BIM技术对装配式建筑结构体系的应用

BIM技术对装配式建筑结构体系的应用

黄全虎

四川能投建工集团绿色建筑发展有限公司 四川 成都 610023

摘要：BIM技术在装配式建筑设计中的应用对建筑质量与水平起到了至关重要的作用。BIM技术是通过计算机对建筑物的功能与物理数据进行仿真,基于其可视化的特征优势,可以对装配式建筑结构的设计、制造运输、现场储存、安装施工等进行模拟复现，对装配式建筑全过程管理、改进施工工艺、节省成本、提升效率具有重要意义。

关键词：BIM技术 装配式结构件 管理应用

1. 装配式建筑与BIM技术

装配式建筑结构体系的管理贯穿项目全过程，即设计阶段、结构件生产制造阶段、运输储存、调运安装阶段、成本管控阶段及运营维护阶段，而新型的BIM技术极大的提升了装配式建筑的全过程管理。BIM（Building Information Modeling)，即信息化模型，一个完备的信息模型能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在同一个模型中，更方便协调各方资源的高效率参与，借助三维数字技术模型模拟建筑物所具有的真是信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，达到设计采购施工成本控制一体化，可以有效保证质量、进度、成本指标的实现。

BIM技术对工程项目过程实现信息化模型处理，具有生命周期化三维可视化、模拟施工。装配式建筑是以设计标准化、构件部品化、施工机械化、管理信息化为特征，整合了工程设计、生产施工、运营、维护的全产业链、项目建设全过程管理、项目生命周期管理，实现建筑产品标准化、节能环保全生命周期价值最大化的可持续发展新模式，将传统粗放的建造模式改变为工厂制造为主，结合工业化、信息化、智能化技术建造模式。BIM技术具有如下特点：

1. 可视化。基于BIM技术构造出的四维动态模型，整合工程所有资源信息，集成工程材料、设备等参数信息，因此应用该技术可将工程生产动态还原，通过可视化使各参与方便捷读取核心关键信息。

2. 协调性。将一个或多个工程项目集成到一个项目，促进参与各方的交流协同。例如，房建项目的技术人员可将某结构主体的受力点、纵横断面、受力伸张曲面等信息传递给结构工程师，为其提供更直观真实的数据，便于主体结构的设计与论证。

3. 模拟性。技术的模拟仿真性是指该技术建立在四维模型上，配合专业软件分析模拟项目的表现，对比进度计划，控制整改施工进度。

2. BIM技术在装配式建筑设计阶段的应用

装配式建筑结构件需要进行深化设计、建模与图纸绘制、预制构件预埋、预留设计、制模生产，BIM技术可以在生产前按照工程设计要求进行优化和改进，筛选存在矛盾的参数信息，验证专业设计较为明显的问题，特别是涉及到不同种类及样式的异形构件，在控制标准化尺寸和样式的前提下，融合不同的深化设计方案，丰富建筑结构件的样式、美化结构主体的整体效果，BIM技术的深度分析论证，确保设计效果达到科学性。

在传统3D基础上将各构件参数录入到数据库中。因此，BIM的每一个图形都有构件的类型、材质、尺寸等参数，所有构件由参数进行调整控制，消除了图纸之间信息不对称不匹配的情况，项目各参与方均可从不同的视角参与沟通交流，及时完善和修订，使得工程项目建设更合理化，设计过程可视化，直观设计整体效果、精细部位，避免“错漏碰缺”，防控及降低设计误差，保证建筑结构与预制化构件的精细化设计，提前规避施工环节可能出现的失误，结合预制构件的尺寸、形状、间距、连接点及着力点，还原可视化的三维模型，更便捷的提取模型信息，有效的指导后续功能性设备的生产制造、安装、运营维护等，具体前瞻性和指导性。

3. BIM技术在结构构件生产制造中的应用

以BIM技术为设计基础，深入优化设计，形成生产制造基础，通过BIM技术和BIM模型的内部参数信息，高效利用构件设计，提取装配式结构件的各种材料用量，如钢筋、水泥、砂石等主要材料，合理拟定各项生产计划，为后续的生产、运输、吊装拼装提供重要的数据信息，体现全过程管理的协调性和同步性，同时优化整合不同构件的生产流程，采用流水节拍的方式，提高生产质量及效率，减少间歇性的停工。

对比传统模式与BIM技术生产模式下，装配式构件的生产流程：

传统模式下，预制构件的生产流程：

BIM技术模式下，预制构件的生产流程：

从上述生产流程对比可知：BIM技术可以改善装配式构件的制作模型和制作效果，降低产品的误差率和制造质量瑕疵。装配式构件生产后设计人员结合BIM三维效果图，借助相关设备采集相应的产品参数，整理分析装配式构件之间的各类信息，进一步验证工程模型设计与制作效果。生产厂家与设计团队配合默契，准确的把握装配式产品需要的材料，为未来的自动化生产控制奠定深远的发展基石。

4. BIM技术在装配式建筑施工阶段的应用

BIM 技术在施工阶段的运用，开启了数字化施工作业管理的新篇章。在装配式构件的安装过程中，高效仿真的运用BIM技术实现校验核实工程量、模拟施工进程、施工组织及资料调配、物料跟踪、现场布置、场内运输、装配式构件的吊装与固结等多个环节，颠覆传统的管理模式，使施工现场的安全文明施工、工程质量、进度、成本指标、工程变更、起重吊装等关键工作变得有序可控。

装配式建筑由预制部分制块拼装而成，构件的种类繁杂、数量庞大，BIM技术可以协助完成系统性管理，避免漏洞、错接、丢失、碰撞等情况出现。

1. 构件的制作与运输阶段。技术对繁杂构件信息进行实时反馈，技术负责提供模型的数据基础。在工厂生产构件过程中将RFID编码植入构建中，该编码主要包括构件代码、数量编码、位置属性、项目代码及填充区等信息。构件植入的代码具有唯一性，同类型的各个构件之间的编码相互联系且可阅读，扩展区与位置属性提供了构件的具体信息，便于构件的运输与分配。施工过程中无需工作人员进行信息录入，避免可能的失误并降低运营成本。构件入场时，BIM根据施工现场的具体情况，模拟各个构件的具体安放位置，分配运输车次及运输路线，根据施工进度计划模拟构件的运输顺序。例如，运输车辆驶入现场时，通过门禁系统中设置的RFID阅读器，工作人员便捷核对无误后进场。RFID阅读器再将构件的所处位置和基本信息自动传输到BIM系统中，保证施工区域与模型放置位置的一致性。

2. 施工现场布置

（1）施工现场布置的三维可视化。借助BIM技术在有限的空间范围内，真实实现不同时期工程现场施工布置情况，调整施工区域与生活区域的合理性，达到安全环保的效果。

（2）施工方案的优化。模拟施工过程中难以量化、难以形象化的潜在空间冲突、时间阶段节点冲突，模拟分析，重新构件施工组织设计和构建现场布置方案评标评价体系，通过四维模型说明各阶段的最优方案。

3. 现场施工阶段，BIM技术指导装配式构件的安装过程，切换时间视图，结合工程计划设计关联模型，并实时更新，提供各种机械的使用及吊装选择依据。贯穿整个施工过程，BIM技术会将构件管理情况收录至数据库，并用于信息共享交流，为后续的施工工序、工程竣工验收提供数据支撑。

1. 安全技术交底。装配式构件具有形状异形、单体重量大等特点，其现场二次转运及吊装、安装衔接等工序属于危险性较大的专项工程，对于吊装操作人员、现场安装人员要求高、操作严谨，借助BIM技术的三维动画，整个安全技术交底更逼真、更准确，更突出安全操作要领。

2. 质量安全管理。BIM技术将标准化融入到工程施工中，有效提升装配式构件安装质量，减少工程变更。

3. 进度管理。在设计阶段创建BIM模型时，模型之中需要植入项目的进度计划、成本计划、资源投入计划、安全生产计划等，插入各类资源系数及时间参数，将三维效果转化为四维动态效果，模拟生产过程，直观呈现施工现场，把控整体进度及时调整不合理工期排布。

4. 智慧工地管理。结合智慧工地形成信息管理，将设计参数与现场施工数据对比陈列分析，BIM模型可以直接通过视频监控掌握视频摄像头的位置，360度旋转调整，实时查看现场动态。

5. 模拟安装过程的施工组织。结合不同类型参数化模型与项目计划内容，及时发现安装过程中出现的进度、质量、成本偏差，在安装过程中及时修正完善，保证安装施工的科学合理。例如，装配式工业厂房构件安装时，融合了土建、结构、安装等多方面的功能性配置，通过BIM技术模型，落实施工组织模拟，安装之前先行模拟不同构件之间的嵌入式搭接、锚固端口、板块之间的缝隙、不同构件之间的结构受力分析、装配式构件中的预留孔洞及线管预留口对接、厂房区域不同管线的布置及碰撞分析等，减少工程变更继而降低施工成本。

4. 施工仿真模拟的应用

利用BIM技术进行装配吊装的施工模拟仿真，实时优化施工方案及施工工艺、施工流程，确保构件位置准确，实现构件高质量吊装就位、高质量高效率安装，降低吊装过程中的潜在安全风险。

利用BIM技术优化施工现场的具体布置，包括塔吊、进出场车辆、场内二次运送中转车辆、预制构件的摆放位置等合理布局情况，优化场内临时道路及车辆运送次序及路线，提升二次搬运效率。

施工前，利用BIM技术的可视化效果，进行技术交底及安全交底，通过三维展示，直观高效的完成交底。

5. BIM技术在运营维护阶段的应用

在BIM技术的支持下，建立完善的装配式建筑数据管理系统，其表现出的高水平的数据存储和数据提取能力，可为装配式建筑的运营维护提供信息服务。利用BIM技术与二维码管理装配式构件的库存，构件上标注材质、尺寸、安装位置等核心信息，为装配式构件的入库、出库、运输使用等提供全过程电子化管理，在处理过程中能以较快的速度提取可靠信息，如装配式构件出现明显质量问题，利用BIM信息模块可迅速明确质量问题出现的具体位置及相关构件信息，有效预见隐患及采取补救措施，在未来的运营阶段可提高设备维修保养效率，根据装配式构件的详细信息，方便维修人员有针对性的开展定期维保工作。

6. 结束语

在装配式建筑的设计、构件制造、构件安装过程中应用BIM技术，充分确保了装配式建筑的设计质量、安装质量，为数字化施工管理奠定了坚实基础，为装配式建筑的全过程管理提供了强大的技术支持，提高了装配式构件的加工精度，减少不必要的安装工序，改进装配式建筑的工程质量，增加材料和人员的利用率和工作效率，大幅度降低了施工周期，营造更好的安全文明施工环境，减少成本投入。因此，未来装配式建筑将推动建筑业市场的持续发展，主动发展装配式建筑，合理利用BIM技术，采取不同方式保证设计及施工效果，全方位展示BIM技术的潜力及优势，致力于绿色建筑的发展。

【参考文献】

[1] 张敏、韩莹莹：BIM技术在装配式建筑施工管理中的运用探讨；工程管理；2021-04

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[4] 赵小飞、李浩、陈业等，基于BIM技术在机电装配式施工中的应用；[J]工程建设与设计，2020（19）：173-174

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