BIM技术在装配式建筑设计和施工中的应用

2023-11-28李世莲

广东建材 2023年11期

李世莲

(东莞市预拌混凝土协会)

0 引言

随着我国改革以来的快速发展，城市化进程的不断加快，建筑业发展也进入到发展的快车道。装配式建筑作为绿色建筑的代表，有利于解决传统现浇结构的诸如人力、工期、节能环保、效率等问题，并且具有质量可控、成本可控、进度可控的特点，得到国家的大力推广。根据《关于印发“十四五”住房和城乡建设科技发展规划的通知》的要求，到2025 年，装配式在建筑中的渗透比例不少于30%。住建部于2022 年3 月发布的《关于印发“十四五”住房和城乡建设科技发展规划的通知》中提到，装配式建筑占城镇新建建筑的比例要达到30%。

BIM 技术20 世纪末起源于美国的建筑计算机模拟系统。BIM 技术是运用数字信息来建立建筑物的数字模型，从而全面掌握设计各分项工程，利用三维建筑模型来加强各分项施工的监督管理。BIM 具有信息的准确性、高效性、全面性、实用性等特点。经过几十年的发展和实践，现在BIM 技术在美国大多数建筑项目中应用。在我国，BIM 技术已经从BIM1.0（以设计阶段建模为主）发展到了BIM3.0（以深入施工现场为主）。

装配式建筑的核心通过信息化的手段，串联起设计、生产、施工、装修和管理。BIM 技术应用为装配式建筑设计提供强有力的技术保障，避免传统的二维设计容易出现问题，实现设计三维表达，减少图纸量，有效解决专业间、预制构件间可能出现的碰撞问题。

1 BIM技术在装配式建筑设计中的应用

装配式建筑需要预制构件的设计和生产。传统的预制构件模式是设计→构件厂生产→运输→现场安装，但是这些环节之间是独立分离的。设计的合理只能等到安装的时候才发现，这样大大增加了成本和工期的不可控。BIM 技术在建模中就加入了设计、制造、安装的需求，提前处理后续生产和安装的问题。BIM 技术在设计阶段的引入可以提高工作效率和后期施工的效果。首先进行工程的勘察，通过BIM 技术，运用计算机根据堪察情况进行三维建模，设置各参数进行模拟，根据模拟结果进行反复调整后得出合适的参数，这样不但可以大大节省时间和成本还可以使得构件更加的标准化，产品的性能更加可控。

装配式建筑的设计中运用BIM 技术，需要创建预制构件库。首先对预制构件进行分类，然后根据图纸的要求创建预制构件的相关数据，再对构件编码入库如图1。在做整体设计时，设计人员才能调取构件完成工作。标准化的构件可以在多个地方使用，非标准的构件是设计师的深入调整标准构件实现，达到信息数据的共享。

图1 BIM构件设计

BIM 技术碰撞检测在设计初期有助于解决质量问题。通过碰撞检测试验使得设计更加合理。BIM 应用中最常用功能之一就是3D 模型碰撞检测。与二维图纸不同，BIM 技术在三维空间上表达，避免了许多意想不到的碰撞盲区。有利于解决各个专业分类设计存在的专业间的碰撞冲突。碰撞检测一般分单专业碰撞和多专业碰撞。单专业碰撞是针对复杂装配式建筑中的梁、板、柱和墙之间的碰撞检测。而多专业碰撞检测是在多专业之间的碰撞检测，例如电气系统和消费系统之间的碰撞。经过碰撞试验得出报告后，设计人员根据报告指出的缺陷位置进行修正，再进行碰撞检测。反复几个过程后，直达满足的设计和使用要求，如图2。

2 BIM技术在装配式构件生产中的应用

2.1 BIM技术优化构件生产

装配式建筑很多构件为预制构件，在生产企业内生产加工后运输到施工现场，再在施工现场，根据图纸结合现场浇注将预制构件组装和嵌入到实体结构中，因此构件的形状和尺寸等的精确度要求非常高，构件生产制作的好坏会成为后期施工顺利进行的前提条件。装配式构件的生产是将设计转化为建筑成果的非常关键一步。

装配式建筑构件传统的生产方式是有设计单位向生产单位图纸交底，也就是通过图纸的绘制和标注向生产企业发送各类装配式建筑构件的详细数据。但是，二维图纸不能很好的全面的反应构件的信息，因此在图纸交际会产生信息欠缺的问题。BIM 技术是可以引入3D实体仿真模型的方式来实现技术交底，可以将构件的规格、尺寸、结构、材料和属性参数直观的展示出来。生产人员能够在空间上更精确的掌握构件的要求。同时在构件中植入无线射频识别(RFID)芯片，借助信息采集系统，对构件进行跟踪，实现动态监控。构件生产好之后，严格对构件的信息与系统进行匹配，核对合格的才能出库运输至施工现场。

2.2 BIM技术优化构件的模型化试制

在装配式构件设计方案完成后，生产企业可以通过BIM 平台直接获取各种构件的信息，包括尺寸、结构、内部原材料的配比。在BIM 平台上提供条码与这些信息关联，直接转变为加工参数。预制构件生产企业运用计算机模拟技术建立预制构件BIM 参数化模型和主体结构模型，将构件模型和主体结构模型相融合，有利于发现构件与主体结构在装配和使用中的碰撞，从而在构件生产前发现问题，提高构件生产质量。

3 BIM技术在装配式建筑施工中的应用

3.1 提高构件库存、运输和现场管理

BIM 技术在装配式建筑的应用，可以提高现场施工的水平，优化运输流程和施工工艺。预制构件生产后的运输和施工需要进行分类管理。BIM 技术可在施工前对构件的运输和安装进行仿真模拟，预防突发事件。完成整体建模后，模拟可能出现的突发事件，制定和完善安全管理预案，避免安全事故的发生。通过三维可视化的管理，合理安排现场的布置和运输吊装路线，提高效率，加快进度，避免反复工作。同时，实时读取在构件生产中植入包含构件信息的无线射频识别(RFID)芯片，核对信息，提高管理水平。BIM 技术管理装配式建筑的模式如图3。

图3 BIM技术管理装配式建筑

3.2 优化施工工序和成本管理

在装配式建筑中运用BIM 技术，将时间和资源两个维度引入到BIM 模型中。通过计算机技术模拟现场施工的进度和资源使用投入情况，施工单位可以直观了解施工工艺、施工进度计划和资源投入情况（分阶段资金）。对施工规划和成本投入及时进行优化，避免因为考虑不够周到安排不合理，增加成本和拖延施工进度。在BIM 模型中输入各类数据，拆分、分析各项数据，可以找出工程管理的漏洞，优化整个施工顺序、合理安排资源、优化现金流，实现施工进度计划及成本的动态管理。

4 东莞建筑行业基于BIM 技术的装配式建筑的现状

东莞市在国家和广东省的政策号召下，加快推进行业的发展，进一步推进BIM 技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护过程中的应用。东莞市住建局委托东莞市建筑科学研究所牵头，联通有关建筑企业、高校、科研机构等共同组建东莞市BIM 技术联盟，致力于凝聚共识、整合资源、搭建平台，全力推进BIM 技术及产品研究开发与应用推广，推动东莞建筑业信息化发展。到目前为止BIM 技术已经应用在东莞多个工程项目中。东莞职业技术学院扩建项目中，BIM 技术在图纸深化上的应用，解决了图纸碰撞的问题，在施工进度管理中，通过三维模型技术交底，加强了现场的把控。东莞市民服务中心的扩建改造中，BIM 技术的可视化、碰撞检查和模拟分析功能，有效解决了大型钢结构改造设计难的问题。

BIM 技术在施工方案虚拟仿真分析，优化施工工序，解决施工现场组织与协调难的问题。东莞国贸中心项目建设中，BIM智慧运维系统的运用，基于BIM模型对连通口暗挖、坡道复杂节点、屋顶钢结构施工工序、施工方案进行了优化取得了较好的成果。随着政府、企业、高校和研究机构的共同努力，BIM 技术将会在东莞的装配式建筑中得到更多的运用。

5 BIM 技术在装配式建筑设计与施工中的不足

5.1 BIM技术在装配式建筑相关标准欠缺

BIM 在我国的应用还处于初级阶段，相关对应标准的编制没能跟上发展的需要。住建部等相关部门在政策上要给与大力的支持，完善相关法律法规。从业人员应该团结协助共同努力，多提宝贵意见，帮助相关部门制定标准规范。

5.2 BIM技术软件研发不够成熟

现阶段，我国企业使用的BIM 技术相关软件一般都是国外软件，如Revit 系类和Navisworks 系列，是根据国外的基础理论标准设计的，在适应中国地区、熟悉行业习惯和政策方面不足。而国内自主研发的软件有PKPM 系列和广联大系列。但国内的软件还不够成熟。对于专业之间使用不同软件设计时，纯在各软件之间存在数据兼容性的问题，例如数据无法导入，导入数据部分丢，数据属性无法识别。因此开发适合我国工程的BIM 软件是BIM 技术在装配式建筑得到广泛应用的重要基石。

5.3 BIM专业人才紧缺

BIM 技术在装配式建筑的整个过程应该是一个团队协作的过程，在各个环节都需要高素质的专业人才。他们不但要熟练掌握BIM 模型技术和相关的技术级技术，还要了解各个环节的流程和管理。我国当前这方面的人才少之又少。建筑企业应设立专门的BIM 培养团队，加强对员工的培养。高等院校和职业技术学校要开始相关课程，提高学生的理论知识，同时开展校企合作，提供实习机会，培养出素质人才。