許杰峰　鮑玲玲　馬恩成　夏緒勇　姜立

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研科技股份有限公司，北京　100013)

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基于BIM的預(yù)制裝配建筑體系應(yīng)用技術(shù)

許杰峰鮑玲玲馬恩成夏緒勇姜立

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研科技股份有限公司，北京100013)

本項(xiàng)目根據(jù)預(yù)制裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈的需求，基于自主BIM 平臺(tái)，開(kāi)展預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工各環(huán)節(jié)協(xié)同工作關(guān)鍵技術(shù)研究，建立基于BIM的預(yù)制裝配式建筑全流程集成應(yīng)用體系，并進(jìn)行工程示范應(yīng)用。通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，完成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝配式建筑BIM平臺(tái)、軟件、系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)，為裝配式建筑全過(guò)程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。項(xiàng)目充分挖掘BIM技術(shù)信息集成優(yōu)勢(shì)，提高預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)效率20%以上，降低80%的拼裝檢測(cè)的人工量，降低工程成本，產(chǎn)生明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的可持續(xù)發(fā)展。

自主BIM平臺(tái)； 裝配式建筑； BIM技術(shù)； 示范工程； 建筑工業(yè)化

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.03

1　前言

我國(guó)正處在生態(tài)文明建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略布局的關(guān)鍵時(shí)期，大力發(fā)展建筑工業(yè)化，對(duì)于推進(jìn)建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排，加快建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，具有十分重要的意義和作用[1-3]。裝配式建筑是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、機(jī)械化安裝、信息化管理的現(xiàn)代化建造方式，BIM是裝配式建筑體系中的關(guān)鍵技術(shù)和最佳平臺(tái)，它能夠在全生命周期內(nèi)提供協(xié)調(diào)一致的信息，在裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈中提供有力支持。結(jié)合BIM平臺(tái)、構(gòu)件庫(kù)、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)輔助加工、虛擬施工安裝等新技術(shù)，將有效解決預(yù)制裝配式建筑體系產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的諸多關(guān)鍵問(wèn)題，給裝配式建筑的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)方式帶來(lái)全面提升[4-7]。在此背景下，國(guó)家啟動(dòng)“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“綠色建筑及建筑工業(yè)化”專(zhuān)項(xiàng)，并于2016年7月正式立項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于BIM的預(yù)制裝配建筑體系應(yīng)用技術(shù)”(項(xiàng)目編號(hào)： 2016YFC0702000)，本項(xiàng)目由中國(guó)建筑科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)，實(shí)施周期為2016年07月至2019年06月。

2　總體目標(biāo)

基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配建筑體系應(yīng)用技術(shù)研究，完成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的預(yù)制裝配式建筑體系BIM平臺(tái)[8]，解決預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工各環(huán)節(jié)中協(xié)同工作的關(guān)鍵問(wèn)題，建立完整的基于BIM的預(yù)制裝配建筑全流程集成應(yīng)用體系，為建筑產(chǎn)業(yè)化提供科技引領(lǐng)和技術(shù)支撐，促進(jìn)預(yù)制裝配式建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。

3　項(xiàng)目課題設(shè)置

本項(xiàng)目以自主研發(fā)、信息優(yōu)化、協(xié)同管理、動(dòng)態(tài)智能為基本思想，以建立基于BIM預(yù)制裝配式建筑全流程、開(kāi)放式、高效率的集成信息平臺(tái)為導(dǎo)向，面向我國(guó)裝配式建筑的基本特點(diǎn)和實(shí)際需求，設(shè)置了五個(gè)課題(如圖1)，各課題之間相互關(guān)聯(lián)(如圖2)，技術(shù)路線(xiàn)合理。

圖1　項(xiàng)目課題設(shè)置及承擔(dān)單位情況

圖2　項(xiàng)目課題分解及關(guān)系圖

4　研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目以BIM技術(shù)為核心，將預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)[9-12]。具體研究?jī)?nèi)容如下：

(1)課題一：預(yù)制裝配建筑產(chǎn)業(yè)化全過(guò)程自主BIM平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)

基于BIM技術(shù)，研究裝配式建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)、協(xié)同工作平臺(tái)和各階段專(zhuān)業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)，建立裝配式建筑BIM數(shù)據(jù)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化描述、存取與管理架構(gòu)，研究裝配式建筑全生命周期協(xié)同工作原理與技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享和軟件集成。

(2)課題二：裝配式建筑分析設(shè)計(jì)軟件與預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)的研究開(kāi)發(fā)

基于自主BIM平臺(tái)，研究裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件拼裝和構(gòu)件智能拆分設(shè)計(jì)方法(圖3)，構(gòu)建搭積木式的裝配式建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新模式； 通過(guò)研發(fā)裝配式建筑分析設(shè)計(jì)CAD商品化軟件和預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足建筑工業(yè)化和協(xié)同設(shè)計(jì)要求，保證設(shè)計(jì)安全度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。

圖3　可視化智能拼裝與拆分模型

(3)課題三：基于BIM模型的預(yù)制裝配式建筑部件計(jì)算機(jī)輔助加工(CAM)技術(shù)及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)

基于自主BIM平臺(tái)，研究多源異構(gòu)BIM與生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)； 研發(fā)鋼筋骨架自動(dòng)成型和安裝的預(yù)制構(gòu)件一體化生產(chǎn)計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)(CAM)； 建立大體量工程需要的預(yù)制裝配式構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)兼容。

(4)課題四：基于BIM的空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝理論技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)

基于自主BIM平臺(tái)，研發(fā)空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝BIM模型應(yīng)用和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)拼裝過(guò)程中自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、模型處理、信息擬合、偏差分析等，并提高空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝的智能化程度； 同時(shí)，建立空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝模擬及控制理論體系，完成空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝與監(jiān)控的規(guī)范性。

(5)課題五：基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑建造過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)研究與示范

基于自主BIM平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)裝配式建筑智能施工安裝系統(tǒng)，編制建筑智能施工安裝應(yīng)用指南，實(shí)現(xiàn)BIM模型及實(shí)體構(gòu)件信息通過(guò)云端物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝之間的有效傳遞； 最后，開(kāi)展裝配式建筑的運(yùn)輸、安裝及施工現(xiàn)場(chǎng)管理的全過(guò)程示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑智慧建造。

圖4　項(xiàng)目預(yù)期成果顯示

5　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)創(chuàng)新點(diǎn)1：首創(chuàng)自主BIM平臺(tái)，支持裝配式建筑設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸、施工全過(guò)程集成應(yīng)用。

(2)創(chuàng)新點(diǎn)2：建立BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化描述和存儲(chǔ)格式，支持裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用。

(3)創(chuàng)新點(diǎn)3：研發(fā)基于BIM協(xié)同平臺(tái)裝配式建筑設(shè)計(jì)軟件，開(kāi)創(chuàng)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)新模式。

(4)創(chuàng)新點(diǎn)4：開(kāi)發(fā)基于云服務(wù)的開(kāi)放的參數(shù)化預(yù)制構(gòu)件及部品數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)鏈信息流優(yōu)化和集成。

(5)創(chuàng)新點(diǎn)5：研發(fā)基于BIM平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)(CAM)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)件鋼筋骨架自動(dòng)成形、安裝。

(6)創(chuàng)新點(diǎn)6：研發(fā)基于BIM平臺(tái)的大體量工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式構(gòu)件可追溯性質(zhì)量管控。

(7)創(chuàng)新點(diǎn)7：基于BIM、3D掃描等技術(shù)，研究空間鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的高效采集以及高精度拼裝模擬、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和控制。

(8)創(chuàng)新點(diǎn)8：建立基于BIM技術(shù)的空間鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝全過(guò)程信息化集成應(yīng)用體系。

(9)創(chuàng)新點(diǎn)9：研發(fā)基于BIM平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、點(diǎn)云模型的預(yù)制裝配式建筑智能施工安裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸裝配實(shí)時(shí)監(jiān)控、拼裝校驗(yàn)及智能安裝。

6　預(yù)期成果和效益

通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，完成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝配式建筑BIM平臺(tái)、軟件及系統(tǒng)，完成BIM國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1本、BIM軟件技術(shù)與信息交換標(biāo)準(zhǔn)2本、空間鋼結(jié)構(gòu)BIM預(yù)拼裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1本，并開(kāi)展相應(yīng)的工程示范，為裝配式建筑全過(guò)程應(yīng)用提供技術(shù)支撐(圖4)。

(1)科學(xué)價(jià)值

本項(xiàng)目應(yīng)用BIM平臺(tái)、虛擬施工安裝、3D激光掃描、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，促進(jìn)預(yù)制裝配式建筑領(lǐng)域BIM技術(shù)與其它技術(shù)的集成，為后續(xù)信息技術(shù)的集成提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

(2)人才培養(yǎng)

通過(guò)項(xiàng)目研究為社會(huì)培養(yǎng)一批預(yù)制裝配式建筑領(lǐng)域重要的技術(shù)骨干和研究人才，他們將成為支撐本項(xiàng)目課題開(kāi)展的中堅(jiān)力量，也將成為我國(guó)預(yù)制裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化長(zhǎng)期發(fā)展的寶貴資源。

(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后，充分挖掘BIM技術(shù)信息集成優(yōu)勢(shì)，提高預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)效率20%以上，降低80%的拼裝檢測(cè)的人工量，大幅提高工作效率，降低項(xiàng)目成本，縮短項(xiàng)目周期，產(chǎn)生明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目承擔(dān)單位23家，均在BIM及預(yù)制裝配式建筑領(lǐng)域擁有多年技術(shù)積累和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，涵蓋全國(guó)裝配式重點(diǎn)地區(qū)的著名科研、軟件、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工及 EPC 一體化單位和高校，充分體現(xiàn)了項(xiàng)目要求的產(chǎn)、學(xué)、研、用結(jié)合，為項(xiàng)目的實(shí)施提供了有力的保障。

7　結(jié)論

本項(xiàng)目成果將使預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)效率大為提高，并大幅降低拼裝檢測(cè)的人工量，通過(guò)示范項(xiàng)目及軟件系統(tǒng)商品化，全系列軟件將提升成為全國(guó)預(yù)制裝配式建筑應(yīng)用的重要基礎(chǔ)產(chǎn)品?；贐IM技術(shù)的預(yù)制裝配式建筑應(yīng)用使原來(lái)的粗放型模式向集約型模式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的可持續(xù)發(fā)展，為推動(dòng)我國(guó)建筑工業(yè)化做出貢獻(xiàn)。

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Application Technology of BIM-based Prefabricated Building System

Xu Jiefeng，Bao Lingling，Ma Encheng，Xia Xuyong，Jiang Li

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing100013，China)

According to the demand of the whole industry chain of prefabricated building, and based on the independent BIM platform, this project carries out the key technology research on the collaborative work of the prefabricated building design, production, transport and construction, establishes the BIM-based whole process application system of the prefabricated building, and applies it to the demonstration project application. Through the implementation of this project, independent intellectual property BIM platform, software, systems and standards are developed to provide technical support for the whole process application of the prefabricated building. The project fully explores the advantages of BIM technology information integration, improves design efficiency by more than 20%, and reduces 80% manual test and measurement, greatly reduces engineering cost, which has obvious social and economic benefits and promotes the sustainable development of the construction industry.

Independent BIM Platform; Prefabricated Building; BIM Technology; Demonstration Project; Construction Industrialization

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于BIM的預(yù)制裝配建筑體系應(yīng)用技術(shù)”(編號(hào)： 2016YFC0702000)； “十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“預(yù)制裝配建筑產(chǎn)業(yè)化全過(guò)程自主BIM平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)”(編號(hào)： 2016YFC0702001)

TU17

A

1674-7461(2016)04-0017-04