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装配式建筑BIM技术全过程应用研究

发表时间：2020/11/26 来源：《基层建设》2020年第22期作者：李明娟1 梅崇文2

[导读] 摘要：随着我国建筑技术和建筑水平的不断提升，装配式建筑在我国建筑行业中的应用也越来越广泛。

        1.嘉兴南洋职业技术学院浙江嘉兴 314031；
        2.嘉兴市规划设计研究院有限公司浙江嘉兴 314031
        摘要：随着我国建筑技术和建筑水平的不断提升，装配式建筑在我国建筑行业中的应用也越来越广泛。与传统建筑相比，装配式建筑更具快捷性、独特性、丰富性和科学性，对提升建筑施工效果发挥了巨大作用。BIM技术能为装配式建筑提供有力的技术支持，是实现装配式建筑产业化的关键技术和最佳平台。因此，实现BIM技术在装配式建筑全过程中的应用，积极推进基于BIM技术的装配式建筑，是实现装配式建筑产业化发展的必由之路。
        关键词：BIM技术；装配式建筑；全过程管理；措施分析
        1装配式建筑的概述
        与传统建筑技术相比，装配式建筑需要提前将施工中用到的各个建筑部分在生产工厂进行加工。比如楼梯架、墙板、叠合板、电橱柜等。装配式建筑使建筑施工的进度和时间更加简短，提高了建筑效率。在装配式建筑中，往往使用绿色装配材料，使其生产和装配过程更加节约和环保，符合如今生态保护和节能减排的时代要求。随着人们对建筑施工和设计要求的加深，装配式建筑在我国建筑等行业的应用也越来越广泛，对人们的生产和生活具有不可忽视的重要作用。
        2 BIM技术概述
        BIM是建筑信息模型的英文缩写。BIM是集合土木工程建筑学、工程学和信息系统的综合应用系统和建筑模型。在建筑施工尤其是装配式建筑中，使用BIM能极大地提高建筑设计和装配效率，缩短生产时间，为后续的建筑维护和服务提供理论基础。BIM具有明显的优势和特点，主要集中在以下几个方面：
        ①可视化。可视化是指建筑设计、生产和施工过程的可视化。与传统建筑技术相比，BIM可以通过三维立体视图来呈现建筑设计效果和施工效果，使整个过程更加直观，帮助工作人员及时修改设计图稿，优化装配式生产流程。
        ②调节性。BIM建筑系统可以将装配式建筑中的设计、生产和施工全过程进行串联，调节合部分之间的关系，协调建筑进度，从而提高装配式建筑的总体效率和最终效果。
        ③规划性。利用BIM对装配式建筑进行提前规划和设计，通过实验对建筑全过程进行模拟和实验，提前发现可能会出现的问题，有效降低建筑过程的风险性。同时，对全过程进行规划，可以帮助工作人员提高对建筑进度的把控性，将复杂的项目问题变得有序。
        ④记录性。BIM能对建筑中的各部分数据进行监测、记录和存储。工作人员能够对系统记录的数据随时进行查看，通过分析数据之间的逻辑性和联系性，发现建筑存在的问题。这样既为工作人员优化建筑流程提供了便利，而且能促进建筑管理体系的形成，使建筑管理方式更加有效，提高建筑质量。除此之外，BIM的高科技技术能使采集到的数据更加精炼和准确，减少因数据模糊完成的施工误差，促进建筑方式的变革。
        3装配式建筑施工管理中存在的问题
        3.1对于装配式工程管理重视程度不足
        受传统企业管理制度影响，目前我国大多数企业对于装配式施工技术的认识程度不足。这种情况会对建筑工程施工管理的创新发展和进步产生负面影响。同时，由于企业中装配式施工管理工作人员的缺乏，导致相关装配式施工设备不能及时的与管理工作进行有效地配合，不仅造成了资源浪费情况，而且对后续建筑工作产生了巨大阻碍。
        3.2装配式施工人员专业素养不足
        目前我国只有少数高校开展了装配式施工相关专业，并且专业知识和教学实践水平不足，这种情况不利于我国专业装配式管理人员的培养和发展。并且在建筑工程的一些工作阶段，一些企业会选择其他技术类人员的或者兼职人员代替。这些人员往往不具备专业的装配式施工知识，只经过简单的培训，未形成系统的施工实践体系。同时，专业装配式人员的培养需要花费一段较长的时间和投入，除了建筑施工理论以为，还要进行大量的实际施工实践。
        3.3未能在复杂的工程中发挥出较大的作用
        受我国建筑环境复杂影响，我国建筑工程装配式必须与实际建筑环境等方面因素进行充分融合。与其他工程环节有所不同，装配式建筑施工具有明显的特殊性，涉及的施工范围和施工对象较广。因此在施工中要充分考虑其各方面影响因素，将装配式施工技术与各项复杂的施工环节进行有效地融合。目前，装配式施工技术在建筑工程施工过程中应用还较不成熟，未能发挥其全部优势作用。
        4 BIM技术在装配式建筑设计阶段的应用
        4.1构件的规范化数据库的建立
        利用BIM技术能够使构件形成规范化的数据库建立。BIM中的三维立体视图，能将抽象的建筑过程用直观的数据表示，经过长时间的积累，逐渐形成规范化的数据库，建立更加完整的建筑构件系统。规范化数据库的建立有利于装配式建筑一体化的形成。
        4.2构件拆分和构件设计
        构件的拆分和设计过程非常复杂和繁琐，要涉及许多建筑部件、建筑要求和结构内容。BIM技术能将复杂的建筑构件设计进行拆分，通过强大的数据处理和分析系统，重新组合设计要求，排列设计流程。比如垂直构件、墙板设计、梁柱设计等，比人工设计审核更加全面性，有效考虑到各个设计部位的合理性和实用性。
        4.3碰撞检查
        碰撞检查是通过BIM技术，建立实验模型，将设计完成后的建筑部件进行碰撞等实验，检查部件的质量情况。碰撞检查能提前了解建筑实际过程中可能会出现的问题，提高整体过程的安全性。比如，对建筑机电管线建立模型，审查电管线的质量，减少不必要的设计变更，使设计更加符合实际建筑需求。常见的故障解决办法可以通过改变碰撞参数，使问题得到针对性解决，但是受问题得复杂性和多样性影响，这种方式具有很大的局限性。同时，可以在数据族库中修改相关数据，对构件设计进行优化，这种方式更加灵活，有利于提高设计水平。
        5 BIM技术在构件生产阶段的应用
        目前装配式建筑构件的生产流程为：PC构件厂根据施工图纸进行模具设计—订制加工模具—完成构件的生产，其主要缺点为PC构件厂模具设计速度慢，定制加工周期长（异性构件多，模具设计、加工复杂所致），严重影响施工工期。同时，PC构件厂与施工单位信息对接困难，工厂排产无依据，生产计划与施工需求不符，常常出现库存积压或库存不足的现象。

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        此外，二维图纸常常存在钢筋碰撞问题，待车间加工环节发现后又无法及时反馈给设计单位，生产出的构件常带有缺陷，严重影响工程质量。基于BIM技术可视化协同平台，为设计单位、施工单位及PC构件生产商提供了同步传递信息的平台。待设计单位完成构件库建设工作后，构件生产厂便可以直接通过BIM平台调取标准化构件的尺寸，进行通用模具的设计加工，并利用BIM技术进行加工流程模拟和吊装模拟，优化加工流程。待深化设计完成后，构件生产厂再次调取构件的尺寸、材质、需求量等信息，进行高水准排产，实现标准化生产。构件生产过程中，及时与施工方进行沟通交流，调整构件生产计划，优化库存。同时，及时将生产过程中发现的问题反馈给设计单位，以便设计单位及时调整，以PC构件的“零缺陷”确保工程的高质量。
        6 BIM技术在装配式建筑中现场施工中的应用
        BIM技术能够减少装配式安装施工的误差。受工具设备和人为因素影响，装配式建筑在实际安装中，会与设计图纸存在一定的误差，比如楼梯配件高度不一、墙纸橱柜出现缝隙等。一般在装配式建筑的吊装过程中，产生误差的情况最为常见和明显，由于标记高度位置定位不精确，使得套件与预装不一致，造成误差。
        6.1平面布置模拟
        BIM技术帮助装配式建筑在施工中的平面布置更加有效。在装配式建筑模拟过程中，通过BIM的实验模拟技术，根据平面设计的结构、设计思路等对施工的现场进行关键点布置，模拟真实施工场景，使施工现场的秩序更加顺畅和有序。一般的BIM技术应用在施工场地较大的装配式建筑中。除此之外，BIM技术还能通过可视化设备，对地下施工现场的管线、建筑设备等进行可视化模拟，使工作人员直观地了解机电设备情况，提高施工过程的安全性。这种BIM可视化技术可以应用在地下室、地下超市等的装修过程中。
        6.2大型机械设备运作模拟
        一些装配式建筑在实际施工中，由于体积和质量较大，会使用到大量的大型机械设备。大型机械设备操作复杂，对工作人员的操作水平等要求很严格。BIM技术可以对大型设备进行操作过程模拟，提前发现施工过程中可能会产生的问题。发现问题后，根据庞大的数据库，对问题进行分析，模拟出相应的解决措施，从而能够降低实际操作中的风险，保障后续装配式建筑进程的有效进行。
        6.3施工方案及工艺模拟
        装配式建筑的全过程会运用到多种施工方案，工作人员根据实际情况的不同，选择对应的施工方案。BIM除了能对施工布置和设备操作进行模拟外，还能对施工方案和工艺流程进行模拟。比如多数设计图纸不能针对建筑铝膜版的施工孔的大小进行合理规划，容易导致在实际安装过程中出现错位的情况。BIM能通过多种设计软件模拟施工方案，根据模拟结果比较出最适用的安装方案和流程，同时有利于施工方案和流程的优化改进。
        6.4构件吊装模拟
        装配式建筑中的吊装过程如果不符合国家相关吊装规定和标准，有可能造成吊装效果不理想的情况发生，严重者可能导致人员伤亡等。BIM技术能够实现工作人员对吊装过程的检测和监督，使吊装过程井然有序，从而缩短吊装施工的时间，提高工作效率，有效地发挥监管和约束作用。
        7 BIM技术在装配式建筑中运营服务阶段的应用
        BIM还能在装配式建筑后续的运营和服务过程中发挥重要作用。在运营阶段，BIM能够不断发现运行中的问题，即使进行调整和模拟。在后续的消费者和客户服务中，BIM也能通过数据和技术支持提供更加全面的分析和方法，为客户带来更优异的服务水平提供参考。其中利用BIM技术能对建筑施工图纸进行检测和分析，提高建设设计图纸在实际建筑施工的应用效果。其次，通过智能化定位技术能提高对管线预埋和管线定位的准确程度，充分采集管线数据，为后期实施工作提高数据保障。
        8提高BIM技术在装配式建筑中应用效果的措施
        8.1全面促进产业链的升级
        目前，我国装配式建筑尚未形成完整的产业链，建设过程中各个阶段的技术管理水平参差不齐，这种不均衡的状态严重阻碍了装配式建筑的产业化发展。设计水平的高低直接决定了构件生产和装配施工的难易程度，同时，构件生产水平和施工技术水平又决定了设计方案能否实现。因此，为了消除技术管理水平参差不齐造成的各环节间相互牵制，必须全面升级装配式建筑的产业链，使不同个体全面提高，均衡发展，实现标准化设计、工厂化生产和装配化施工，这样装配式建筑方能实现产业化。
        8.2大力推广工程总承包模式
        全过程统筹管理和全环节深度融合是发展装配式建筑的重要前提，虽然BIM技术将设计、生产、施工、运行维护等各个环节集成了起来，但由于缺乏统筹管理，使得全环节深度融合的难度加大。若采用总承包模式，由项目总承包单位进行全过程统筹管理，可有效促进各环节的有机融合，更加充分地发挥BIM技术的优势，实现装配式建筑全生命周期数据共享和信息化管理。
        8.3积极推进专业人才队伍建设
        促进BIM与装配式建筑的深度融合，推动装配式建筑智能升级，是装配式建筑产业化的必由之路。因此，每一个从事装配式建筑行业的企业，都应充分认识到BIM专业人才的重要性，建立健全人才培养保障体系和长效机制，加大BIM专业性人才的培养力度，积极推进专业人才队伍建设，提升自身在行业中的竞争力。
        9结束语
        综上所述，装配式建筑作为建筑工业化代表，推动装配式建筑对工业化发展有着重要的意义。将BIM 技术融入装配式建筑，并且从设计、生产和施工几个方面进行入手能够最大限度地解决目前装配式建筑存在的问题。
        浙江省教育厅一般科研项目：装配式建筑BIM技术全过程应用研究（Y201840625）
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