PC装配式建筑中BIM技术一体化应用研究

马光晨

【摘要】装配式施工方法的出现，对于缓解传统建设工程工期长、建材浪费和环境污染起着重要的作用。该方式的出现，为建筑领域的发展提供了新思路，同时也成为现阶段建筑行业发展的主流研究方向。而将最先进的BIM建筑技术运用于PC装配式建筑中，则可以带来新的发展方向，人们可以通过利用BIM信息数据共通的特点和可视化的优势来进行装配式建造，极大的提高施工效率。本文主要内容是就现阶段国内建筑行业发展的形式，探讨采用BIM技术之下的PC装配式建筑是否能够顺应我国发展趋势，达到经济资源节约、环境友好型的发展目标。作者作为某大型企业的施工项目管理人员，从事多年施工管理工作，其中不乏预制装配式建筑。通过其对经历的工程实例和国内外相关资料分析，厘清了BIM技术与PC装配式建筑各自的优势以及不同特点，探寻BIM技术与PC装配式建筑结合的优越性，并阐述了BIM技术在PC装配式建筑各建造阶段所起的主要作用。

【关键词】建筑工程;BIM技术;装配式建筑;一体化应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.113

绪论

PC装配式建筑中运用BIM技术，可以利用平台和相应的管理方式，通过有效的管理在建筑全生命周期内的集成信息和相应的数据，通过多方多维度的协同设计与模型精细化管理而组建起来的BIM建筑模型，可以为建筑生产环节中的有效连接性提供有力保障，并提高相应的工程质量管理效益。BIM技术可以有效打通PC装配式建筑在信息共享方面的问题，成功解决装配式建筑本身所带来的碎片化以及个体化无法组合的施工问题。

一、BIM技术与PC装配式建筑

1. BIM概述

BIM技术来自于Building Information Modeling的缩写，翻译过来就是建筑信息模型的意思。因此BIM技术更多的是一种对于建筑物生产全周期中各个环节进行数字信息化技术控制的一种呈现。BIM技术通过以实现的数据互通交流，并将这些数据进行可视化模型搭建，将从勘察、设计、施工所有流程中所提供的数字、信息、模型全方位的共享，真正实现了全周期工程可视化的技术，下图1为具体分解图。

2.PC装配式建筑概述

PC装配式建筑是一种提前加工好再进行组装的建筑模式，通过在工厂将部分建筑构件提前预制，再运送到施工场地中如同乐高一样进行搭建，由于该方式与积木建造行为相似，所以这种建造方式又被称为装配式建筑。活动板房是我们在施工现场中所常看到的装配式建筑，再到后来的集装箱式建筑。通常在组建PC装配式建筑时，将建筑物主要分为4个预加工模块，这4个模块是：建筑结构模块、外围护模块、设备与管线模块以及内装模块，具体情况如2所示。

3.PC装配式建筑应用BIM技术的优势

在PC装配式建筑建造时较为困难的原因是在装配生产和现场组合时的信息交流不到位，进而容易造成施工生产的不匹配，而现阶段对于信息沟通与共享交流最为便捷和成功的技术就是在建筑上所运用的BIM技术，便于各环节各单位能够协调合作，并及时进行信息沟通，否则PC装配式建筑即使设计生产好，也无法准确的进行装配形成完整的建筑。这一问题单靠某一个企业或某一个环节都没有办法彻底解决，所以要将整个生产建设周期的信息数据进行整合，将每一个环节的实际情况都能够明确到点，将这些与PC装配式建筑有关的资源整合起来，才能够形成一栋完整的建筑，否则任何人都只能看到视野的一角，无法将各部分组合成一个目标，就无法实现PC装配式建筑规模化发展。因此通过完整的BIM技术整合而成的数据信息交流系统，对于生产PC装配式建筑而言是一项有力的支撑。要打破传统PC装配式建筑施工难的问题就应当积极探寻应用BIM技术的解决方法，以及研究应用于PC装配式建筑各个施工环节的具体情况。为了能够简单了解在有无BIM技术支持条件下PC装配式建筑发展的不同情况，根据相关资料绘制的PC装配式建筑生产流程对比图如下图5中（a）、（b）所示。

二、BIM技术在PC装配式建筑中的一体化运用

1.装配式建筑中BIM技术的标准化设计

（1）BIM构件库的创建及优化

①预制构配件资料库特点

BIM预制构配件资料库特点主要为：一是存储于资料库中的各类预制构配件数据是相对独立的，不会因为调配次数的多少而改变其性质和属性，任何构配件数据都可以单独使用。二是在搭建模型时，资料库中的任何一个预制构配件的数据资料都可以进行重复使用，所有的预制构配件可以按设计要求放入到模型中任何位置。三是资料库属于开放式数据库，在BIM模型搭建过程中，仍然可以随时添加不同规格的预制构配件，亦可以随时提取预制构件的信息。

②资料库中数据的添加与存档

为了将预制构配件的相关数据模型储存至BIM系统，就必须要有一套合理查找数据的识别系统。与图书档案管理资料的理念相同，存入系统中的预制构配件数据，为了方便数据查找，就需要有一个合理的分类系统，将预制构配件按不同的功能和使用方式在资料库中分为不同的预制构配件族。预制构配件的不同族内要有相应的识别处理的代码，根据不同的代码和相应的组合方式，使每一件构配件的编码是独一无二的，通过代码可以使得操作或設计人员迅速准确的找到相应的构配件。

③预制构配件在BIM系统中的优化

PC装配式建筑基于BIM系统上搭建的模型，其实就是利用BIM软件环境，将预制构配件数据库中的相关构配件模型提取出来，进行模拟拼接的过程。进行模型搭建时，为了保证更好的模型输出与设计优化，同时也方便在后期环节中使用各类预置预配件能够安全顺畅，通常会将Revit中搭建的预制构件模型转换为IFC格式后，输入至Tekla中分析构配件的合理性，根据设计要求对不合理的数据进行修改和替换，此时可以将预制构配件的模型予以优化，从而避免后期施工时出现问题导致返工。

（2）装配式预制构件模块的深化设计

在进行BIM模型搭建时，可以先将不同的预制构配件整合为模块，通过模块组合的方式搭接成为整个模型，这样的模型生产可以更有效的在设计环节上节约时间与精力，让设计人员将更多的注意力放在预制构配件所组成的整体方案上，对方案的细部进行及时的修改，提高项目的细节性设计。

在进行建筑设计时，对建筑结构进行合理划分后，可以在BIM系统中按要求选取相应的预制构件模块，搭建组合为BIM基本的信息模块，对模块进行筛选之后，安排与建筑设计相关的建筑设计师和设备设计师等单位协同设计建筑内部，得到相应的建筑结构型模块、户型模块，再通过碰撞实验的检测之后，最终确定模块的样式模型，再以该样式模型作为最小单位进行整体建筑模型的搭建，以类似拼搭积木的方式来建立整体模型。为确保结构模型的整体性，需要在搭接的过程中注意外部连接构件的节点，对于重合或者碰撞的部分要进行重新筛选，确保整体建筑的模型完成。

2.装配式构件基于BIM技术的数控化生产

由于之前阶段PC装配式建筑的相关构件在生产过程中不能对其参数进行合理的标准化，导致生产出来的构件无法统一，借用BIM平台相关的技术可以将预制构件可视化、参数化，并在生产过程中保证预制构配件具有标准准确的数据和相關的信息，同时生产厂商与设计人员可以借用BIM平台实现数据沟通，及时的更新数据尺寸和物理特性。将BIM构件库中的参数资料联通至生产流水线上的控制中央系统内，使用BIM数据进行批量化生产，按照生产周期使用计算机系统对流水线进行控制与操控，无需图纸会审和人工二次审核等相关中间步骤，避免了出现误差的情况，同时也节约了人工资源，有效提升了生产效率，生产出来的预制构配件尺寸更符合设计要求，更便于管理，具体流程下图7：

在模拟过程中对模型实施监控，对于其所产生的实时数据和系统信息进行控制，可以有效的将存在的问题反馈出来，交由设计人员及时采取相应的补救措施，以避免在实际生产过程中出现失误和损失。利用物联网技术与BIM相结合，将提前植入预制构件的电子芯片进行相应的标签扫描，可以随时随地的查阅预制构配件的物流信息、材料类型和放置位置以及生产时间等，真正做到“随时溯源”、“有迹可查”的信息技术化生产施工的新建筑方式。同时在建筑物交付之后，还可以即时对预制构配件定位追踪来检查建筑投入使用之后的运行状态。具体如图8（a）、（b）。

3.装配式构件基于BIM技术集成化管控

（1）预制构配件精细化管理

采用BIM技术对PC装配式建筑的全生产过程进行严格的数据监控与共享，是为了保证在现场组装时能够将各配件按要求进行精确组装。在这一过程中，需要继续利用BIM模型和信息共享系统，对于每一个预制构配件进行严格的管理，保证每个预制构配件都能一一对应相关的信息。在模型中建模的主要信息来源于BIM平台对预制构配件资料库中每一个构配件模型的编码，还有来自于构配件在生产过程中植入的RFID芯片，上述两者与构配件三者互相对应。

在现场组装的过程中，通过施工人员扫描的芯片中包含的构配件信息上传至总控制系统中，根据系统存储的BIM模型，将每个预制构配件需要安装在建筑的具体位置回馈给吊装系统区，控制中心将回馈的各个部门和区域的信息结合分析后，对建筑模型的组装做出指令。物联网系统的信息识别技术与BIM平台结合，可以做到在施工组装作业中及时了解构配件的位置、数据和相应的搭接区域，这样由计算机系统发出指令可以有效避免人工识图、配料造成的失误。

（2）场地布置和施工进度控制

通过BIM模型建立施工现场的布局实况效果图，将二维的平面布置图转化为立体图像。从立体成型的施工场地模型中，可以直观了解施工现场各个区域的分布情况，方便预制构配件运输路线、存放区域和组装区域的布置，提升现场施工管理水平。将现场场地进行3D模拟，可以完整的预演装配式PC构件的组装过程与施工环境。通过施工方案的预演，可以识别组装过程中可能出现的问题，将模型反馈出的问题及时传输至各单位相关人员手中，然后依据传输的数据结果进行设计调整、方案调整和施工过程调整，从而达到有效管控施工质量与进度的目的。将方案通过不断的预演模拟，不断提升施工装配方案的精细化程度，具体见图9（a）。通过确定的施工进度计划表，将BIM模型与计划时间结合，形成3D+Time的程序性方式，可以对工程时间、空间、人员流动和施工流程进行数据模拟，详细对施工进度进行管理。通过BIM技术完成较为完整的施工具体流程预演可以及时找出施工流程中存在的问题，从而找出解决方案，得到最佳施工方法。运用Navisworks软件，将BIM模型需要的施工进度计划表编写完整，将制作的进度表通过BIM软件转化为相关数据信息，必要时还可以以动画的方式更加具象化反应相关的施工步骤流程，对现场施工更具有指导性，详细表示见9（b）。

4.装配式建筑基于BIM技术的信息化管理

BIM技术中，除了具备模型搭建的主要功能外，另外一个非常强大的功能就是对于信息的管理，而PC装配式建筑所需要解决的就是各施工部门之间信息沟通的问题，所以当两者进行结合时，就可以非常有效的解决现阶段装配式建筑的一些问题。在利用BIM技术平台时，我们需要在平台中填入各种阶段的相关数据，如设计阶段对于建筑各尺寸和使用材料的数据、在预制构配件生产过程中输入的构配件尺寸和搭接信息等数据，还有在现场搭建时，所输入的现场施工环境数据以及搭建工程中的装配式构件的装配信息等等，这些信息的存在确保预制PC建筑能够完整高效的拼搭。信息化除了可以指导装配式构件完成装配之外，还便于在施工过程中根据实时监控产生的数据进行施工、质量管理、工期控制和施工材料的规划。在竣工阶段则可以直接将这些数据导出完成竣工报告，从而进行竣工验收。BIM技术尤其适用于一些结构复杂且工程体量特别大的建筑施工中，利用计算机技术进行信息交流和沟通，有效的解决了管理工作量巨大且应变能力差的现存问题。采用BIM信息化管理技术的PC装配式建筑，即使是在交付运营阶段，还依然可以根据BIM数据库中的实时监控系统，对设备和建筑物运行的情况进行监控，对于一些突发状况，可以及时的反馈与解决，通过信息化技术的支持，在施工和竣工的全周期阶段，都可以实施科学有效的管理方法，合理有效的分配建筑物空间利用率，减少人工现场施工的工作时间，提高整体工作效率，完成可持续生产建设的要求。

结论：

BIM技术对于建筑施工环节中最有利的影响，就是可以在整个建筑全生命周期内提供相关的技术数据模型，将设计施工和材料等方面数据进行精细化管理，通过相应的软件和平台实现其可视化和信息化，以及促成各方面的信息共享，提高建筑施工中目标精准性。采用BIM模型，可视化管理PC装配式建筑时，还可以有效的节约相关的建筑资源的使用，使设计和施工过程中的质量控制更加清晰透明。由此可见，BIM技术能够提高我国建筑施工管理的成效，能够为我国PC装配式建筑批量化生产带来较大的便利条件，同时也能为我国经济技术发展带来质的飞跃。

参考文献：

[1]张铎，冯东梅，高婷.基于BIM的建筑工程多专业设计协同方法研究[J].施工技术，2019，48（24）：29-32.

[2]薛国龙.装配式建筑工程施工过程中BIM技术应用实践[J].建材与装饰，2020（04）：18-19.

[3]马智亮，张东东，马健坤.基于BIM的IPD协同工作模型与信息利用框架[J].同济大学学报（自然科学版），2014 42（09）：1325-1332.

[4]于龙飞，张家春.基于BIM的装配式建筑集成建造系统[J].土木工程与管理学报，201532（04）：73-78+89.