BIM论文预制建筑论文

BIM在预制建筑中的应用探索

【摘要】预制建筑技术作为未来建筑技术发展趋势之一，它的技术水平也是衡量一个国家或地区建筑业发展水平的重要标志。使用预制建筑具有诸多优点：施工速度快、工程质量高、可持发展等。但在其应用过程中，存在着诸多制约因素。当前，信息技术的发展和应用，加快推进了建筑业生产方式和发展模式的深刻变革。尤其是近年来BIM技术的应用推广，为工程项目各方带来的前景不可估量，本文就BIM技术在预制建筑的应用展开探讨，为预制建筑在设计、建造、运营维护中遇到的诸多问题提供解决的思路。 【关键词】预制建筑;信息技术;BIM技术;工程项目 1引言

预制建筑作为当前国际住宅建筑发展的主流，起源于上世纪四十年代欧美等发达国家。法国、日本、瑞典、丹麦、美国是最具典型的国家，其发展大致经历了三个阶段：第一阶段是预制建筑形成的初期阶段，二战后欧洲大部分国家，出现了住宅紧缺，亟待通过发展预制建筑解决这一问题;第二阶段是预制建筑的发展期，在住宅紧缺得到初步解决后，开始逐步追求预制建筑的质量和性价比;第三阶段是预制建筑的成熟期，随着建筑相关技术的不断完善，降低住宅的物耗和环境负荷、发展资源循环型住宅成为当前的主导方向。早在上世纪五十年代，我国就开始发展预制建筑，尽管期间出现了相当长一段时间的停滞期，但其仍产生了一定的经济和社会效益。由于预制建筑在建筑可持续化发展中具有不可替代的作用，国

家在近些年相继出台多项相关政策和法律法规，为预制建筑在我国的发展提供了良好的外部环境。目前，依然有很多因素制约着预制建筑的发展，这其中既包括国家相关政策扶持力度方面，也包含相关的技术问题。第一，模数体系不够完善，导致后期无法进行标准化生产;第二，单一的模块化建筑无法满足人们对于建筑多样化的要求;第三，设计协同难度大;预制建筑的设计比常规建筑需协同的专业和环节更多，设计对土建、装修、部品设计同步要求较高，在设计中协调各专业高效开展工作已成为设计难点。

BIM作为近些年新兴的建筑信息技术，在诸多方面与预制建筑有契合之处，可解决预制建筑在发展中遇到的问题。在BIM软件支持下，把传统的二维构件图形用三维可视化模型替代[1]，用BIM技术建立预制装配式（PC）户型库和预制建筑构件部品库。然后利用已做好的构件模型组成标准化的装配式建筑户型，提高设计效率，减少设计失误，提高出图的效率，便于PC构件的工厂化生产和机械化施工。通过在PC运营中运用BIM技术，实现对物业管理对象设备基本信息的有效管理，节省维护保养费用[2]，从而提高运营维护的效果，节约投资。 2 预制建筑概述

预制建筑是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现场，将构件通过可靠的连接方式组装而形成的建筑。其结构形式分为：壁式结构、框架结构、及将两个结合起来的壁式框架结构。根据结构形式的不同，形成了相应的组装工法，包括壁式

钢筋混凝土预制化工法（W-PC工法）、框架钢筋混凝土预制化工法（R-PC工法）、壁式框架钢筋混凝土预制化工法（WR-PC工法）。预制建筑结构的主要工序是：构件设计、构件制作、现场安装。 相对于传统的钢筋混凝土建筑而言，预制建筑，在节能、环保、提高劳动生产率、降低能源消耗方面具有不可替代的优势。但是随着可持续发展和人们对建筑多样化的要求，建筑的形式越来越多样化，构造越来越复杂，传统的设计、生产、建造方式越来越难以满足现实的需求，必然需要一种全新的技术来改善目前预制建筑发展中遇到的这些问题。 3 BIM技术概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一项革命性的技术，它可以在建筑全寿命周期中利用协调一致的参数化信息，对建筑物进行分析、模拟、可视化、统计、计算，从而帮助技术人员提高效率、降低成本，并实现建筑物的可持续发展。如图1，建筑参与各方可进行协同作业，提高了工作效率。BIM所具有的技术特点，可以很好的解决预制建筑在设计、生产、组装、运营维护中所遇到的诸多问题。

（1）参数化设计，参数化是BIM技术的核心特征。由于现代审美观念的转变，建筑多采用复杂的自由曲面，空间定位关系较难处理。通过BIM参数化建模可以解决这类问题。参数化设计的突出特点是可以通过变更参数的方法来修改设计意图，参数和模型一起存储，参数可以表明不同模型的属性[3]。

（2）模型信息的关联性，工程信息模型中的对象是可识别且相互关联的，模型中某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新。模型信息的一致性保证了建筑生命期不同阶段模型信息一致，同一信息无需重复输入，同时信息模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展[4]，而无需重新创建。 （3）可视化，即“所见所得”的形式。如图2所示，通过Autodesk Revit系列化软件所构建的预制建筑参数化模型，对于建筑行业来说，可视化的真正运用对建筑业的作用非常巨大。BIM提供的可视化的参数化模型，通过效果图的展示及报表的生成，让人们将以往的二维构件图形转化成一种三维的立体实物模型展现在人们的视野中，无论是专业技术人员，还是非本专业人员，都可以轻松理解建筑模型所传达的信息，从而实现人员与模型之间互动性和反馈性的可视化。 图1 参与各方协同作业模拟 图2 项目模型

4 BIM在预制建筑中的应用 4.1预制构件设计阶段BIM的应用

预制构件的多功能复合使得其构造组成越来越复杂，利用传统的二维图纸设计方式进行预制构件的设计，很难全面表现出设计意图和构造细节。并且设计完成后，需要各专业设计人员仔细审图，二维图纸存在的错、漏、碰、缺现象不易被发现，一旦投入后续预制构件的生产、施工，错误的构件只能作废，重新进行设计生产，

将延误工期，给工程项目带来巨大的经济损失。通过BIM技术的应用，类似的错误则将会避免。

建筑信息模型是以数字仿真模拟建筑物所有的真实信息，模型中包含了大量的非几何信息、材料的物理性能等，由BIM软件生成的参数化模型，可用来指导预制构件的生产与施工。由于构件是以参数化的形式被创建的，从而提高了构件设计的精度。构件设计完成后，利用BIM相关软件检测各构件和设备之间是否有碰撞现象发生。如图3，将在revit中设计的模型存为格式为nwc的文件，然后通过Autodesk Navisworks软件打开nwc文件，进行碰撞检查，发现预制楼板与预制楼梯有碰撞现象，图4是生成的错误报告，可以帮助设计人员很快的找到碰撞的位置，从而有针对性的调整设计尺寸，避免了后续加工以及施工中的返工现象。 图3 碰撞检查

图4 碰撞报告

4.2 预制构件生产阶段BIM的应用

预制构件设计完成后交由生产厂家进行生产。通过传统的二维设计图纸表现形式，尽管设计院与生产厂家之间会进行图纸设计意图交底，但是设计人员在交底时很难将设计意图完整的呈现给生产技术人员，导致构件的生产出现错误。生产厂家根据设计模型对所需构件进行细节化设计与制造对图纸所进行的细化也不能及时反馈给设计院，以检验构件细化的合理性。

在预制构件的生产中，运用BIM技术，生产操作人员更容易正

确理解设计人员的设计意图，便于机械化的生产和加工。当前，这种自动化的生产模式已经在钢结构加工与制造、金属板制造等方面成功的运用，从而生产出高质量的预制构件、幕墙制品等。这种模式方便于预制构件生产厂家根据设计模型对所需构件进行细节化的设计与制造，通过BIM云技术，实现生产厂家与设计院在模型上的实时对接，准确性高且缩减了造价与工期[5]。如图5所示，在Autodesk Navisworks软件中展现的墙体预制构件的参数化模型，包含了钢筋、墙体材料、强弱电的所有信息，如图6所示，直观的展现了墙内部的各种信息，包括钢筋、各种管线等，为构件的标准化生产提供了更精确的信息。 图5 墙预制构件

图6 墙内构件详图

4.3 预制建筑施工阶段BIM的应用

在预制混凝土建筑的施工过程中，进行虚拟施工，有效协同。工程项目参与各方都可以对工程项目的各方面信息有详细的了解，利用三维可视化的参数化模型，再加上时间维度，可以进行虚拟施工，对施工资源进行动态管理，将施工计划与实际进展实时快速进行对比，优化调整施工方案。对预制构件在现场的运输，吊装以及现场安装进行模拟，在施工之前及时发现问题，根据模拟情况做出调整，从而对材料的运输堆放安排、建筑机械的行进路线和操作空间、土建工程的施工顺序、设备管线的安装调试等施工安装方案的优化。

4.4预制建筑运营维护阶段BIM的应用

随着物联网技术的发展，各种设备的日常维修工作日趋拟人化，建筑信息模型的构件内可添加海量的设备设施技术参数，BIM信息技术的应用可以将各设备的精确位置和相关参数信息反映到三维模型中。运营方能够对资产设备的所处位置有准确的定位。如图7所示，利用BIM技术可以根据需要定位到需要查询的位置，点击设备模型即可查看相关的设备详细信息，省去了以往翻看大量文字和二维图纸资料的时间，并且利用BIM技术基于维护成本进行评估分析，给出不同的维护方案，从而提高设备设施维护效率，优化维护方案，降低维护成本。 图7 管线定位

图8 项目内空间模拟

如图8所示，BIM模型可以一目了然的呈现出建筑物内部所有的空间位置，使救援人员在最短的时间获得建筑物内部实时的空间信息。利用BIM及相应灾害分析模拟软件模拟灾害发生的过程，有针对性的制定避免灾害发生的措施，以及灾害发生后人员疏散、救援的应急预案，从而真实地反映出疏散过程中可能出现的各种情况。BIM技术相关软件还可以自动生成包含疏散过程的详细数据，从而辅助项目组分析，调整疏散路径，优化疏散方案。 5结语

BIM技术的应用在建筑行业中有不可抵挡之势，从目前国内外的应用来看，它为建设项目的上下游行业带来的观念以及实际效益

上的改变有目共睹。住宅产业化的发展有利于提高工作效率、推进建筑节能和提高住宅的综合性能，而作为绿色可持续建造方式的预制建筑，政府和行业人员正在大力推广。预制建筑没有 BIM 也可以做，并不是只有用 BIM 才能做，而是用了 BIM 之后可以更加准确、更加经济、更加安全。通过本文中已述方法的应用探索，可实现BIM与预制装配式建筑的创新结合，体现当前行业内的又一研究创新点。随着信息技术的发展和我们的共同努力，BIM技术在预制建筑中将会有更广泛的应用。 【参考文献】

[1] Arayici， Y.， Coates， P.， Koskela， L.， Kagioglou， M.， Usher， C. and O'Reilly， K. （2011）. “Technology adoption in the BIM implementation for lean architectural Automation in Construction”， 20（2）， 189�C19.

[2] 何关培，葛文兰等.BIM第二维度―项目不同参与方的BIM应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 任江，吴小员等. BIM，数据集成驱动可持续设计[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4] 张建平.BIM在工程施工中的应用[J].中国建设信息，2012，10（20）：18-21.

[5] 王�B.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].西南交通大学，2011.