，在设计阶段，模型中的构件组合始终处于统一的整体，设计者应重视构件的拆分工作，以此使得工厂可以独立生产构件，结合建筑的实际特点来对构件进行拆分。通常情况下，应满足多种组合、较少规格的需求，使得装配组件模具数量得以减少，进而促使工厂的生产效率得以提升。对于设计者而言，其在全面了解和掌握拆分规则后，可以依托BIM模型来完成构件的拆分以及构件连接设计与钢筋配置等工作。设计者依托BIM虚拟仿真技术完成构件的拆分工作，可以从不同维度使得不同构件之间的关系变得更加明确，使得构件之间的连接方式变得更加明确，以此促使设计者在三维立体的视觉观察下，能够更加明确拆分模型。BIM仿真技术的有效应用，使得以往工程的复杂系数得以降低，设计误差也得以减少，并且可以及时保存与保留拆分构件的纠错能力。同时，在开展生产活动的过程中，使得模型信息可以实现实时共享，从而促使建筑工程进度得到有效保障，进而促使实际生产效率得以提升。

4.3依托BIM技术，对整体设计进行优化

在整个装配式建筑工程中，BIM虚拟仿真技术的广泛应用有着一定的优势与特点。首先，采用BIM技术可以使建筑工程得到全面优化，在以往建筑工程设计中，通常以纸面设计为基础，普遍采用平面建筑的设计方式。但是，采用BIM虚拟仿真技术可以建立3D数字模型，通过BIM模型漫游、属性察看、剖切、测量、过滤、查询等操作，设计者可以直观地对设计进行观察，及时发现设计中存在的问题，并采取相应的解决措施。同时，由于其具有一定的可视化和模拟特点，可以对建筑设计进行合理的规划和安排，从而有效提升整体效果，减少或者避免可能出现的设计问题，最终实现整体设计效果的提升。

4.4依托BIM技术，优化建筑施工方案

在开展装配式建筑活动时，相关工作人员可以依托BIM虚拟仿真技术对建筑施工方案进行优化。装配式建筑构件通常在生产车间加工完成，接着将房屋所需的不同构件运至工地现场，并开展装配工作，在实际装配过程中，通常会进行吊装施工。比如，在进行工程吊装施工前，相关人员首先应将与工程相关的参数、与机械相关的数据录入建筑立体模型中，从而将工程的实际安装质量和施工进度及时反映出来。同时，还应在静态模型场景中，添加不同的吊装程序，并选择最合适的施工方案。此外，相关人员应以此分析结构为依托，针对施工现场的进度，开展相应的实时仿真模拟工作，对工程人员与施工设备进行科学、合理的调配，确定人员的实际分工情况和具体位置。

采用BIM虚拟仿真技术对施工场地布置、材料堆放、车辆运行模拟、安全文明施工、临时用电布置、危险源辨识等进行模拟演示，对于系统界面呈现出的变化，相关人员还应将其制作成视频，以此为施工人员比照视频提供更多便利，使其可以有效分析建筑施工中存在的误差和问题，并提前优化方案、提出合理化建议，对施工总平面规划进行虚拟仿真，可以确保施工安全、科学，节约成本。

4.5依托BIM技术，完善建筑材料管理

相关人员在对材料进行管理时，采用BIM技术可以让管理变得更加完善。对于装配式建筑来说，在生产其需要的预制构件时，生产现场将会堆放很多生产材料与构件。因此，相关人员在对这些预制构件进行分类与贮存时，将会花费很多的资源与资金，并且还常常会发生各种各样的问题。采用BIM技术录入每个预制构件的编码档案，包括编号、楼层、属性、特点、施工要求等，生成数据表格并进行模拟安装，从而使相关人员全面掌握工程项目实际进度情况，并将生产阶段所需的材料提前准备好，让各種所需原材料数量能够始终保持均衡，则可以有效避免缺少材料或者购买的材料数量过多等问题的发生。

在对材料进行验收时，相关人员可以直接对构件信息进行采集，从而可以有效提升工作效率。在实际施工过程中，通过应用BIM虚拟仿真技术，对于实际消耗的材料，相关人员可以对其进行收集与整理，并对实际消耗的材料数量与预计消耗的数量进行对比，从而为后续开展材料管理打下良好基础。同时，在实际工作过程中，还可以对材料的生产与运输、材料到货后的验收等有所帮助，从而更好地开展材料管理工作。

4.6依托BIM技术，开展信息化管理

首先，对设备开展信息化管理。将BIM虚拟仿真技术应用到设备管理中，可以将设备的相关信息，如型号、购买时间与维修记录等，采用扫描的形式录入BIM模型中，并且维修人员也可以采用RFID技术快速查找出设备中的相关信息，从而促使BIM模型和建筑的实际信息情况实现同步，以此帮助其对设备的实际运行情况、实时动态进行有效监控，同时可以对设备进行远程监控等。维修人员通过BIM技术还可以制定科学的维修计划，以此减少设备出现故障的概率。其次，空间信息化管理。相关人员可以通过BIM虚拟仿真技术实现对当前空间的预测、规划与管理，以此满足装配式建筑在进行空间管理时的不同需求。采用此技术将空间按照功能予以划分，可以有效避免发生空间重叠与浪费的现象，并且可以将BIM技术和虚拟现实技术有机结合在一起，实现对建筑空间的全景观察，并掌握建筑空间的实际使用情况。

5结束语

随着建筑行业工业化、数字化、智能化的加快推进，对于装配式建筑施工而言，将BIM虚拟仿真技术引入其中，不仅可以使装配式建筑施工管理走向精细化、专业化和标准化，还使得不同资源的利用率得到有效提升，同时促进我国智能建造技术的发展，有效解决传统建筑在实际施工中存在的问题，为建筑行业高质量发展提供一定的技术支持。作者简介：

王喜勇（1981—），本科，工程师，研究方向：信息技术、工程管理。