閆增會

BIM的實踐：在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅中

閆增會

十三五期間，國家對建筑產(chǎn)業(yè)化提出更高的發(fā)展要求。建筑產(chǎn)業(yè)化是指整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)化，把建筑工業(yè)化向前端的產(chǎn)品開發(fā)、下游的建筑材料、建筑能源甚至建筑產(chǎn)品的銷售延伸，是整個建筑行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈條內(nèi)資源的更優(yōu)化配置，是運用現(xiàn)代化管理模式，通過標(biāo)準(zhǔn)化的建筑設(shè)計以及模數(shù)化、工廠化的部品生產(chǎn)，實現(xiàn)建筑構(gòu)部件的通用化和現(xiàn)場施工的裝配化、機(jī)械化。發(fā)展建筑產(chǎn)業(yè)化是建筑生產(chǎn)方式從粗放型生產(chǎn)向集約型生產(chǎn)的根本轉(zhuǎn)變，是產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然途徑和發(fā)展方向。

（一）中國建筑產(chǎn)業(yè)化與信息化基本背景

我國2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要指出，建筑業(yè)信息化是建筑業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，“十三五”時期，全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得突破性進(jìn)展，初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)平臺，數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務(wù)能力明顯提升，形成一批具有較強(qiáng)信息技術(shù)創(chuàng)新能力和信息化應(yīng)用達(dá)到國際先進(jìn)水平的建筑企業(yè)及具有關(guān)鍵自主知識產(chǎn)權(quán)的建筑業(yè)信息技術(shù)企業(yè)。

BIM技術(shù)的出現(xiàn)是計算機(jī)科學(xué)、圖形學(xué)和信息學(xué)發(fā)展結(jié)合的產(chǎn)物，以建筑幾何模型和非幾何屬性信息的統(tǒng)一，既滿足了空間構(gòu)造的幾何表達(dá)，又以各種建筑信息來滿足建筑全生命周期的各種技術(shù)和管理需求。BIM技術(shù)將為我國建筑業(yè)信息化帶來強(qiáng)大的技術(shù)支持，BIM技術(shù)及其技術(shù)拓展帶來的軟件、工具、平臺是當(dāng)前實現(xiàn)建筑業(yè)信息化的必選工具和技術(shù)。

實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化是我國現(xiàn)代化進(jìn)程中艱巨的歷史性任務(wù)，而信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。我們堅持以信息化帶動產(chǎn)業(yè)化，以產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型產(chǎn)業(yè)化路子。

（二）建誼集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅虛擬營造新模式

鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅是住宅產(chǎn)業(yè)化的重要產(chǎn)品之一，是裝配化率最高的裝配式住宅形式。鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅用到多種部品，如外墻部品、內(nèi)墻部品、廚衛(wèi)部品、機(jī)電部品等，涉及多個行業(yè)，如建筑、機(jī)械加工、機(jī)電制造等。鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅的設(shè)計建造過程，不完全在于某一部品的優(yōu)劣，更在于多種部品組合時的構(gòu)造和工藝關(guān)系，以及為此應(yīng)配備的管理技術(shù)。在鋼結(jié)構(gòu)住宅全生命周期過程中，需要多個資源廠家的技術(shù)和管理信息協(xié)同，從而簡約、快捷、優(yōu)質(zhì)、價廉地完成鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅產(chǎn)品的生產(chǎn)。

BIM和云協(xié)同技術(shù)的出現(xiàn)為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了信息化工具。建誼集團(tuán)為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅產(chǎn)品的信息化應(yīng)用，編制了《建誼集團(tuán)裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品全生命周期BIM實施標(biāo)準(zhǔn)》。標(biāo)準(zhǔn)從BIM實施方法論和實踐角度統(tǒng)一了各方對BIM數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。涉及全生命周期各階段虛擬部品、模塊化綜合部品、BIM軟件模板、前期方案模型及投資模型、施工圖模型、設(shè)計深化模型、模型4D/5D應(yīng)用、竣工模型、運維模型、BIM軟件插件管理等。本文重點從模式上介紹集團(tuán)結(jié)合BIM技術(shù)和云協(xié)同技術(shù)如何實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅的虛擬營造。以下是幾個重要概念：

1.虛擬營造

即在建筑真正實施前，在電腦虛擬環(huán)境中模擬設(shè)計結(jié)果，模擬建造過程，從而對項目決策提供依據(jù)和降低風(fēng)險。虛擬營造之“營”即是建筑系統(tǒng)模型與構(gòu)件裝配模型的建立過程；虛擬營造之“造”，是對建筑系統(tǒng)模型、構(gòu)件裝配模型以及非實體模型的應(yīng)用過程。虛擬營造完成之后的數(shù)據(jù)信息，將指導(dǎo)項目現(xiàn)場實施，大大降低了傳統(tǒng)模式不經(jīng)虛擬模擬帶來的風(fēng)險和成本浪費。

2.構(gòu)件級異地協(xié)同

由于鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅設(shè)計多種部品資源，各部品商在虛擬營造過程中，基于BIM模型的在線協(xié)同變得非常重要。在設(shè)計階段是基于建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電系統(tǒng)的協(xié)同以解決系統(tǒng)矛盾；在部品深化階段，各生產(chǎn)商在同一模型上若能在線時時溝通進(jìn)行部品深化、協(xié)調(diào)工藝和構(gòu)造方式，將大大降低錯誤和風(fēng)險；在虛擬建造階段，需要建立各種施工工具、場地布置、安全模型等，也能模擬施工建造過程。因不同部品商處于異地，多方基于互聯(lián)網(wǎng)和BIM技術(shù)實現(xiàn)多方同臺工作的模式。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，各生產(chǎn)商虛擬部品可基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)共享，設(shè)計師、工程師可快速選擇合適的建筑部品。

3.軟件生態(tài)圈

建誼集團(tuán)為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅的虛擬營造，建立了軟件應(yīng)用生態(tài)圈，如下圖：

（三）BIM模型體系的劃分

BIM模型分為實體模型與非實體模型兩大類。

a.實體模型：即建筑產(chǎn)品本身內(nèi)存在的部分，分建筑系統(tǒng)模型和構(gòu)件裝配模型兩部分。建筑系統(tǒng)構(gòu)件組成的BIM模型，稱為建筑系統(tǒng)模型，是BIM模型的主體；由虛擬部品部件裝配形成的模型，稱為構(gòu)件裝配模型，是設(shè)計深化的一部分，構(gòu)件深化模型是對建筑系統(tǒng)模型中裝配部分的深化表達(dá)。而非裝配化的構(gòu)件如抹灰、壁紙、現(xiàn)澆混凝土、房間區(qū)域等，還是要存在于建筑系統(tǒng)模型的。

b.非實體模型：是建筑產(chǎn)品本身以外部分如腳手架、場布模型、施工機(jī)具模型等。

（四）建誼集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅實施路徑（以北京市豐臺區(qū)成壽寺定向安置房為例）

外觀效果圖

1.軟件平臺準(zhǔn)備

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅內(nèi)在特點，在BIM軟件體系選擇中，經(jīng)過全球考察比選，選定內(nèi)梅切克GRAPHISOFT ARCHICAD作為主模型建立平臺，采用其BIMcloud平臺作為基于構(gòu)件級的異地協(xié)同平臺。各階段、各參與方均在BIMcloud上基于不同階段模型開展工作。其他軟件參見軟件生態(tài)圈章節(jié)。

BIMcloud協(xié)同機(jī)制如下幾張圖所示：

目的：業(yè)主、建筑師、施工方等多方通過BIMcloud上的ARCHICAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息共享，無論他們身處何地，只要有網(wǎng)絡(luò)。

實現(xiàn)機(jī)制：BIM模型存儲云服務(wù)器上，可實現(xiàn)模型的建立、調(diào)用、信息加載與提取，各參與方通過不同的權(quán)限獲取對模型和信息的參與權(quán)

關(guān)鍵技術(shù)：增量傳輸技術(shù)，使在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)闹皇悄骋徊僮鲿r間內(nèi)新增或修改的數(shù)據(jù)，可做到基于建筑構(gòu)件級別的協(xié)同

移動端應(yīng)用：移動端設(shè)備上的輕量化模型，通過網(wǎng)絡(luò)能與BIMcloud上的模型進(jìn)行在線溝通，可指導(dǎo)現(xiàn)場施工

2.虛擬部品庫儲備

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅用到非常多的部品部件，必須提前對各種部品的性能、參數(shù)有儲備，以虛擬部品的形式建好模型，加載必要的信息，以便在產(chǎn)品實施過程中調(diào)用，實現(xiàn)共享。

3.鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型庫研發(fā)

鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅產(chǎn)品不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，例如剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，戶型研究是一個系統(tǒng)工程，有其內(nèi)在的特點，尤其是結(jié)構(gòu)的建筑戶型的約束很大。以建誼集團(tuán)北京豐臺區(qū)成壽寺定向安置房鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅戶型圖為例，18層以下，柱網(wǎng)全部為6600x6600標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，可演變出多種面積的套型，以實現(xiàn)套型多樣化。特別說明的是，該戶型有嚴(yán)格的套型比要求，同時因日照間距的問題，進(jìn)深不能做大，只能做成板樓。柱網(wǎng)采用6600x6600是考慮到中間不加次梁的情況下，疊合樓板要求板跨不能太大。

集團(tuán)一代鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型產(chǎn)品（用于北京成壽寺定向安置房）

4.實體模型之系統(tǒng)模型（以建筑系統(tǒng)模型為例）

方案階段開始，全部在ARCHICAD中完成方案設(shè)計，通過不同單元間的嵌套，又衍生出多種戶型。

戶型組合方案模型

施工圖階段，全部在ARCHICAD中完成建筑專業(yè)設(shè)計，并將TEKLA鋼結(jié)構(gòu)模型通過IFC格式導(dǎo)入ARCHICAD進(jìn)行精細(xì)化協(xié)調(diào)。

建筑系統(tǒng)模型（施工圖出圖模型）

5.實體模型之部品深化模型（以內(nèi)墻、外墻和裝配樓板為例）

內(nèi)墻砂加氣條板深化模型

內(nèi)墻砂加氣條板GD構(gòu)件參數(shù)設(shè)定

外墻：砂加氣條板+保溫復(fù)合一體板深化模型

樓板：鋼筋桁架疊合樓板深化模型

6.非實體模型

以下僅舉幾個例子，說明非幾何模型的建立和應(yīng)用情況，例如，通過ARCHICAD軟件和GDL語言技術(shù)，建立參數(shù)化模型，可通過GDL參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)各種可行性模擬，例如模擬塔吊半徑是否能覆蓋需吊裝的區(qū)域、各種空間分析，而不必每實驗一種可能性就要建一次模型，更不必通過三維動畫等實現(xiàn)模擬，因為其成本較高，效率較低。

基坑開挖及場地布置模型

通過GD熱點可任意調(diào)整熱點，形成任意邊支護(hù)樁模型，而樁間距可自由定制，而且可在構(gòu)件中看到樁的數(shù)量。

支戶樁GDL構(gòu)件

再如，通過ARHICAD模型和GDL構(gòu)件，精確描述出單側(cè)支模地下室外墻的構(gòu)造關(guān)系和施工工藝；冬季施工的施工方案也可完全用BIM模型表達(dá)出來。

冬季施工措施模型

地下室外墻單側(cè)支模模型

鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅是裝配化率最高的住宅，用到多種不同生產(chǎn)商的部品，如何協(xié)同各方共享信息模型，協(xié)同工作，處理好不同部品間的構(gòu)造和工藝關(guān)系，是實現(xiàn)其虛擬營造的關(guān)鍵。建誼集團(tuán)采用GRAPHISOFT ARCHICAD和BIMcloud模型協(xié)調(diào)平臺，提出了虛擬營造的工作模式。虛擬營造完成后，將形成指導(dǎo)現(xiàn)場實施的精確數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)基于增量傳輸技術(shù)的構(gòu)件級異地協(xié)同，大大提高了信息共享和協(xié)同的效率，實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化與建筑信息化的高度結(jié)合。

由于篇幅原因，同時4D/5D應(yīng)用因企業(yè)的具體管理方式不同而不同，本文未展開對BIM模型的4D/5D及運維應(yīng)用的描述。

該模式對于中國企業(yè)為海外的項目實施也提供了非常有價值的借鑒意義，大大減少海外派駐人員的數(shù)量，而以BIM模型的協(xié)同協(xié)調(diào)各方的工作。

（作者：北京建誼投資發(fā)展（集團(tuán)）有限公司設(shè)計總監(jiān)兼BIM技術(shù)執(zhí)行總監(jiān)）