装配式混凝土住宅建筑中BIM技术的有效应用

吴凤珍

（河南应用技术职业学院，河南 郑州 450042）

0 引 言

装配式建筑的发展，推动了城市化发展的进程。截至2022年底，我国城镇人口总数已超9.2亿，城市常住人口城镇化率为65.22%，比2021年底提高了0.50%。同年我国房屋施工面积达到97亿㎡，这不仅消耗了大量的建筑资源，也增加了对自然环境的污染与破坏。在以城镇化建筑为依托促进社会发展的过程中，亟需引进、普及与可持续理念相匹配的建设与施工模式。装配式建筑模式能够将整体建筑细分为各个构件并进行分门别类的生产，而后经由工厂预制再运输到指定的地点进行现场吊装与连接，能够实现从既有“建造”模式到“制造”模式的转变。装配式建筑不仅能大大降低混凝土建筑的施工周期与建设成本，同时也可以达到提升建筑质量与效率、维护生态环境的目的，是城镇化建筑的主要发展趋势。然而新型的建造模式需要依托与之相匹配的管理技术，建筑信息模型（Building Information Modeling，后文简称BIM）技术的优势也使其成为加强装配式建筑质量、效率与经济性的最好保障。本文以郑州某装配式混凝土建筑工程为例，对BIM技术的应用优势与技术要点进行分析，研究成果可为相关领域的工作人员提供经验借鉴与参考。

1 工程概况

该项目工程为4栋装配式混凝土框架结构倒班楼所组成的住宅建筑，其总建筑面积为18042.4m2，每栋建筑共计地上7 层，每层高度为3.55m，东西方向宽度为13.55m，南北方向长度为59.4m，依照《装配式建筑评价标准》（GB∕T 51129-2017）对该建筑的预制构件进行计算，可知其总装配率为75.3%，达到A级装配式建筑的标准，该项目的单栋建筑BIM模拟图如图1所示。

图1 项目BIM模拟图

2 BIM技术在设计中的应用

2.1 建筑平面标准化设计

在项目前置规划与设计阶段，依照项目承办方所提出的套间住宅配套功能需求，以BIM技术为依托对若干备选设计方案进行对比分析，最终确定以开间3.5m、进深11.4m的标准户型开展建设，针对不同业主的个性化住宅需求可以在后续的装修阶段通过对内部空间的深化设计与建设达成目的。

2.2 立面预制构件的设计

以BIM技术为依托，实现对南北方向立面构件的三维立体化设计与展示，设计2块∕套的标准化外挂板，通过每套外挂板的个性化交错、排序、安装实现建筑项目立面的多元化建设以及建筑构件的标准化生产。

2.3 结构预制构件的设计

基于装配式建筑对时间、经济成本的需求，采用“少规格、多组合”的设计原则[1]，将该项目中所需要的预制构件拆分为：5种预制叠合梁；5种预制叠合楼板；2种预制柱；4种外挂墙板；1种预制楼梯以及1种预制沉箱构件。借助BIM 平台对不同预制构件进行深化设计与建设模拟，实现对构件的标准化设计，同时落实对生产质量的精准控制。

2.4 创设建筑项目预制构件线上资源库

在完成装配式BIM预制构件模型的设计与建模后，不断增加虚拟建模的种类与数量，丰富预制构件资源并创设能支撑工程承包团队、监理团队、施工团队等多组织协同设计、即时交流的线上资源库、线上设计平台[2]。

2.5 深化预制构件图纸

依托BIM建图软件构件图纸深化作业，创设可交互性的三维立体环境，利用系统自动检测各环节图纸中存在的瑕疵与问题，用以帮助项目设计人员对各构件进行精细化的设计，避免今后其生产过程中出现因各构件质量问题而导致的返工情况[3]。该项目在预制构件图纸深化环节中共发现包含钢筋冲突、预制构件规模差异、箍筋位置超出墙体等在内的47项问题，在结合BIM模拟检测结果对现有图纸进行优化设计后，直接提升了图纸设计环节的作业质量，同时也为后期的施工环节夯实了数据基础。除去对图纸的深化设计外，还需要以BIM技术为依托，对建筑的梁柱节点进行线上预拼装模拟作业。在保障各结构安全稳定的前提下，在BIM环境中以更直观的方式对各项连接工艺进行深入研究与细致调整，从根源上避免梁柱节点钢筋碰撞问题，制定更适合工程项目作业需求的梁柱吊装顺序方案（如图2所示）。

图2 基于BIM技术的预装构件拼装模拟图

3 BIM技术在装配式混凝土预制构件生产中的应用

3.1 BIM三维模具设计与生产工艺模拟

在Solidworks中输入已完成系统与人工监测的BIM三维模型，而后依托项目建设需求在该软件中进行三维模具模型设计[4]。基于预制构件预拼装与脱模的角度对模具进行深化设计，保障模具的精准性、经济性与实用性。而后结合实际参数制作各类预制构件的生产模拟视频，邀请设计、运输以及施工等各环节技术人员对相关视频进行三维可视化交底，保障稳定作业。

3.2 BIM辅助预制构件生产

借助BIM信息化技术直观表达预制构件生产加工过程中的配筋空间关系等。借助相关软件程序自动生成下料单、派工单等生产资料，同时利用可视化表达帮助生产技术人员更好地分析设计意图与生产预期，提升生产效率与质量。最后结合BIM模型对已完成加工的预制构件进行校验与验收[5]。

4 BIM技术在装配化施工阶段的应用

4.1 构建线上平台

基于装配式混凝土建筑的建设需求，构建业主、设计、生产、运输、施工、监理等多单位进行即时交流与技术交底的平台。该项目综合各单位作业需求，最终敲定使用具有轻量化、低时延等优势的EBIM云平台实现各单位在作业中的即时交流。以该平台中的二维码生成与识别技术为依托，将设计、生产与施工三方进行紧密衔接，以便于在各方有需要的情况下都能通过线上点击亦或是线下扫码的方式对各预制构件的详情参数、安装说明等进行了解与反馈。同时满足相关人员利用笔记本、手机、平板甚至智能手表等查阅相关预制构件信息、开展即时交流的需求，有效解决传统建筑项目中的“信息孤岛”问题（扫描构件对应二维码后可得到的信息图如图3所示）。以EBIM云平台为依托，帮助相关作业人员快速准确地了解建筑构件与建筑材料的具体数量，同时为工地的物料采购与精细化材料管理工作提供数据基础[6]。从根源上避免材料堆存、材料库存不足、材料数据申报不精准等问题以及相关问题引发的工期延误、成本超标等。

图3 构件溯源图示（手机端）

4.2 三维化场布

结合BIM技术构建三维立体化的施工场地模型，对施工现场中诸如构件运输线路、存放区域、施工场地道路、临时水电线路、临时作业区域等进行布置。以预制构件运输线路为例，该项目结合构件规模、运输车辆承载力、运输效率等各方面需求，最终敲定运输PC构件的道路总体宽度需在4m以上，最小转弯半径需要在15m左右，方能够精准适配该项目的构件运输需求，达成最经济、最高效的吊装作业效果。

4.3 可视化技术交底

以BIM技术为依托，对各类预制构件的安装工序进行线上三维化模拟，生成相应的安装视频向技术人员与施工人员、监理人员等进行技术交底，强化相关人员对现场作业的技术储备。同时保障相关人员在有需要的情况下能够及时查阅、调取、观看模拟安装视频，以便于其及时调整现场施工细节，优化施工质量。

4.4 施工进度控制

关联现场施工进度与线上BIM信息施工模型，将空间和时间信息整合在线上可视化4D信息模型中，对后续各个工序的施工流程、施工时间、材料损耗等信息进行预测。帮助技术人员宏观分析施工过程中可能出现的技术故障与风险隐患，对主要的施工技术、材料资源、人员配置等进行合理的调度与优化。

4.5 装配式混凝土建筑施工工艺模拟

以项目建设需求为根本，进行基于BIM技术的施工工艺与施工流程模拟演示。过程中需要清晰阐述与工程相关的所有材料与工艺参数、工艺流程信息等，可采用文字描述、视频表达与语音表达的方式，重点强调施工过程中的难点、重点信息，并依托于BIM技术所模拟的施工结果，对各环节流程以及各个工艺技术进行优化。

5 BIM技术在装配式混凝土建筑中的绿色化应用

5.1 在建筑材料方面的绿色化应用

BIM技术可以对建筑工程的各项物料与资源进行汇总、调配，辅以多端口线上信息平台以及二维码生成与识别技术，可以帮助技术人员在短期内明确各建筑资源的信息与用量，精准计算工程总消耗。除此之外，BIM技术还能够对工程中的暖通、给排水设计进行高效集成，从根源上避免建筑材料的浪费，用以促进项目达成绿色建筑的目的。

5.2 在节约水资源方面的应用

利用BIM技术创设建筑模型，同时将建筑所在地的水文条件、降雨信息等数据导入到模型之中，依托系统自带的计算公式，得出精准的数据。以此帮助技术人员精准规避降雨天气对施工作业的影响，同时助力其自主采集、回收雨水作建筑补给水，降低整体工程所造成的水资源损耗。

5.3 在建筑室内外环境优化中的应用

一方面，将BIM技术应用于建筑外环境设计中，在模拟室外环境的基础上，对建筑周边的绿化、垃圾回收等公共设施进行模拟，使得建筑与生态环境能够达成最佳平衡；另一方面，将BIM技术与室内布局设计进行关联，依托建筑所在地气候、地理信息构建相应的采光、通风、保温方案，在突出装配式建筑绿色化优势的基础上，降低业主入住后的采光、保暖成本与电力资源损耗。

6 结束语

综上所述，BIM模型能够充分整合建筑项目全生命周期中的各种数据信息，从而为项目的策划、设计、构件制作以及施工、运维等各环节提供协同作业、技术交底的平台。科学应用BIM技术不仅能够在生产效率、作业质量与建设经济成本方面提供助力，同时可以为智能化、智慧化的现代建造项目提供最为重要的技术基础。加强对BIM技术的研究，能够进一步地发挥装配式混凝土建筑的优势，对整体建筑业的发展起到至关重要的作用。