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(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件質(zhì)量好、施工速度快、環(huán)保等優(yōu)點，得到廣泛的推廣和應(yīng)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(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)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(guān)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(yīng)用是實現(xiàn)裝配式建筑的技術(shù)核心

  與傳統(tǒng)建筑不同，裝配式建筑是指標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場裝配、組裝成整體。這意味著從設(shè)計階段即需要考慮構(gòu)件的加工生產(chǎn)、施工安裝、后期的維護運營等，并在設(shè)計過程中與結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣、內(nèi)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理。

  預(yù)制裝配式住宅具有構(gòu)件拆分困難、吊裝工藝復(fù)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(xiàn)狀以及我國面臨的制約因素的基礎(chǔ)上，重點介紹BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅施工階段的應(yīng)用價值。當(dāng)前BIM技術(shù)在我國預(yù)制裝配式住宅的具體應(yīng)用如下：

  （1）進度管理。BIM模型關(guān)聯(lián)進度計劃，進行方案進度計劃和實際生產(chǎn)進度的對比，施工現(xiàn)場利用RFID和二維碼實時反饋進度信息，實現(xiàn)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(shù)據(jù)進行多方對比，指導(dǎo)施工現(xiàn)場成本管控。

  （3）質(zhì)量管理。在三維可視化模型下進行管線綜合，提前生成預(yù)留孔洞，對于尺寸大、吊裝困難和定位要求高的預(yù)制構(gòu)件，制作吊裝工序模擬，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提高構(gòu)件安裝質(zhì)量。

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

  在裝配式建筑的推廣應(yīng)用中，BIM應(yīng)用是技術(shù)核心。為避免預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)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(shè)計、生產(chǎn)、裝配的全流程管理，BIM技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。裝配式建筑現(xiàn)有的建筑模式，設(shè)計、生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝不是一體化，設(shè)計不合理只有在現(xiàn)場施工時才能發(fā)現(xiàn)，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(shù)的引入，將設(shè)計方案、制造需求、現(xiàn)場施工需求等形成數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)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(chǎn)及施工進度計劃的因素，盡量避免實際生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝過程中可能產(chǎn)生的問題，減少工程成本，大大地提高生產(chǎn)和施工效率（如圖1所示）。

 圖 1 BIM與裝配式設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運營維護流程圖

  三、BIM如何在裝配式中體現(xiàn)自己的價值

  1.BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段中的應(yīng)用價值

 （1）提高裝配式建筑設(shè)計效率

  裝配式建筑設(shè)計中，由于需要對預(yù)制構(gòu)件進行各類預(yù)埋和預(yù)留的設(shè)計，所以更加需要各專業(yè)的設(shè)計人員密切配合。利用BIM軟件所構(gòu)建的設(shè)計云平臺，裝配式建筑設(shè)計中的各專業(yè)設(shè)計人員能夠快速地傳遞各自專業(yè)的設(shè)計信息，對設(shè)計方案進行“同步”修改，節(jié)省大量時間。借助BIM技術(shù)與云端技術(shù)，各專業(yè)設(shè)計人員可以將包含各自專業(yè)設(shè)計信息的BIM模型統(tǒng)一上傳至BIM設(shè)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(shè)計沖突，幫助各專業(yè)設(shè)計人員及時找出專業(yè)設(shè)計中存在的問題。裝配式建筑中預(yù)制構(gòu)件的種類和樣式繁多，出圖量大，通過BIM技術(shù)的“協(xié)同”設(shè)計功能（如圖2所示），某一專業(yè)設(shè)計人員修改的設(shè)計參數(shù)能夠同步、無誤地被其他專業(yè)設(shè)計人員調(diào)用，方便了配套專業(yè)設(shè)計人員進行設(shè)計方案的調(diào)整，節(jié)省了各專業(yè)設(shè)計人員由于設(shè)計方案調(diào)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(shè)計人員、構(gòu)件拆分設(shè)計人員、以及相關(guān)的技術(shù)和管理人員不同的管理和修改權(quán)限，可以使更多的技術(shù)和管理專業(yè)人士參與到裝配式建筑的設(shè)計過程中，根據(jù)自己的專業(yè)提出意見和建議，減少預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和裝配式建筑施工中的設(shè)計變更，提高業(yè)主對裝配式建筑設(shè)計單位的滿意度，從而提高裝配式建筑的設(shè)計效率，減少或避免由于設(shè)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(shè)計流程 

 （2）實現(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

BIM技術(shù)可以實現(xiàn)信息的開放與共享，設(shè)計師可以將裝配式建筑的設(shè)計方案上傳到項目的“云端”服務(wù)器上，在“云端”進行尺寸、樣式等信息的整合，并構(gòu)建裝配式建筑各類預(yù)制構(gòu)件（例如門、窗等）的“族”庫。隨著服務(wù)器中“族”的不斷積累與豐富，設(shè)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(yù)制構(gòu)件的一系列標(biāo)準(zhǔn)形狀和模數(shù)尺寸，為裝配式預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化提供原始數(shù)據(jù)，并作進一步的積累。預(yù)制構(gòu)件“族”庫的建立有助于裝配式建筑通用設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立。利用各類標(biāo)準(zhǔn)化的“族”庫，設(shè)計師還可以積累和豐富裝配式建筑的設(shè)計戶型，節(jié)約戶型設(shè)計和調(diào)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(gòu)件的幾何屬性經(jīng)過可視化分析，可以對預(yù)制外墻板的類型、數(shù)量進行優(yōu)化，減少預(yù)制構(gòu)件的類型和數(shù)量（如圖3～圖5所示）。

 （3）降低裝配式建筑的設(shè)計誤差

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

  2. BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的應(yīng)用價值

 （1）優(yōu)化整合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程

  裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段是裝配式建筑生產(chǎn)周期中的重要環(huán)節(jié)，也是連接裝配式建筑設(shè)計與施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

  為了保證預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中所需加工信息的準(zhǔn)確性，構(gòu)件生產(chǎn)廠家可以從裝配式建筑BIM模型中直接調(diào)取預(yù)制構(gòu)件的幾何尺寸信息，制定相應(yīng)的構(gòu)件生產(chǎn)計劃，并在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的同時，向施工單位傳遞構(gòu)件生產(chǎn)的進度信息。在裝配式建筑中要做好預(yù)制構(gòu)件的“拆分設(shè)計”，俗稱“構(gòu)件拆分”。但由于現(xiàn)在裝配式設(shè)計體系尚未健全，需要構(gòu)件廠對圖紙進行拆分，出具構(gòu)件加工圖，并對現(xiàn)場加工進行深化設(shè)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(shù)路線和產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，在方案設(shè)計階段根據(jù)既定目標(biāo)，依據(jù)構(gòu)件拆分原則進行方案創(chuàng)作，這樣才能避免方案不合理導(dǎo)致后期技術(shù)經(jīng)濟不合理，避免由于前后脫節(jié)造成設(shè)計失誤。

  在生產(chǎn)階段前，運用BIM技術(shù)進行機電模型與結(jié)構(gòu)模型的碰撞檢測，可提前發(fā)現(xiàn)水電預(yù)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(shù)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(shè)計階段處理，避免因各管材設(shè)備與結(jié)構(gòu)的交叉沖突而導(dǎo)致各類變更及返工。運用BIM技術(shù)對各專業(yè)進行碰撞檢測，將機電模型與結(jié)構(gòu)模型進行碰撞檢測，避免墻板上預(yù)留孔洞位置偏移導(dǎo)致二次開孔，浪費人力資源，造成返工等問題。通過調(diào)整優(yōu)化出圖，科學(xué)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(chǎn)過程中運用BIM技術(shù)進行優(yōu)化，可提前排除錯誤，并記錄施工過程的數(shù)據(jù)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(shè)備信息、成本信息等，這些信息可以用來進行數(shù)據(jù)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(zhǔn)備。

  為了保證預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量建立裝配式建筑質(zhì)量可追溯機制，生產(chǎn)廠家可以在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段為各類預(yù)制構(gòu)件植入含有構(gòu)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(yù)制構(gòu)件進行生產(chǎn)、物流管理，提高預(yù)制構(gòu)件倉儲和運輸?shù)男省?/span>

  利用BIM云平臺實現(xiàn)適時、全球化、數(shù)字化管理的BIM信息化技術(shù)與云技術(shù)相結(jié)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(lián)系，借助移動設(shè)備設(shè)置客戶端，實時查看項目所需要的信息，真正實現(xiàn)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(shè)備物資部與BIM技術(shù)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(jié)構(gòu)專業(yè)模型進行碰撞檢測，可以有效對疊合板上孔洞的數(shù)量、大小、位置進行校核，從而節(jié)省現(xiàn)場二次開孔（如圖7所示）。

圖 7 水電模型與裝配式結(jié)構(gòu)模型碰撞選擇圖

  結(jié)構(gòu)模型與機電模型進行碰撞，可減少“錯、漏、碰、缺”所產(chǎn)生的各類變更，碰撞完成后，由于碰撞數(shù)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(yù)制構(gòu)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(zhì)量，在裝配式建筑設(shè)計方案完成后，設(shè)計人員將BIM模型中所包含的各種構(gòu)配件信息與預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠商共享，生產(chǎn)廠商可以直接獲取產(chǎn)品的尺寸、材料、預(yù)制構(gòu)件內(nèi)鋼筋的等級等參數(shù)信息，所有的設(shè)計數(shù)據(jù)及參數(shù)通過數(shù)據(jù)形式直接轉(zhuǎn)換為加工參數(shù)，構(gòu)件生產(chǎn)廠家直接將加工參數(shù)輸入機械中，實現(xiàn)裝配式建筑BIM模型中預(yù)制構(gòu)件設(shè)計信息與裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)系統(tǒng)的直接對接，提高了裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的自動化程度和生產(chǎn)效率。

結(jié)語

  BIM技術(shù)可以提高裝配式建筑的設(shè)計、生產(chǎn)、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(xiàn)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(shù)與裝配式建筑達到全方位更加緊密的結(jié)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。