让BIM走进装配式建筑的世界

  一、装配式建筑迎来黄金发展期

  近年来，装配式建筑以其标准化、构件质量好、施工速度快、环保等优点，得到广泛的推广和应用，渐渐打破了建筑行业的冬眠期，使建筑行业的发展迎来了新的春天。

  自2016年9月国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》以来，截至2017年3月，全国30多个省市区推出装配式建筑的相关政策。政策要求，“十三五”期间（2016～2020年）装配式建筑占新建建筑比例在30%以上，新开工全装修成品住宅面积比率30%以上。“十四五”期间（2021～2025年）装配式建筑占新建建筑比例要达到50%以上；全面普及成品住宅，新开工全装修成品住宅面积比率达到50%以上。随着中央和各级地方政府相继出台各项利好政策，装配式建筑迎来了真正意义上的黄金发展期。

  二、BIM应用是实现装配式建筑的技术核心

  与传统建筑不同，装配式建筑是指标准化的预制构件在工厂生产，然后运输到施工现场装配、组装成整体。这意味着从设计阶段即需要考虑构件的加工生产、施工安装、后期的维护运营等，并在设计过程中与结构、设备、电气、内装专业紧密沟通，进行全专业、全生命周期的一体化思考，从而实现标准化设计、工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理。

  预制装配式住宅具有构件拆分困难、吊装工艺复杂和施工机械化程度高等特点。本文在了解BIM和装配式住宅的特点、发展现状以及我国面临的制约因素的基础上，重点介绍BIM技术在预制装配式住宅施工阶段的应用价值。当前BIM技术在我国预制装配式住宅的具体应用如下：

  （1）进度管理。BIM模型关联进度计划，进行方案进度计划和实际生产进度的对比，施工现场利用RFID和二维码实时反馈进度信息，实现对总体进度计划的监控。

  （2）成本管理。利用各专业BIM模型快速生成工程量报表，提取所需数据进行多方对比，指导施工现场成本管控。

  （3）质量管理。在三维可视化模型下进行管线综合，提前生成预留孔洞，对于尺寸大、吊装困难和定位要求高的预制构件，制作吊装工序模拟，指导现场施工，提高构件安装质量。

  （4）安全管理。利用BIM技术在模型的基础上进行受力验算和安全交底，减少现场安全问题的发生。

  在装配式建筑的推广应用中，BIM应用是技术核心。为避免预制构件在现场安装不上，造成大量变更或者返工等资源浪费问题，保证设计、生产、装配的全流程管理，BIM技术的应用势在必行。装配式建筑现有的建筑模式，设计、生产、现场安装不是一体化，设计不合理只有在现场施工时才能发现，容易造成变更、返工等人力、材料的资源浪费，还会造成施工进度的滞后，带来各种负面影响。BIM技术的引入，将设计方案、制造需求、现场施工需求等形成数据，通过数据信息模型在电脑中模拟，在实际建造前，排查一切可能影响生产及施工进度计划的因素，尽量避免实际生产、现场安装过程中可能产生的问题，减少工程成本，大大地提高生产和施工效率（如图1所示）。

 图 1 BIM与装配式设计、生产、施工、运营维护流程图

  三、BIM如何在装配式中体现自己的价值

  1.BIM技术在装配式建筑设计阶段中的应用价值

 （1）提高装配式建筑设计效率

  装配式建筑设计中，由于需要对预制构件进行各类预埋和预留的设计，所以更加需要各专业的设计人员密切配合。利用BIM软件所构建的设计云平台，装配式建筑设计中的各专业设计人员能够快速地传递各自专业的设计信息，对设计方案进行“同步”修改，节省大量时间。借助BIM技术与云端技术，各专业设计人员可以将包含各自专业设计信息的BIM模型统一上传至BIM设计平台，通过碰撞与自动纠错功能，自动筛选出各专业之间的设计冲突，帮助各专业设计人员及时找出专业设计中存在的问题。装配式建筑中预制构件的种类和样式繁多，出图量大，通过BIM技术的“协同”设计功能（如图2所示），某一专业设计人员修改的设计参数能够同步、无误地被其他专业设计人员调用，方便了配套专业设计人员进行设计方案的调整，节省了各专业设计人员由于设计方案调整所耗费的时间和精力。此外，通过授予装配式建筑专业设计人员、构件拆分设计人员、以及相关的技术和管理人员不同的管理和修改权限，可以使更多的技术和管理专业人士参与到装配式建筑的设计过程中，根据自己的专业提出意见和建议，减少预制构件生产和装配式建筑施工中的设计变更，提高业主对装配式建筑设计单位的满意度，从而提高装配式建筑的设计效率，减少或避免由于设计原因造成的项目成本增加和资源浪费。

图 2 基于BIM的装配式协同设计流程 

 （2）实现装配式预制构件的标准化设计

BIM技术可以实现信息的开放与共享，设计师可以将装配式建筑的设计方案上传到项目的“云端”服务器上，在“云端”进行尺寸、样式等信息的整合，并构建装配式建筑各类预制构件（例如门、窗等）的“族”库。随着服务器中“族”的不断积累与丰富，设计师可以将同类型“族”进行对比优化，以形成装配式建筑预制构件的一系列标准形状和模数尺寸，为装配式预制构件标准化提供原始数据，并作进一步的积累。预制构件“族”库的建立有助于装配式建筑通用设计规范和设计标准的设立。利用各类标准化的“族”库，设计师还可以积累和丰富装配式建筑的设计户型，节约户型设计和调整的时间，有利于丰富装配式建筑户型规格，更好地满足居住者多样化的需求。例如通过BIM信息化建立上述工作机制，对单个外墙构件的几何属性经过可视化分析，可以对预制外墙板的类型、数量进行优化，减少预制构件的类型和数量（如图3～图5所示）。

 （3）降低装配式建筑的设计误差

设计人员可以利用BIM技术对装配式建筑结构和预制构件进行精细化设计，减少装配式建筑在施工阶段容易出现的装配偏差问题。借助BIM技术，对预制构件的几何尺寸及内部钢筋直径、间距、钢筋保护层厚度等重要参数进行精准设计、定位。在BIM模型的三维视图中，设计人员可以直观地观察到待拼装预制构件之间的基于BIM技术的协同设计流程，并可以利用BIM技术的碰撞检测功能，细致分析预制构件结构连接节点的可靠性，排除预制构件之间的装配冲突，从而避免由于设计粗糙而影响预制构件的安装定位，减少由于设计误差带来的工期延误和材料资源的浪费。

  2. BIM技术在预制构件生产阶段的应用价值

 （1）优化整合预制构件生产流程

  装配式建筑的预制构件生产阶段是装配式建筑生产周期中的重要环节，也是连接装配式建筑设计与施工的关键环节。

  为了保证预制构件生产中所需加工信息的准确性，构件生产厂家可以从装配式建筑BIM模型中直接调取预制构件的几何尺寸信息，制定相应的构件生产计划，并在预制构件生产的同时，向施工单位传递构件生产的进度信息。在装配式建筑中要做好预制构件的“拆分设计”，俗称“构件拆分”。但由于现在装配式设计体系尚未健全，需要构件厂对图纸进行拆分，出具构件加工图，并对现场加工进行深化设计。实际上，正确的做法是在前期策划阶段就专业介入，确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，在方案设计阶段根据既定目标，依据构件拆分原则进行方案创作，这样才能避免方案不合理导致后期技术经济不合理，避免由于前后脱节造成设计失误。

  在生产阶段前，运用BIM技术进行机电模型与结构模型的碰撞检测，可提前发现水电预留孔洞问题，在制造模具时可立即解决，避免资源浪费。由于BIM技术的可视化纠错能力直观、真实，这使得施工过程中可能发生的问题提前在设计阶段处理，避免因各管材设备与结构的交叉冲突而导致各类变更及返工。运用BIM技术对各专业进行碰撞检测，将机电模型与结构模型进行碰撞检测，避免墙板上预留孔洞位置偏移导致二次开孔，浪费人力资源，造成返工等问题。通过调整优化出图，科学安排施工顺序，合理组织管线交叉施工，使各项工作有序展开，既能保证工程进度，又能提高效率并降低工程成本。在生产过程中运用BIM技术进行优化，可提前排除错误，并记录施工过程的数据信息，比传统的施工图纸更为精确，为各参与方提供可视化、信息化的协同平台，促进信息共享，提高沟通效率。BIM模型还包含了建筑的材料信息、工艺设备信息、成本信息等，这些信息可以用来进行数据分析，从而使各专业的协同达到更高层次，为后期施工及运营做好信息及资料准备。

  为了保证预制构件的质量建立装配式建筑质量可追溯机制，生产厂家可以在预制构件生产阶段为各类预制构件植入含有构件几何尺寸、材料种类、安装位置等信息的芯片，通过PCIS信息管理系统对预制构件进行生产、物流管理，提高预制构件仓储和运输的效率。

  利用BIM云平台实现适时、全球化、数字化管理的BIM信息化技术与云技术相结合，可以有效地将信息在云端进行无缝传递，打通各部门之间的横向联系，借助移动设备设置客户端，实时查看项目所需要的信息，真正实现项目合作的可移动办公，提高项目的完成精度（如图6所示）。

图 6 设备物资部与BIM技术对接流程

  以北京百子湾安置房项目为例：

水电专业模型与结构专业模型进行碰撞检测，可以有效对叠合板上孔洞的数量、大小、位置进行校核，从而节省现场二次开孔（如图7所示）。

图 7 水电模型与装配式结构模型碰撞选择图

  结构模型与机电模型进行碰撞，可减少“错、漏、碰、缺”所产生的各类变更，碰撞完成后，由于碰撞数目较多，需要进行优化处理，可作进一步的管线优化，或者进行预制构件加工图优化（如图8所示）。

 （2）加快装配式建筑模型全自动化进程

  为了保证施工的进度和质量，在装配式建筑设计方案完成后，设计人员将BIM模型中所包含的各种构配件信息与预制构件生产厂商共享，生产厂商可以直接获取产品的尺寸、材料、预制构件内钢筋的等级等参数信息，所有的设计数据及参数通过数据形式直接转换为加工参数，构件生产厂家直接将加工参数输入机械中，实现装配式建筑BIM模型中预制构件设计信息与装配式建筑预制构件生产系统的直接对接，提高了装配式建筑预制构件生产的自动化程度和生产效率。

结语

  BIM技术可以提高装配式建筑的设计、生产、施工水平，使装配式建筑流程更加紧密、合理，在我国建筑行业实现节能减排、绿色发展的进程中，能够发挥更加积极的作用。不过，要使BIM技术与装配式建筑达到全方位更加紧密的结合，还需要在实施过程中进一步地磨合和完善，需要广大建筑行业人员的共同努力。