BIM 技术在装配式混凝土结构设计施工流程中的应用研究

文／曹言敏 济南市城乡建设发展服务中心 山东济南 250000

引言：

近些年来，随着我国社会经济的稳步发展，建筑行业呈现了蓬勃的发展态势。但与此同时，也带来了严重的环境污染及资源浪费等问题，这些问题与建筑行业可持续发展理念目标不相符。为了实现建筑行业可持续发展目标，需注重装配式混凝土结构的优化设计及施工应用，在提升生产效率、节约能源的基础上，促进绿色环保建筑发展，并促进建筑工程质量的提升[1]。值得注意的是，要想实现装配式混凝土结构设计施工流程的优化，还需注重现代化科学技术的合理应用，以BIM 技术为例，具有可视化、协调性、模拟性等诸多特点优势，对装配式混凝土结构设计施工工作的优化能够起到技术支撑作用。鉴于此，本文围绕“BIM 技术在装配式混凝土结构设计施工流程中的应用”进行分析研究价值意义显著。

1.BIM 技术的概念及特点分析

1.1 技术概念

BIM 技术，即“建筑信息模型”，为建筑学、工程学、土木工程的新工具，此项技术在三维图像为主、物体导向、建筑学相关的电脑辅助设计中应用广泛。比如，在建筑项目策划、运行及维护的全生命周期过程当中共享传递，可以让工程技术工作人员对各类建筑信息做出正确理解及有效应对，且可以确保设计团队、建筑及运营单位等各方建设主体提供协同工作的基础，进而提升生产效率，节省建设成本，并促进施工作业工期的有效缩短。

1.2 技术特点

BIM 技术特点鲜明，具体包括：

（1）可视化特点。BIM 技术为建筑构件（物件）可视化提供了全新的思路，能够使原本线条式的构件以三维的立体实物图形式在工作人员面前展示出来。与此同时，建筑行业设计效果图在BIM 技术的支持下，也可以实现可视化展示，即在BIM 技术的加持下，可以使建筑构件与构件之间形成良好的互动，并使反馈的信息实现可视化[2]。此外，值得注意的是，因BIM 技术可以使建筑构件实现全过程可视化展示，其可视化结果能够以效果图的方式展示出来，还可以生成工作报表，在可视化展示建筑参数及相关信息的基础上，能够为建筑结构设计及施工的优化提供有效参考依据。

（2）协调性特点。从建筑行业整体考量，保证施工单位、业主方、设计单位各方之间的协调性至关重要，在建筑项目实施过程当中，若出现相关问题，发挥组织协调作用，使各方积极参与，就建筑项目设计、施工、管理等各环节出现的问题及原因进行分析讨论的基础上，有助于及时制定并实施有效预防控制对策。值得注意的是，在合理应用BIM 技术的条件下，能够在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题有效协调，使协调数据有效生成，并实时提供出来。此外，BIM 技术的合理应用，还可以使电梯井布置和其他设计布置、净空要求之间的协调性得到有效满足，进而实现建筑设计、施工及管理的优化。

（3）模拟性特点。利用BIM 技术，可对建筑工程建设各环节进行有效模拟，比如在建筑工程项目设计环节，可进行节能设计模拟、紧急疏散通道设计模拟、日照设计模拟等。基于招投标与施工阶段，可进行4D 模拟，或结合施工组织设计情况，对实际施工过程进行模拟，在对合理科学的施工方案加以明确的基础上，能够为实际施工提供科学的指导[3]。此外，还可通过5D 模拟，即以4D 模型为基础，结合造价控制，使建设项目成本控制目标得到有效实现。

（4）优化性及可出图性特点。对于建筑工程项目来说，设计、施工、运营为不断优化的过程，各环节优化会受到信息、复杂程度及时间的影响。而在BIM 技术的合理科学应用下，能够为建筑物提供所需优化信息数据，比如在构建基于建筑工程项目的BIM 建筑模型的基础上，可提供相关规则信息、物理信息、几何信息，从而更加直观、清晰地了解建筑物实际变化情况[4]。与此同时，在BIM 模型的支持下，可以使原本复杂的项目获得各类优化工具的支持，从而使相关工作人员直观了解项目实际情况，为复杂性问题的处理提供有效依据支持。此外，利用BIM技术，在构建BIM 模型的基础上，可以将常规建筑设计图纸、构件加工图纸绘制出来，在可视化展示、协调、模拟、优化建筑物的基础上，出具相关专业的设计施工图纸，为建筑工程项目设计施工作业的优化提供有效参考支持。

2.装配式混凝土结构的概念及特点分析

2.1 概念

装配式混凝土结构，指的是以预制构件为主要受力构件，在装配/连接的基础上形成的混凝土结构。从现状来看，装配式混凝土结构为建筑结构发展的必然趋势，其对我国建筑工业化发展极为有利，有助于生产效率的提升，能源资源的节约，进而促进绿色环保建筑发展，并使建筑工程质量得到有效提升[5]。

2.2 特点

从装配式混凝土结构的特点层面分析，总结起来，具体如下：

（1）施工过程简单，节能环保。对于装配式混凝土结构预制构件来说，因在工厂特定制作，并于施工现场进行安装，在此基础上可以使支模、拆模环节及流程省去，且施工现场装配，可以使现场施工湿作业减少，使建筑结构产生的垃圾量、粉尘污染、噪声污染得到有效控制，可以使建筑施工现场周围环境得到有效维护，使周围居民正常工作、生活、学习。此外，预制构件工业化生产模式能够使资源得到有效节约，使建筑项目节能环保特点充分展现出来，并使环境优化型建筑施工现场的构建目标得到有效实现。

（2）质量优良。装配式混凝土结构预制构件基于工程生产期间，从其生产流程来看，存在机械化、标准化的鲜明特点，与现浇构件比较，强度更高、品质更优，且耐久性更好。因此，预制构件质量优良，表面平整，尺寸精准，在保温层、水电管线的融合应用下，可使后期装修工作量减少，体现经济、实用的鲜明特点优势。

（3）施工工期比较短。对于装配式混凝土结构预制构件来说，在工厂化生产的基础上，可以使现场支模、拆模、养护等环节减少，在此基础上，使施工作业施工大大节省，进而有助于施工作业工期的有效缩短[6]。与此同时，在装配式混凝土结构施工过程中，可以减少施工人员叉弩，使施工机械数量减少，进而使施工材料、机械设备、人员管理工作的难度降低。此外，在流水化施工组织方案实施的条件下，可进行交叉作业，使各施工工序间歇时间缩短，进而使施工总工期有效缩短。

3.BIM 技术在装配式混凝土结构设计环节的应用优势分析

如前所述，BIM 技术特点优势鲜明，且装配式混凝土结构是现代建筑结构的一大发展趋势。因此，为确保装配式混凝土结构设计的优化，可以将BIM 技术合理应用到装配式混凝土结构设计过程。结合实践工作经验来看，BIM 技术在装配式混凝土结构设计环节的应用优势显著，具体如下：

3.1 有助于合理控制建筑工期

在装配式混凝土结构构件信息分析过程中，合理应用BIM 技术，并结合具体情况，可优化生产计划流程，以此使构件生产效率得到有效提高，并使构件质量隐患问题的发生得到有效预防控制[7]。与此同时，合理利用BIM 技术，可使构件生产过程资源浪费问题避免出现，使材料利用率得到有效提高，并节约材料成本，使建筑工期控制在预计范围内。

3.2 有助三维技术交底工作的优化

基于装配式建筑工程项目施工期间，需确保施工质量，则需采取合理科学的现代化施工技术。对于BIM技术来说，有助于施工现场的优化，在施工人员密切配合条件下，能够分析了解项目工程潜在质量隐患问题，进一步通过BIM模型分析，制定预防控制措施，能够使潜在质量安全问题的发生得到有效预防，进一步使三维技术交底工作得以优化，为后续工作质量及安全性的协同提升提供有效的技术保障支持。

3.3 有助于设计与施工工作一体化目标的实现

在装配式混凝土结构设计工作开展期间，合理科学地应用BIM 技术，可对项目构件各项参数进行准确计算[8]。与此同时，在BIM 模型的构建及应用条件下，可加深建筑相关部门之间的密切沟通交流，找出设计施工图纸中潜在的问题，并通过多方协作沟通，制定落实相关措施，进而确保装配式混凝土结构施工设计方案的合理性及科学性，在实现设计与施工工作一体化目标的基础上，有助于提高装配式混凝土结构设计及施工工作的整体质量效益水平。

4.BIM 技术在装配式混凝土结构设计施工流程中的应用要点分析

为提高装配式混凝土结构设计施工质量水平，有必要优化设计施工流程，合理科学地应用BIM 技术。具体而言，BIM 技术在其中的具体应用要点包括：

4.1 在装配式混凝土结构标准化设计中的应用

为确保装配式混凝土结构设计的优化，有必要制定相关设计规范标准，在标准制定过程，可参考《企业级BIM 实施标准》[9-10]。与此同时，在遵循企业标准的基础条件下，需对此建筑项目中BIM 的实施原则、目标、BIM 技术应用范围、软件选择标准等逐一明确。并且，需优化设置装配式混凝土结构建设过程BIM 模型标准，比如相关参数设置、建模过程需注意的一些基本事项等，以此使装配式混凝土结构产业化工程设计方案能够有效制定出来。除此之外，还有必要对相关构件库、预制构件库加以制定，以此确保装配式混凝土结构流程设计的优化及完善。

4.2 在装配式混凝土结构深化设计中的应用

装配式混凝土结构深化设计的主要内容在于管道预留孔洞设计与预埋件设计，将BIM 技术应用其中，需把控的技术应用要点如下：

（1）管道预留孔洞深化设计。对于管道预留孔洞，通常在预制叠合板中分布，如厨房、卫生间等，考虑到管道穿越楼板情况避免出现，进而减少二次开凿，在深化设计装配式混凝土的预留孔洞时，需以给排水模型、施工图为依据，结合管道所处部位、管径长度、出管方式等，采取Revit 软件对三维模型进行构建，然后把构建好的各环节模型利用BIM 技术进行优化整合，进一步采取3D 开洞技术，对孔洞位置等相关信息加以明确，将相对应的图表信息导出之后，相关工作人员可以对各预制构件的具体情况加深了解。

（2）预埋件深化设计。基于装配式混凝土预制件层面分析，因自身截面存在一定限制，在此情况下对于混凝土预制件当中的预埋件来说，需确保其深化设计方案的精准性，确保加工制作工作完成的基础上，预埋件所处位置能够准确确定下来，不可随意进行更改处理。所以，需合理控制预埋件位置，使预制层和线盒的进出口发生重合的现象避免出现，进一步使后续线缆穿设工作顺利、有序进行。与此同时，在预埋件深化设计工作开展期间，需以机电设计图纸、装修深化图纸为依据，对其所处位置充分明确。在预制墙深化设计过程中，需对斜撑套筒做好预埋处理，基于水平面将斜撑埋件设置好[11]。基于现场施工作业开展期间，需参考布置图，于板中将斜撑埋件预埋好，进一步将预制墙吊装好。此外，需注意的是，基于二维平面图纸当中，难以了解斜撑和埋件两者之间的连接关系，倘若预制墙斜撑套筒所处位置与平面设计图当中斜撑埋件的位置存在一定差距，则会导致两者难以正常、安全地连接完好。为避免这种问题的出现，可合理使用BIM 技术，构建三维模型，在对两者位置关系进行仔细检查的基础上，若存在偏差，需及时有效地解决，使后续安装作业能够顺利、有序进行，进一步确保安装工程质量及安全性的协同提升。

4.3 在装配式混凝土结构预制构件生产中的应用

将BIM 技术合理科学地应用到装配式预制构件生产工作过程，可实现生产作业的数字化，即：

（1）基于预制构件生产厂家层面分析，可通过装配式建筑BIM 模型，对预制构件的几何尺寸信息直接调取出来，以此确保构件生产需要的加工信息的准确性得到有效保证。与此同时，需以具体的施工计划方案为依据，将合理科学的生产计划方案详细制定出来，比如构件制作时间、发货时间等等。

（2）基于构件生产过程中，需对施工单位发布构件生产的相关进度信息，使施工单位了解相关信息的基础上，做好施工现场调度工作。

（3）在合理利用BIM 技术的基础上，能够使预制构件设计、生产、物料统计全过程成本得到有效控制，比如在控制预制构件数量、钢筋规格及重量、混凝土方量、预埋件数量等基础上，使各环节物料用量、成本能够准确地估算出来，并确保整体成本控制在可控范围内，使资金成本超限的问题避免出现。

（4）在合理使用BIM 技术的基础上，与射频识别技术（RFID 技术）相结合，对于存储验收、物流配送相关工作人员，可对预制构件相关信息直接读取，使电子信息的自动对照得到有效实现，进一步使传统人工验收模式下验收数量偏差及尺寸偏差问题减少发生，并使出库记录不够准确的问题避免出现，最终使装配式建筑项目管理全过程、全寿命周期精细化管理目标得到有效实现。

4.4 在装配式混凝土结构构件施工节点模拟中的应用

基于装配式混凝土结构设计及施工期间，采取BIM技术模型展开设计时，可于具体施工前期模拟相关构件，以此掌握设计环节存在的不足问题，便于设计方及时优化改进，保证装配式混凝土结构设计方案的优化，为开展顺利、有序施工作业提供必要参考依据支持，保证构件施工质量。值得注意的是，基于具体施工设计方案当中，可以将BIM 技术与虚拟现实（VR）技术、无线访问接入点（AP）技术、混合现实（MR）技术相结合，从而模拟装配式建筑施工全过程，对各构件之间可能产生的碰撞展开相对应的测试，进一步实现对三维可视化较低工作的优化及细节节点施工过程的优化，使整体施工效率得到有效提升[12]。当然，基于实际施工前期，优化预测作业，能够使后期建设安全性问题的发生得到有效避免，以此确保构件施工的进度不受影响，施工安全性得到有效保障。

结语：

综上所述，BIM 技术特点优势鲜明，在装配式混凝土结构设计施工中的应用效果显著，比如：使建筑工期有效控制，优化三维技术交底工作，且有助于实现设计与施工工作一体化目标。因此，在装配式混凝土结构标准化设计、结构深化设计、预制构件生产、构件施工节点模拟等环节，可合理科学应用BIM 技术，在充分发挥BIM 技术价值作用的基础上，实现装配式混凝土结构设计施工流程的优化，进一步促进装配式混凝土结构设计施工工作质量效益水平的全面提高。