讓BIM走進裝配式建筑的世界

  一、裝配式建筑迎來黃金發(fā)展期

  近年來，裝配式建筑以其標準化、構件質量好、施工速度快、環(huán)保等優(yōu)點，得到廣泛的推廣和應用，漸漸打破了建筑行業(yè)的冬眠期，使建筑行業(yè)的發(fā)展迎來了新的春天。

  自2016年9月國務院辦公廳發(fā)布《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》以來，截至2017年3月，全國30多個省市區(qū)推出裝配式建筑的相關政策。政策要求，“十三五”期間（2016～2020年）裝配式建筑占新建建筑比例在30%以上，新開工全裝修成品住宅面積比率30%以上?！笆奈濉逼陂g（2021～2025年）裝配式建筑占新建建筑比例要達到50%以上；全面普及成品住宅，新開工全裝修成品住宅面積比率達到50%以上。隨著中央和各級地方政府相繼出臺各項利好政策，裝配式建筑迎來了真正意義上的黃金發(fā)展期。

  二、BIM應用是實現裝配式建筑的技術核心

  與傳統(tǒng)建筑不同，裝配式建筑是指標準化的預制構件在工廠生產，然后運輸到施工現場裝配、組裝成整體。這意味著從設計階段即需要考慮構件的加工生產、施工安裝、后期的維護運營等，并在設計過程中與結構、設備、電氣、內裝專業(yè)緊密溝通，進行全專業(yè)、全生命周期的一體化思考，從而實現標準化設計、工廠化生產、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理。

  預制裝配式住宅具有構件拆分困難、吊裝工藝復雜和施工機械化程度高等特點。本文在了解BIM和裝配式住宅的特點、發(fā)展現狀以及我國面臨的制約因素的基礎上，重點介紹BIM技術在預制裝配式住宅施工階段的應用價值。當前BIM技術在我國預制裝配式住宅的具體應用如下：

  （1）進度管理。BIM模型關聯進度計劃，進行方案進度計劃和實際生產進度的對比，施工現場利用RFID和二維碼實時反饋進度信息，實現對總體進度計劃的監(jiān)控。

  （2）成本管理。利用各專業(yè)BIM模型快速生成工程量報表，提取所需數據進行多方對比，指導施工現場成本管控。

  （3）質量管理。在三維可視化模型下進行管線綜合，提前生成預留孔洞，對于尺寸大、吊裝困難和定位要求高的預制構件，制作吊裝工序模擬，指導現場施工，提高構件安裝質量。

  （4）安全管理。利用BIM技術在模型的基礎上進行受力驗算和安全交底，減少現場安全問題的發(fā)生。

  在裝配式建筑的推廣應用中，BIM應用是技術核心。為避免預制構件在現場安裝不上，造成大量變更或者返工等資源浪費問題，保證設計、生產、裝配的全流程管理，BIM技術的應用勢在必行。裝配式建筑現有的建筑模式，設計、生產、現場安裝不是一體化，設計不合理只有在現場施工時才能發(fā)現，容易造成變更、返工等人力、材料的資源浪費，還會造成施工進度的滯后，帶來各種負面影響。BIM技術的引入，將設計方案、制造需求、現場施工需求等形成數據，通過數據信息模型在電腦中模擬，在實際建造前，排查一切可能影響生產及施工進度計劃的因素，盡量避免實際生產、現場安裝過程中可能產生的問題，減少工程成本，大大地提高生產和施工效率（如圖1所示）。

 圖 1 BIM與裝配式設計、生產、施工、運營維護流程圖

  三、BIM如何在裝配式中體現自己的價值

  1.BIM技術在裝配式建筑設計階段中的應用價值

 （1）提高裝配式建筑設計效率

  裝配式建筑設計中，由于需要對預制構件進行各類預埋和預留的設計，所以更加需要各專業(yè)的設計人員密切配合。利用BIM軟件所構建的設計云平臺，裝配式建筑設計中的各專業(yè)設計人員能夠快速地傳遞各自專業(yè)的設計信息，對設計方案進行“同步”修改，節(jié)省大量時間。借助BIM技術與云端技術，各專業(yè)設計人員可以將包含各自專業(yè)設計信息的BIM模型統(tǒng)一上傳至BIM設計平臺，通過碰撞與自動糾錯功能，自動篩選出各專業(yè)之間的設計沖突，幫助各專業(yè)設計人員及時找出專業(yè)設計中存在的問題。裝配式建筑中預制構件的種類和樣式繁多，出圖量大，通過BIM技術的“協(xié)同”設計功能（如圖2所示），某一專業(yè)設計人員修改的設計參數能夠同步、無誤地被其他專業(yè)設計人員調用，方便了配套專業(yè)設計人員進行設計方案的調整，節(jié)省了各專業(yè)設計人員由于設計方案調整所耗費的時間和精力。此外，通過授予裝配式建筑專業(yè)設計人員、構件拆分設計人員、以及相關的技術和管理人員不同的管理和修改權限，可以使更多的技術和管理專業(yè)人士參與到裝配式建筑的設計過程中，根據自己的專業(yè)提出意見和建議，減少預制構件生產和裝配式建筑施工中的設計變更，提高業(yè)主對裝配式建筑設計單位的滿意度，從而提高裝配式建筑的設計效率，減少或避免由于設計原因造成的項目成本增加和資源浪費。

圖 2 基于BIM的裝配式協(xié)同設計流程 

 （2）實現裝配式預制構件的標準化設計

BIM技術可以實現信息的開放與共享，設計師可以將裝配式建筑的設計方案上傳到項目的“云端”服務器上，在“云端”進行尺寸、樣式等信息的整合，并構建裝配式建筑各類預制構件（例如門、窗等）的“族”庫。隨著服務器中“族”的不斷積累與豐富，設計師可以將同類型“族”進行對比優(yōu)化，以形成裝配式建筑預制構件的一系列標準形狀和模數尺寸，為裝配式預制構件標準化提供原始數據，并作進一步的積累。預制構件“族”庫的建立有助于裝配式建筑通用設計規(guī)范和設計標準的設立。利用各類標準化的“族”庫，設計師還可以積累和豐富裝配式建筑的設計戶型，節(jié)約戶型設計和調整的時間，有利于豐富裝配式建筑戶型規(guī)格，更好地滿足居住者多樣化的需求。例如通過BIM信息化建立上述工作機制，對單個外墻構件的幾何屬性經過可視化分析，可以對預制外墻板的類型、數量進行優(yōu)化，減少預制構件的類型和數量（如圖3～圖5所示）。

 （3）降低裝配式建筑的設計誤差

設計人員可以利用BIM技術對裝配式建筑結構和預制構件進行精細化設計，減少裝配式建筑在施工階段容易出現的裝配偏差問題。借助BIM技術，對預制構件的幾何尺寸及內部鋼筋直徑、間距、鋼筋保護層厚度等重要參數進行精準設計、定位。在BIM模型的三維視圖中，設計人員可以直觀地觀察到待拼裝預制構件之間的基于BIM技術的協(xié)同設計流程，并可以利用BIM技術的碰撞檢測功能，細致分析預制構件結構連接節(jié)點的可靠性，排除預制構件之間的裝配沖突，從而避免由于設計粗糙而影響預制構件的安裝定位，減少由于設計誤差帶來的工期延誤和材料資源的浪費。

  2. BIM技術在預制構件生產階段的應用價值

 （1）優(yōu)化整合預制構件生產流程

  裝配式建筑的預制構件生產階段是裝配式建筑生產周期中的重要環(huán)節(jié)，也是連接裝配式建筑設計與施工的關鍵環(huán)節(jié)。

  為了保證預制構件生產中所需加工信息的準確性，構件生產廠家可以從裝配式建筑BIM模型中直接調取預制構件的幾何尺寸信息，制定相應的構件生產計劃，并在預制構件生產的同時，向施工單位傳遞構件生產的進度信息。在裝配式建筑中要做好預制構件的“拆分設計”，俗稱“構件拆分”。但由于現在裝配式設計體系尚未健全，需要構件廠對圖紙進行拆分，出具構件加工圖，并對現場加工進行深化設計。實際上，正確的做法是在前期策劃階段就專業(yè)介入，確定好裝配式建筑的技術路線和產業(yè)化目標，在方案設計階段根據既定目標，依據構件拆分原則進行方案創(chuàng)作，這樣才能避免方案不合理導致后期技術經濟不合理，避免由于前后脫節(jié)造成設計失誤。

  在生產階段前，運用BIM技術進行機電模型與結構模型的碰撞檢測，可提前發(fā)現水電預留孔洞問題，在制造模具時可立即解決，避免資源浪費。由于BIM技術的可視化糾錯能力直觀、真實，這使得施工過程中可能發(fā)生的問題提前在設計階段處理，避免因各管材設備與結構的交叉沖突而導致各類變更及返工。運用BIM技術對各專業(yè)進行碰撞檢測，將機電模型與結構模型進行碰撞檢測，避免墻板上預留孔洞位置偏移導致二次開孔，浪費人力資源，造成返工等問題。通過調整優(yōu)化出圖，科學安排施工順序，合理組織管線交叉施工，使各項工作有序展開，既能保證工程進度，又能提高效率并降低工程成本。在生產過程中運用BIM技術進行優(yōu)化，可提前排除錯誤，并記錄施工過程的數據信息，比傳統(tǒng)的施工圖紙更為精確，為各參與方提供可視化、信息化的協(xié)同平臺，促進信息共享，提高溝通效率。BIM模型還包含了建筑的材料信息、工藝設備信息、成本信息等，這些信息可以用來進行數據分析，從而使各專業(yè)的協(xié)同達到更高層次，為后期施工及運營做好信息及資料準備。

  為了保證預制構件的質量建立裝配式建筑質量可追溯機制，生產廠家可以在預制構件生產階段為各類預制構件植入含有構件幾何尺寸、材料種類、安裝位置等信息的芯片，通過PCIS信息管理系統(tǒng)對預制構件進行生產、物流管理，提高預制構件倉儲和運輸的效率。

  利用BIM云平臺實現適時、全球化、數字化管理的BIM信息化技術與云技術相結合，可以有效地將信息在云端進行無縫傳遞，打通各部門之間的橫向聯系，借助移動設備設置客戶端，實時查看項目所需要的信息，真正實現項目合作的可移動辦公，提高項目的完成精度（如圖6所示）。

圖 6 設備物資部與BIM技術對接流程

  以北京百子灣安置房項目為例：

水電專業(yè)模型與結構專業(yè)模型進行碰撞檢測，可以有效對疊合板上孔洞的數量、大小、位置進行校核，從而節(jié)省現場二次開孔（如圖7所示）。

圖 7 水電模型與裝配式結構模型碰撞選擇圖

  結構模型與機電模型進行碰撞，可減少“錯、漏、碰、缺”所產生的各類變更，碰撞完成后，由于碰撞數目較多，需要進行優(yōu)化處理，可作進一步的管線優(yōu)化，或者進行預制構件加工圖優(yōu)化（如圖8所示）。

 （2）加快裝配式建筑模型全自動化進程

  為了保證施工的進度和質量，在裝配式建筑設計方案完成后，設計人員將BIM模型中所包含的各種構配件信息與預制構件生產廠商共享，生產廠商可以直接獲取產品的尺寸、材料、預制構件內鋼筋的等級等參數信息，所有的設計數據及參數通過數據形式直接轉換為加工參數，構件生產廠家直接將加工參數輸入機械中，實現裝配式建筑BIM模型中預制構件設計信息與裝配式建筑預制構件生產系統(tǒng)的直接對接，提高了裝配式建筑預制構件生產的自動化程度和生產效率。

結語

  BIM技術可以提高裝配式建筑的設計、生產、施工水平，使裝配式建筑流程更加緊密、合理，在我國建筑行業(yè)實現節(jié)能減排、綠色發(fā)展的進程中，能夠發(fā)揮更加積極的作用。不過，要使BIM技術與裝配式建筑達到全方位更加緊密的結合，還需要在實施過程中進一步地磨合和完善，需要廣大建筑行業(yè)人員的共同努力。