BIM技術在某高層裝配式建筑深化設計與施工中的應用分析

胡秀俊，方魯兵，魏晉晉

(合肥職業技術學院，安徽 巢湖 238000)

0 引 言

1 工程概況

本工程位于安徽省黃山市(圖1)，結構體系為十六層裝配式混凝土剪力墻結構，全樓總高為48.5 m，總占地面積5 647 m2，總建筑面積約10 000 m2。施工場地狹長，對于預制構件的運輸、堆放和吊裝有較高的要求。該工程采用預制外墻、預制內墻、疊合板、預制梁及預制樓梯等裝配式預制構件，板預制面積約占全部板的90%，預制墻體積約占總體的80%，樓梯全部預制，整體預制率達50%以上。

圖1 項目位置地形圖

2 裝配式建筑深化設計與施工的難點及對策

2.1 裝配式建筑深化設計與施工的難點

裝配式建筑在我國尚處于大力推廣階段，在公共建筑與民用建筑領域占比逐年提高，但由于我國起步較晚，相關技術標準尚未形成成熟的體系。傳統裝配式建筑深化設計與施工中的難點如下。

2.1.1 構件標準化設計難開展

傳統的裝配式建筑深化設計流程是在施工圖出圖后再進行，存在直接將現澆構件轉化成預制構件的情形，對裝配式構件的拆分設計不夠重視，無法充分發揮裝配式構件應“少規格、多組合”的特點，不利于構件標準化設計、工廠工業化生產。

2.1.2 信息傳遞效率低

傳統的二維圖紙在識讀過程中需要耗費較多的時間進行交底，且在信息傳遞過程中容易出現錯誤或遺漏。各專業圖紙互相沒有關聯，任一專業需要修改時相關專業不能聯動而耗費大量精力，很大程度上增加了各專業之間的溝通成本。裝配式建筑構件種類與數量較多，構件明細表從二維圖紙中難以準確統計，需要耗費的工作量較大。

2.1.3 預制構件之間的碰撞難以識別

傳統的裝配式建筑深化設計處于二維設計環境，無法進行有效的預制構件之間的碰撞檢查和構件吊裝連接模擬。隨著深化設計中機電等專業的介入，同一構件可能會設置多個具有細小差別的功能而難以準確識別，最終可能會導致現場的預制構件之間或與現澆結構之間產生難以準確拼接的情形。

2.1.4 裝配式建筑施工交底難控制

裝配式建筑施工中對吊裝與連接的準確性要求高，通過傳統的圖紙進行構件吊裝和節點連接等施工方案編制，用于實際施工時易產生不協調的情形。與此同時，裝配式建筑預制構件與管線復雜，施工要求比以往更高，工期要求緊，傳統施工管理模式難以滿足要求。

2.2 裝配式建筑深化設計與施工的對策

BIM技術是通過三維建模，把工程項目的所有信息以數字化的方式整合到一個建筑模型中，從而實現項目的全生命周期的管理。把BIM技術運用到裝配式建筑深化設計與施工中，能極大地提高設計效率和施工質量。

2.2.1 BIM技術提前介入

在初步設計階段盡早地應用BIM技術，可以更好地對預制構件進行標準化設計，進而在裝配式建筑深化設計階段能夠更好地與工廠對接，做到從設計到生產的相統一，有利于預制構件的標準化生產，促進裝配式建筑施工質量的提高。

2.2.2 BIM技術進行專業協同

基于BIM技術的裝配式建筑深化設計模型，可以直接輸出平面圖、立面圖和剖面圖，節省了大量人力物力。通過BIM模型，可以將裝配式建筑各專業進行協同設計，實現各專業之間的信息共享。利用BIM技術進行構件間的碰撞檢查、凈高分析等方式的協同設計，提前解決可能出現的問題，有效減少返工。

2.2.3 BIM技術進行可視化交底

將BIM技術應用于裝配式建筑施工中，借助BIM模型各專業的數字化信息平臺，可以對構件吊裝方案等進行預先模擬；應用BIM模型的關鍵節點進行施工模擬，實現重點、難點節點工藝的可視化交底，讓現場施工人員更加全面直觀地掌握設計所要傳達的信息。

3 BIM技術在裝配式建筑深化設計與施工中的應用點

3.1 BIM模型的搭建

BIM技術進行可視化設計與分析的基礎是創建BIM模型，建模精度決定了BIM技術應用于深化設計與施工的質量。為了提高建模效率，應根據不同階段BIM模型的精細度要求，逐步建立完整的BIM三維模型。本項目的三維實體模型如圖2所示。在模型精度無誤的情況下，軟件可以直接生成深化圖紙，如果圖紙需要改動，可以直接修改BIM模型，深化圖紙就會自動進行改動，從而實現從模型到圖紙的一致性。

圖2 裝配式建筑BIM模型

3.2 BIM技術在裝配式建筑深化設計中的應用點

3.2.1 構件深化設計

通過調整外墻頂面與底面的面板縫及側面接縫來解決面板開裂及外墻模板偏移和漏漿等問題(圖3)。通過調整板的桁架規格和相對位置來增強板的整體剛度使其受力均勻，同時設置倒角來避免應力集中等問題(圖4)。通過設計與生產施工單位的密切聯系，結合全面的生產施工信息，最終形成標準化的、滿足生產施工需求的構件模型。

圖3 裝配式外墻深化設計

圖4 裝配式樓板深化設計

3.2.2 碰撞檢查與調整

應用BIM技術開展自動碰撞檢查，可以得到各專業、構件之間各類碰撞問題，并能夠一鍵導出碰撞檢查結果以便進行修改。通過BIM軟件對裝配式高層建筑的BIM模型進行碰撞分析，碰撞點在軟件中會被自動標記，其中預制構件內部鋼筋之間碰撞問題700 余項，預制構之間外伸鋼筋碰撞200余項。經過逐個調整后，所有碰撞點全部不再沖突。預制梁之間碰撞，通過調整預制梁的底筋出頭長度和排列參數可以解決(圖5)。

圖5 預制梁碰撞與調整

3.2.3 深化設計出圖

BIM模型深化設計完成后，可以輸出各類平面圖、立面圖、剖面圖和構件詳圖等(圖6)。通過BIM軟件實現了預制構件深化設計圖100%的BIM出圖，可以直接導出DWG格式的圖紙，大大提高了深化設計出圖效率，保證了模型與圖紙的相統一。

圖6 BIM深化設計出圖

圖7 工程量統計

3.2.4 工程量統計

基于裝配式BIM模型的信息完備性，在BIM軟件中可以很方便地統計每種預制構件的規格、尺寸、體積、重量等信息，統計需要材料的混凝土量、配件數量、鋼筋明細等信息(圖7)。同時，根據輸出構件中的重量清單，找出最大重量的預制構件，以此確定吊裝構件的塔吊型號。

3.3 BIM技術在裝配式建筑施工中的應用點

3.3.1 可視化交底

利用BIM可視化特點可以對構件現場的堆放布置、塔吊位置、構件的運輸道路等進行綜合設計，遴選出最優方案。在裝配式施工階段，可以通過漫游動畫對整個項目和現場布置進行查看。在編制吊裝施工方案后進行可視化模擬，對吊裝過程中的重點、難點進行立體直觀的交底，讓施工人員掌握的效率更高，技術傳遞得更加精準(圖8)。

圖8 樓梯吊裝方案模擬

圖9 裝配式施工過程模擬

3.3.2 裝配式施工過程模擬

將完整的BIM模型結合詳細的施工進度計劃，能夠得到BIM4D施工模型，通過BIM模擬施工軟件進行施工模擬后再與實際進度對比，以便對施工進度進行管理，分析產生偏差的原因并及時改進(圖9)。整個施工過程中，項目管理人員可以實時模擬查看施工進度，及時掌握關鍵工序、關鍵節點的完成時間，提前解決影響施工進度的因素。

3.3.3 精細化施工管理

施工管理人員可以根據BIM模型中的數據信息，提前聯系預制構件廠安排生產計劃，以保證構件能夠按時進場。利用BIM模型中的構件信息提升了構件精細化的生產水平，施工質量管理效率顯著提高。利用BIM技術結合移動終端設備在施工過程中記錄各環節質量問題，并將問題標記于BIM模型中，明確問題責任人。待問題得到各方確認解決后，再從模型中取消問題標記，提高了施工質量問題解決的效率。

4 結 語

隨著裝配式建筑的快速發展，將BIM技術應用于裝配式建筑深化設計與施工中與傳統方法相比具有很大的優勢。本文以某高層裝配式建筑項目為案例，對BIM技術在裝配式建筑深化設計與施工中的應用進行了分析研究。筆者認為BIM技術在裝配式建筑三維建模、構件深化設計、碰撞檢查、深化設計出圖和工程量統計等應用中可以極大提高設計效率和標準化構件生產的精確度；利用BIM技術對于裝配式建筑重要節點、吊裝方案加以模擬進行可視化交底，有利于施工質量的提高；BIM技術提升了構件生產的精細化水平，有效提高了施工質量管理效率。在可預見的未來，BIM技術將助力裝配式建筑行業往更深遠的方向發展。