BIM技术在预制装配式建筑中的应用点V2-0

BIM技术在装配式建筑中的应用BIM应用总流程BIM在预制装配式建筑的设计、深化设计、构件生产、物流运输、现场施工、物业运维6个阶段均能应用：图1预制装配式建筑中BIM的应用点BIM在设计阶段应用2.1BIM构件库新型装配式建筑的典型特征是标准化的预制构件或部品在工厂生产，然后运输到施工现场装配、组装成整体。在装配式建筑BIM应用中，模拟工厂加工的方式，以预制构件模型的方式来进行系统集成和表达，这就需要建立装配式建筑的BIM构件库。通过装配式建筑BIM构件库的建立，可以不断增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构建标准化预制构件库图2BIM构件库2.2BIM建模与设计基于BIM的建模与设计包括建模、模型整合、碰撞检查、构件拆分与优化、模型出图。1）建模：利用软件的建模功能，建立项目BIM模型，构件、现浇模型细化到钢筋等深度，机电模型细化到插座等末端深度。图3展示了预制装配式建筑BIM模型。a预制构件配筋及构造模型b标准层拼装模型图3预制装配式项目BIM模型2）模型整合：在各BIM子模型基础上，整合建筑和机电模型形成单层的整合模型及整栋楼的模型，如图4所示。目前Revit在整合了构件复杂钢筋模型后，存在对电脑性能要求高、构件链接后钢筋碰撞检查难、与构件生产系统的数据传递困难等方面的问题，虽然国内外有部分针对Revit在预制装配式建筑中应用的二次开发工作，但尚未形成普及的商业插件。a单层整合模型b整栋楼整合模型图4预制装配式项目BIM整合模型3）碰撞检查：在BIM整合模型的基础上，进行预制构件内部、预制构件与机电、预制构件之间的碰撞检查，在设计阶段解决碰撞问题，如图5所示。图5预制装配式建筑设计中三类碰撞4）BIM构件拆分及优化设计传统方式下大多是在施工图完成以后，再由构件厂进行构件拆分。实际上，正确的做法是在前期策划阶段就专业介入，确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，在方案设计阶段根据既定目标依据构件拆分原则进行方案创作。BI技术有助于建立上述工作机制，单个外墙的几何属性经过可视化分析，可以对预制外墙的类型数量进行优化，减少预制构件的类型和数量。图6构件拆分图预制构件内部预制构件与机电预制构件之间5）构件出图：在碰撞检查完成后，对构件模型进行调整，创建视图、材料明细表，最终生成构件深化设计图纸，如图所示。a模板图b配筋图图7预制装配式建筑构件BIM深化图纸2.3建筑性能分析可利用BIM模型的参数化特征，建立计算模型进行建筑性能分析，主要包括：1）自然采光模拟：分析相关设计方案的室内自然采光效果，通过调整建筑布局、饰面材料、围护结构的可见光透射比等，改善室内自然采光效果，并根据采光效果调整室内布局布置等。2）室外风环境模拟：改善住区建筑周边人行区域的舒适性，通过调整规划方案建筑布局、景观绿化布置，改善住区流场分布、减小涡流和滞风现象，提高住区环境质量；分析大风情况下，哪些区域可能因狭管效应引发安全隐患等。3）建筑环境噪声模拟分析：计算机声环境模拟的优势在于，建立几何模型之后，能够在短时间内通过材质的变化，房间内部装修的变化，来预测建筑的声学质量，以及对建筑声学改造方案进行可行性预测。4）小区热环境模拟分析：模拟分析住宅区的热岛效应，采用合理优化建筑单体设计、群体布局和加强绿化等方式消弱热岛效应。5）室内自然通风模拟：分析相关设计方案，通过调整通风口位置、尺寸、建筑布局等改善室内流场分布情况，并引导室内气流组织有效的通风换气，改善室内舒适情况。2.4经济算量分析按照装配式建筑的组成及计价原则分为预制构件部分和现浇构件部分。结合装配式建筑的特点，可基于BIM模型对预制构件与现浇构件进行分类统计，通过分类统计可以快速对设计方案进行比选，实现在方案策划阶段对成本的初步控制。需要开发专门的装配式建筑工程量计算软件图8装配式建筑BIM模型图9在BIM模型中统计工程量BIM在深化设计中的应用BIM技术在深化设计阶段的应用包括：深化设计、钢筋及与预埋件碰撞、专业间碰撞、基于模型协同与沟通、设计优化、校核出图。3.1基于模型的深化设计在确定了各专业的设计意图并明确了大的设计原则之后，深化设计人员就可利用BIM软件，如Revit等，建立详尽的预制构件BIM模型，模型包含钢筋、线盒、管线、孔洞和各种预埋件。建立模型的过程中不仅要尊重最初方案和二维施工图的设计意图，符合各专业技术规范的要求，还要随时注意各专业、施工单位、构件厂间协同和沟通，考虑到实际安装和施工的需要。如线盒、管线、孔洞的位置，钢筋的碰撞，施工的先后次序，施工时人员和工具的操作空间等等。建成后的预制构件BIM模型可以在协同设计平台上拼装成整体结构模型，如图10所示。图10协同平台上的结构专业BIM模型3.2钢筋与预埋碰撞检查以Revit软件为例，将拼装好的Revit结构整体模型导出成Navisworks软件中（如图11所示），添加碰撞测试，根据需求设置碰撞忽略规则，修改碰撞类型以及碰撞参数等、选择碰撞对象，然后运行碰撞检查。最后，对检查出的碰撞进行复核（如图12所示），并返回Revit软件修改模型。图11Navisworks中的结构整体模型图12结构专业碰撞检查3.3专业间碰撞检查将各专业模型整合到Navisworks后（如图13），添加各专业间的碰撞测试，如建筑模型和暖通。设置碰撞忽略规则，修改碰撞类型以及碰撞参数等、选择碰撞对象，然后运行碰撞检查。最后，对检查出的碰撞进行复核（如图14），并返回Revit软件修改模型。图13Navisworks整合各专业模型图14专业间碰撞检查3.4基于模型协同与沟通将整合好的各专业模型及图纸文档上传到BIM协同云平台，以Revizto云平台为例，如图15所示，在协同平台上可以进行漫游、查看、测量、隐藏、半显、剖切模型构件等操作，供项目参与人员进行实时异地协同审图及交流沟通，如查看构件属性、图纸审核、文档批注等。还可以将构件的扩展属性与构件的加工、运输和安装的进度状态关联起来，通过对构件的颜色或亮显等属性设置，使项目参与人员实时、直观地掌握工程的进度情况，跟踪并提前处理掉设计施工问题，为项目节省成本。图15Revizto协同平台中的剖切模型3.5调整优化设计根据碰撞检查报告及校对、审核的修改批注，如图16所示，在Revit中对当前模型进行修改调整，逐步优化设计，并将优化后的模型数据上传到协同设计平台。图16在Revizto协同平台中进行批注3.6校核出图经过初步校对、审核以及碰撞检查后，在Revit中创建相应图纸，如平面图、立面图、剖面图等，在二维图纸中再次进行图纸校核，校核完成后，可生成CAD或PDF图纸，图17展示的是预制结构柱深化图纸。图17预制结构柱深化图纸BIM在构件生产中的应用BIM在预制构件生产中的应用主要包括：构件加工图设计、构件加工指导、通过CAM实现预制构件的数字化制造等方面。4.1构件加工图设计通过BIM模型对建筑构件的信息化表达，构件加工图在BIM模型上直接完成和生产，不仅能清楚表达传统图纸的二维关系，而且对于复杂空间剖面关系也可以清楚表达，同时还能将离散的二维图纸信息集中到一个模型当中，这样的模型能够紧密的实现与预制工厂的协同和对接。图18构件加工图4.2构件生产指导在生产加工过程中，BIM信息化技术可以直观的表达构件空间关系和各项参数，能自动生成构件下料单、派工单、模具规格参数等，并且通过可视化的直观表达帮助工人更好的理解设计意图，可以形成BIM生产模拟动画、流程图、说明图等辅助材料，有助于提高工人生产的准确性和质量效率。图19BIM与预制加工4.3通过CAM实现预制构件的数字化制造将BIM模型构件的信息数据输入设备，就可以实现机械的自动化生产，这种数字化建造的方式可以大大提高工作效率和生产质量。比如现在已经实现了钢筋网片的商品化生产，如果能打通设计信息模型和工厂自动化生产线之间的协同瓶颈，实现CAM指日可待。装配式建筑与现浇建筑相比，预制加工阶段在工厂内实现，此阶段也是RFID标签置入的阶段。将RFID和BIM配合应用，使用RFID进行施工进度的信息采集工作，即时将信息传递给BIM模型，进而在BIM模型中表现实际与计划的偏差，从而实现预制加工管理的实时跟踪。基于BIM和物联网技术集成应用的预制加工管理平台（中国建筑技术中心开发）的操作流程分为浇筑前、浇筑、入库和出厂四个阶段。以下针对每个阶段进行操作流程说明。1）浇筑前首先，工人按照深化图纸绑扎钢筋笼，钢筋吊装入模后，安装好预埋件、预埋管线及预留洞槽。然后，在混凝土浇筑前，在预制构件钢筋上安装RFID标签，如图20所示。图20安装在钢筋上的RFID标签2）混凝土浇筑操作工：混凝土浇筑前，点击RFID读写器“浇筑”按钮，在RFID读写器上输入相关构件信息（编号、层数、单位、流水号等），然后读取RFID标签，保存当前工序数据，浇筑界面如图21所示。质检员：混凝土浇筑前，点击RFID读写器“质检”按钮，使用RFID读写器读取RFID标签，然后输入该构件的质检结果，保存当前工序数据，质检界面如图22所示。检查合格后，浇筑混凝土，上传数据到RFID基于Web的数据库系统。图21浇筑界面图22质检界面3）入库预制构件养护、脱模完成后，进行成品检验。合格后，点击RFID读写器“入库”按钮，使用RFID读写器读取RFID标签，保存当前工序数据，入库界面如图23所示。预制构件入库后，上传数据到RFID基于Web的数据库系统。图24入库界面4）出库出厂前，单击RFID读写器“出库”，使用RFID读写器读取RFID标签，保存数据，出库界面如图25所示。预制构件出厂后，上传数据到RFID基于Web的数据库系统。图25出库界面BIM在物流运输中的应用可采用RFID技术对构件的出厂、运输、进场和安装进行追踪监控，并以无线网络即时传递信息，信息以设置好的方式在云平台上的BIM模型中进行响应，以此对构件施工实施质量、进度追踪管理。互联网与BIM相结合的优点在于信息准确丰富，传递速度快，减少人工录入信息可能造成的错误。基于互联网的预制装配式建筑施工管理平台通过RFID技术、GIS技术实现预制构件出厂、运输、进场和安装的信息采集和跟踪，并通过互联网与云平台上的BIM模型进行实时信息传递，项目参与各方可以通过基于互联网的施工管理平台直观地掌握预制构件的物流和安装进度信息。基于互联网的预制装配式建筑施工管理平台的搭建包括4个管理流程，如图26所示，依次对预制构件出厂、运输、进场、吊装所有环节进行跟踪管理。输入构件信息开始质检信息上传服务器条码\RFID扫描输入车辆信息扫描添加构件登记出厂条码\RFID扫描定位跟踪核实车辆信息扫描构件进场条码\RFID扫描上传服务器全部进场核实构件信息进行吊装条码\RFID扫描吊装质检结束YN出厂运输进场吊装结束结束结束上传服务器图26业务流程5.1出厂管理出厂环节，通过条码扫描对车辆进行识别，由出厂管理员完成车辆信息的录入，包括车牌号、司机信息等信息，如图27所示。确认车辆信息后，对准备出厂的预制构件进行扫描确认，自动完成预制构件与车辆的关联及出厂登记，如图28所示。图27车辆信息录入图28预制构件扫描5.2运输管理GPS定位模块实时对运输车辆位置进行跟踪，运输途中可随时对车辆位置、车辆信息及所载预制构件信息进行查询。软件操作界面如图29-30。图29车辆位置跟踪图30车辆信息查询5.3进场管理进入施工现场时，通过条码扫描获取车辆信息(如图31所示)，由进场管理员进行核实车辆信息，验证通过后对车载的预制构件进行扫描（如图32所示），自动完成进场登记（如图33所示），进场扫描结束，系统会自动对车载构件进行清点，如有未入场或缺失预制构件，系统会给出提示，继续进行进场扫描，直到车载的构件全部进场登记。图31进场车辆扫描图32构件扫描图33进场登记5.4吊装管理在预制件吊装过程中，通过RFID扫描获取构件信息，包括预制构件安装位置及要求等属性。吊装完成后由吊装管理员进行质量检查，并将结果上传服务器永久保存。软件操作界面如图34-35所示。图34吊装管理主界面图3