畢于強(qiáng)，張 強(qiáng)

（上海砼森建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司山東分公司，山東 淄博 255030）

由于傳統(tǒng)預(yù)制構(gòu)件所采用的原材料多為單件小批量生產(chǎn)，這就使得其生產(chǎn)效率低且勞動(dòng)力不足，同時(shí)因?yàn)檠b配式施工具有高效性與節(jié)能化等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。建筑信息模型（BIM）是未來(lái)信息建筑發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)新方向，在建筑工程領(lǐng)域，BIM 技術(shù)也將成為建筑工程領(lǐng)域今后發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。在裝配式建筑中，設(shè)計(jì)師能夠根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)建筑項(xiàng)目進(jìn)行合理的規(guī)劃，并通過(guò)三維建模軟件建立工程模型。同時(shí)還能利用CAD/CAM 等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)和設(shè)備間以及各專業(yè)之間協(xié)同工作能力及信息共享與協(xié)調(diào)控制功能；裝配式建筑相比于傳統(tǒng)建筑的形式，具有施工周期短、環(huán)境污染小、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展方向。

1 BIM 技術(shù)與裝配式建筑的定義和特征

1.1 BIM 技術(shù)基本理論

第一，利用數(shù)字信息技術(shù)構(gòu)建一個(gè)完整而又精確高效且易于維護(hù)的信息平臺(tái)：將BIM 技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)和三維立體模型制作，可通過(guò)對(duì)構(gòu)件數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算生成三維空間圖形；第二，利用數(shù)字信息模型對(duì)構(gòu)件進(jìn)行三維實(shí)體建模，可將裝配式建筑的各個(gè)過(guò)程模擬成一個(gè)完整而又精確的虛擬空間，并通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)碰撞仿真；第三，利用數(shù)字信息模型進(jìn)行可視化的建模：在裝配式建筑中，構(gòu)件之間通過(guò)二維空間數(shù)據(jù)相互連接，并可以對(duì)其結(jié)構(gòu)特征和施工過(guò)程模擬出真實(shí)、精確的三維實(shí)體，幾何形狀通過(guò)這種虛擬的空間實(shí)體的建立，可對(duì)裝配式建筑進(jìn)行全方面、多層次設(shè)計(jì)，并最終實(shí)現(xiàn)三維幾何造型[1]。

1.2 裝配式建筑的定義和特征

裝配式建筑是指把部分傳統(tǒng)建造方式下的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行加工制作，再將工廠加工制作好的建筑構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等）運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)可靠的連接方式進(jìn)行裝配安裝后形成的建筑。裝配式建筑主要有以下幾個(gè)特征：（1）建筑構(gòu)件預(yù)制。在工廠或制造基地內(nèi)，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙使用混凝土等材料預(yù)制建筑構(gòu)件，如預(yù)制墻板、預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制樓板等。這些建筑構(gòu)件在制造時(shí)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)密計(jì)算和質(zhì)量控制，以確保其尺寸標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。（2）標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。裝配式建筑強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，提倡將尺寸規(guī)格相同的建筑構(gòu)件交付工廠統(tǒng)一制備。如此一來(lái)，同類裝配式建筑就可以共用同一批預(yù)制構(gòu)件，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，降低施工成本。（3）支持現(xiàn)場(chǎng)組裝。預(yù)制構(gòu)件制造完成就可以直接運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，由施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行組裝，最終形成完整的建筑結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)建造模式相比，現(xiàn)場(chǎng)組裝預(yù)制構(gòu)件的施工周期明顯縮短，施工成本相對(duì)更低。（4）便于質(zhì)量控制。承接預(yù)制構(gòu)件制造的工廠有高度自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備和成熟且嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)流程。因此，在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)環(huán)境下制造出的預(yù)制構(gòu)件存在質(zhì)量問(wèn)題的概率較低。（5）適用范圍更廣。裝配式建筑不僅適用于住宅建筑，還適用于商業(yè)建筑、公共設(shè)施、橋梁以及基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域[2]。

2 裝配式建筑施工現(xiàn)狀

2.1 管理體系不健全

許多建筑公司缺乏適合他們的管理體系，缺乏專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)。這導(dǎo)致他們無(wú)法充分評(píng)估項(xiàng)目的實(shí)際情況，并且缺乏對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的充分掌握。此外，由于缺乏專門的技術(shù)人才，施工過(guò)程也缺乏監(jiān)督。由于缺乏良好的人才招聘機(jī)會(huì)，加上缺乏有效的績(jī)效考核機(jī)制，使得項(xiàng)目管理出現(xiàn)了嚴(yán)重的紊亂，施工條件也極其糟糕。此外，一些建筑公司為了獲取更多的利潤(rùn)，采取了多種措施，但是這些措施都未能達(dá)到預(yù)期的效果，使得管理混亂，結(jié)構(gòu)失衡，缺乏針對(duì)性的政策制定，加上負(fù)擔(dān)沉重的任務(wù)，使得工程項(xiàng)目的管理和質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

2.2 建筑工地管理意識(shí)薄弱

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的建筑工程項(xiàng)目越來(lái)越多，施工環(huán)節(jié)也變得越來(lái)越復(fù)雜。為了保證工程的順利完成，各部門必須加強(qiáng)協(xié)作，提高施工質(zhì)量。然而，有些地方的施工人員缺乏良好的現(xiàn)場(chǎng)管理意識(shí)，導(dǎo)致他們無(wú)法有效地掌握施工的每一步驟，從而限制了施工的效率。一些管理人員缺乏安全責(zé)任感，當(dāng)發(fā)生問(wèn)題時(shí)，他們也無(wú)法迅速采取行動(dòng)，還導(dǎo)致責(zé)任被推卸，嚴(yán)重阻礙了建筑項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度與效率[3]。

2.3 構(gòu)件方面存在的質(zhì)量問(wèn)題

首先是在裝配式建筑設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，我國(guó)目前裝配式構(gòu)件無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)等工作環(huán)節(jié)中，仍舊處在初級(jí)的起步階段中，并沒(méi)有充分結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際開展情況來(lái)發(fā)布預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)以及質(zhì)量檢測(cè)的基本規(guī)則。在這種情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各大專業(yè)之間很難實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)同配合，這樣就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件在設(shè)計(jì)尺寸以及各大點(diǎn)位方面的設(shè)計(jì)缺少合理性，同時(shí)，生產(chǎn)人員與設(shè)計(jì)人員之間也并沒(méi)有進(jìn)行高效的溝通交流，這樣就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生設(shè)計(jì)不夠合理，或是成品與設(shè)計(jì)內(nèi)容之間存在較大差異等問(wèn)題，在后續(xù)針對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拼裝時(shí)，也很可能由于縫隙比較大出現(xiàn)折斷等情況，這就需要針對(duì)構(gòu)件進(jìn)行返廠或是報(bào)廢處理，進(jìn)一步提升了建設(shè)成本方面產(chǎn)生的消耗，并且還會(huì)引發(fā)較為嚴(yán)重的質(zhì)量安全問(wèn)題出現(xiàn)；其次則是運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)材料堆放所產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，裝配式建筑當(dāng)中的各類預(yù)制構(gòu)件，其具備著數(shù)量比較大以及薄厚程度不同等多種特征，通常情況下都會(huì)在構(gòu)件生產(chǎn)廠商進(jìn)行集中化生產(chǎn)過(guò)后，將這部分構(gòu)件運(yùn)送到各大施工現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中，不僅運(yùn)輸?shù)穆烦瘫容^遠(yuǎn)，涉及的運(yùn)輸環(huán)境也比較復(fù)雜。而在實(shí)際構(gòu)件運(yùn)輸階段中，各類構(gòu)件的擺放與固定情況不夠規(guī)范，這樣就會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件之間產(chǎn)生互相碰撞等情況，容易引發(fā)構(gòu)件斷裂或是部位脫落等問(wèn)題出現(xiàn)，這些都會(huì)對(duì)整體工程質(zhì)量產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用優(yōu)化

3.1 準(zhǔn)備工作

第一，Revit 軟件中包含了大量的建筑類型、尺寸、形態(tài)等參數(shù)變量信息，因此，在利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑施工作業(yè)期間，需要對(duì)各不同構(gòu)件的參數(shù)信息進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于同一種類的構(gòu)件則可通過(guò)修改參數(shù)的方式減少工作量，提高作業(yè)速度。第二，為盡量降低構(gòu)件在搬運(yùn)、二次吊裝等工程中出現(xiàn)的額外成本，相關(guān)技術(shù)人員需嚴(yán)格依據(jù)預(yù)定施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，制定精確的數(shù)據(jù)族庫(kù)。第三，數(shù)據(jù)族庫(kù)的建立，可幫助各施工主體開展合理的溝通交流，其中，主要可分為裝配式裝修構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)、預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)兩類，因此，數(shù)據(jù)族庫(kù)需要嚴(yán)格參照具體的構(gòu)件施工性能、類別、使用模式及建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理分類。創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)的優(yōu)勢(shì)在于可隨時(shí)進(jìn)行資料調(diào)用、調(diào)整建模，節(jié)約了重新構(gòu)圖的時(shí)間。

3.2 BIM 模型建立與圖紙繪制

采用BIM 技術(shù)對(duì)裝配式建筑的三維可視化信息模型加以構(gòu)建，生成裝配式建筑的三維獨(dú)立空間設(shè)計(jì)方案，并在BIM 專業(yè)軟件平臺(tái)中予以可視化展示。設(shè)計(jì)人員可輸入與調(diào)整三維信息化模型的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑BIM 模型的快速更新與自動(dòng)渲染。若是設(shè)計(jì)人員未對(duì)裝配式建筑BIM 模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重設(shè)，則采用構(gòu)件庫(kù)的默認(rèn)值并自動(dòng)生成三維設(shè)計(jì)方案。相較于傳統(tǒng)的二維平面圖紙，BIM 三維信息化模型的立體感與可視化程度更加直觀，同時(shí)其對(duì)裝配式建筑構(gòu)件的細(xì)節(jié)表達(dá)、全局特征、空間關(guān)系等的刻畫也更為全面。對(duì)空間狹小區(qū)域豎向凈高盡可能地在早期進(jìn)行干預(yù)與分析，提高住戶的體驗(yàn)與設(shè)計(jì)的質(zhì)量，再通過(guò)基于BIM 技術(shù)的機(jī)電管線進(jìn)行管線綜合優(yōu)化項(xiàng)目管綜布局、滿足凈高要求。對(duì)空間在早期提前進(jìn)行規(guī)劃與干預(yù)，輔助機(jī)電工程師有效率地進(jìn)行管線的排布。設(shè)計(jì)人員可以點(diǎn)擊BIM 三維信息化模型查詢到裝配式建筑具體構(gòu)件的規(guī)格尺寸、功能特性、用途、材料等屬性數(shù)據(jù)。對(duì)于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中常用的CAD 軟件，BIM 專業(yè)軟件平臺(tái)也有著較好的兼容性與連接性，可以將CAD軟件設(shè)計(jì)好的二維矢量化圖紙直接導(dǎo)入到BIM 專業(yè)軟件中，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要?jiǎng)討B(tài)變更裝配式建筑的設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)一步提高了BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用中的整體性[4]。

3.3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的最重要的應(yīng)用。由于裝配式建筑是由若干個(gè)構(gòu)件按照一定空間布局與空間關(guān)系有機(jī)組合，BIM 技術(shù)可以為構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計(jì)提供良好的技術(shù)支撐。針對(duì)裝配式建筑的各個(gè)構(gòu)件，可在BIM 專業(yè)軟件平臺(tái)中自定義構(gòu)件族庫(kù)，形成裝配式建筑構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為裝配式建筑的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)具體的裝配式建筑時(shí)，從構(gòu)件族庫(kù)中快速、直接調(diào)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要對(duì)構(gòu)件的規(guī)格參數(shù)、功能特性等進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)若干個(gè)構(gòu)件BIM 模型的空間嵌套與組合，生成各種類別與特性的裝配式建筑三維立體可視化信息模型，以標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的調(diào)用與參數(shù)調(diào)整提高裝配式建筑的設(shè)計(jì)效率，促進(jìn)裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)?；?，簡(jiǎn)化裝配式建筑設(shè)計(jì)流程，減少裝配式建筑設(shè)計(jì)工作量。

3.4 提高構(gòu)件庫(kù)存、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)管理

BIM 技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用，可以提高現(xiàn)場(chǎng)施工的水平，優(yōu)化運(yùn)輸流程和施工工藝。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)后的運(yùn)輸和施工需要進(jìn)行分類管理。BIM 技術(shù)可在施工前對(duì)構(gòu)件的運(yùn)輸和安裝進(jìn)行仿真模擬，預(yù)防突發(fā)事件。完成整體建模后，模擬可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，制定和完善安全管理預(yù)案，避免安全事故的發(fā)生。通過(guò)三維可視化的管理，合理安排現(xiàn)場(chǎng)的布置和運(yùn)輸?shù)跹b路線，提高效率，加快進(jìn)度，避免反復(fù)工作。同時(shí)，實(shí)時(shí)讀取在構(gòu)件生產(chǎn)中植入包含構(gòu)件信息的無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）芯片，核對(duì)信息，提高管理水平。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用原則

4.1 模數(shù)化設(shè)計(jì)

在目前的社會(huì)各產(chǎn)業(yè)已與信息化接軌，利用信息化的生產(chǎn)技術(shù)為建筑提供了方便。利用相關(guān)技術(shù)和平臺(tái)資源數(shù)據(jù)的分析方法，對(duì)建筑工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，既可以簡(jiǎn)化工程過(guò)程，又可以提高工程的控制水平。BIM 的模數(shù)化設(shè)計(jì)，是國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)的發(fā)展水平。在國(guó)內(nèi)，許多建筑都采用了BIM 技術(shù)，比如上海迪士尼公園、北京鳳凰文化中心等。裝配式建筑模數(shù)化設(shè)計(jì)是指采用基本模數(shù)、擴(kuò)大模數(shù)和分模數(shù)的RNG 法來(lái)設(shè)計(jì)預(yù)制件、建筑組合件等，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，保證建筑的主體與整體的協(xié)調(diào)性。另外，模數(shù)設(shè)計(jì)的另外一個(gè)功能是保證結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性，以實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的要求，以減少制造成本。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是建筑工業(yè)化的重要發(fā)展方向，它可以實(shí)現(xiàn)大量的構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)，降低了工地的工作量，提高了項(xiàng)目的工作效率。因此，在建筑規(guī)范設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)建筑的不同類型、配件、連接要求，制訂出一套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和流程。在此必須指出，由于受天氣、生產(chǎn)等客觀因素的影響，裝配式建筑具有一定的地域特征，難以形成完整的標(biāo)準(zhǔn)化體系，并且一些構(gòu)件只能在一個(gè)較小的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。比如，我國(guó)南北兩個(gè)區(qū)域的氣候差異很大，外墻的保溫、耐腐蝕、防水等方面都有很高的要求，所以外墻的設(shè)計(jì)不可能做到全國(guó)統(tǒng)一，只能根據(jù)不同的區(qū)域來(lái)制定。在進(jìn)行建筑仿真時(shí)，還可以根據(jù)特定地區(qū)的特定環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)定不同的施工場(chǎng)地布局，并根據(jù)不同的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化[5]。

4.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

裝配式建筑的協(xié)作設(shè)計(jì)是指各制造企業(yè)在協(xié)作的基礎(chǔ)上進(jìn)行專業(yè)化集成設(shè)計(jì)，既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，又能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，提高企業(yè)的協(xié)作能力。尤其是對(duì)裝配式建筑來(lái)說(shuō)，由于其施工現(xiàn)場(chǎng)的拼裝形式，許多構(gòu)件中都有可能存在著預(yù)制件，因此若不注意到這些問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)就難以進(jìn)行后續(xù)的施工。這就意味著，在協(xié)同設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師和工程師必須明確自己的職責(zé)，通過(guò)BIM 技術(shù)，建立起一個(gè)系統(tǒng)化的平臺(tái)，讓不同的專業(yè)人員可以在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和分享，同時(shí)也可以讓生產(chǎn)廠家和施工單位提前進(jìn)入到平臺(tái)中進(jìn)行工作協(xié)調(diào)。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)趨于成熟，應(yīng)用的范圍不斷拓展。BIM 技術(shù)為裝配式建筑提供了信息交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)信息互通，提高了工作效率，使裝配式建筑的施工更加科學(xué)、可視化。裝配式建筑工程中BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)優(yōu)化、模擬實(shí)施、進(jìn)度管理等方面發(fā)揮了重要作用。BIM技術(shù)的順利實(shí)施為項(xiàng)目創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，為企業(yè)積累了經(jīng)驗(yàn)與業(yè)績(jī)。在我國(guó)龐大的建筑市場(chǎng)中，建筑信息化是一條必由之路，BIM 技術(shù)將發(fā)揮重要作用。