裝配式建筑把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑構(gòu)件和配件，運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成，因為采用標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理、智能化應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式的代表。與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑具有設(shè)計標準化和安裝專業(yè)化的特征，在工程實踐中需要做好二者的協(xié)同管理工作。BIM技術(shù)作為建筑全生命周期信息管理的主要工具，有助于解決裝配式建筑面臨的各階段不協(xié)調(diào)、信息收集困難等問題，是新型建筑工業(yè)化發(fā)展的推動劑。對于裝配式建筑，借助BIM技術(shù)，通過實時信息共享和先進的模型構(gòu)建，可以有效促進裝配式建筑設(shè)計與施工管理，推動智能建造與建筑工業(yè)化的協(xié)同發(fā)展。

1.BIM技術(shù)在建筑設(shè)計及施工中的應(yīng)用

1.1 裝配式建筑協(xié)同設(shè)計及優(yōu)勢

為了在預(yù)制建筑設(shè)計階段發(fā)揮BIM技術(shù)的作用，對整個設(shè)計流程進行優(yōu)化，該過程分為四個階段：原理圖設(shè)計、預(yù)制組件庫的形成和改進、BIM模型的建立和優(yōu)化以及組件深度設(shè)計。

現(xiàn)有的預(yù)制建筑設(shè)計交付目標是二維工程圖，基于BIM技術(shù)的預(yù)制建筑設(shè)計目標的BIM模型可以自動生成二維建筑工程圖，減少了人為操作的環(huán)節(jié)，因此可以節(jié)省大量的人力物力。

通過整體分析和拆分設(shè)計的傳統(tǒng)預(yù)制建筑物的設(shè)計思想，不可避免地會對各種預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)帶來影響，從而使設(shè)計構(gòu)件與工廠生產(chǎn)的構(gòu)件不匹配，導(dǎo)致出現(xiàn)基于BIM技術(shù)的更多設(shè)計返工和組裝。模塊化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是構(gòu)建預(yù)制組件庫，大部分組件都是從預(yù)制組件庫中選擇的，沒有獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可以與工廠內(nèi)生產(chǎn)的組件進行結(jié)合，極大地提高了預(yù)制建筑物的設(shè)計和工廠生產(chǎn)的效率。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用點

1.2.1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用點

在建筑設(shè)計中，需要對預(yù)制組件庫進行設(shè)計，構(gòu)建一種基于BIM技術(shù)的設(shè)計方法，通過提供預(yù)制構(gòu)件來支持模型的設(shè)計。而要完成預(yù)制組件，就必須要對組件的配置和管理進行完善，在組件不同類型的選擇上分辨出各種信息，最后形成構(gòu)件入庫進行管理。

BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計支持不同的設(shè)計單位在同一平臺上采用同一標準進行各自的設(shè)計部分，不同單位獲得的信息是相同的，互相可以共享設(shè)計成果，之后再將設(shè)計有機結(jié)合，保證信息傳遞的準確性與高效性，提高工作效率。采用這種技術(shù)，在進行設(shè)計時可以實現(xiàn)多個團隊和技術(shù)人員進行同時合作，保證構(gòu)件之間的無縫隙搭接。

這種技術(shù)在工程量上有兩個方面的作用：一是對裝配式項目中所有預(yù)制構(gòu)件、所需部品在類別和數(shù)量上進行統(tǒng)計；二是對每個預(yù)制構(gòu)件所需的各類材料進行統(tǒng)計，以便給構(gòu)件生產(chǎn)商提供所需的物料清單，使項目在設(shè)計階段就能夠進行初步的概預(yù)算，實現(xiàn)對項目的把控。

1.2.2 BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用點

BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用點主要包括施工質(zhì)量控制、進度計劃和成本控制。預(yù)制建筑施工質(zhì)量控制的重點是針對影響質(zhì)量的因素采取質(zhì)量控制措施：一是針對人員和機械因素的措施。加強對施工人員的專業(yè)培訓(xùn)，避免出現(xiàn)由于施工人員的操作而帶來的質(zhì)量問題；二是針對材料因素的措施。在項目的構(gòu)配件運送至施工現(xiàn)場時，施工方需要檢查構(gòu)件的質(zhì)量情況，并選擇合適的場地安放構(gòu)配件，由專人負責(zé)管理；三是針對方法因素的措施。在施工前，施工單位應(yīng)借鑒已有的施工經(jīng)驗，針對項目的特點，選擇合適的施工方法，編制該項目的施工工藝標準。

基于BIM技術(shù)的調(diào)度管理可以實現(xiàn)工程量的自動統(tǒng)計，確定人員、材料和機械的消耗，支持調(diào)度準備，提高調(diào)度的準確性和效率。進度表的準備工作完成后，工作人員可以檢查進度表的合理性，并使用BIM軟件的施工模擬功能來優(yōu)化進度表。在施工過程中，通過掃描預(yù)先附著于構(gòu)件中的標簽，可以將實際進度和BIM模型匹配起來，創(chuàng)建實際進度和目標值的比較文件，實時比較實際進度和目標值，并調(diào)整時間偏差。

裝配式建筑施工階段包含多個方面的內(nèi)容，無論是項目的成本管理還是成本預(yù)算的控制上，都存在著較多的管理內(nèi)容需要處理。因此，在進行裝配式建筑施工時，需要考慮到該工程項目的成本預(yù)算，對于編制的成本預(yù)算的計劃也需要進行數(shù)據(jù)的及時跟蹤，以保證數(shù)據(jù)是可控的。在施工準備階段，施工單位根據(jù)工程量計算、資源計劃和資金計劃計算項目的預(yù)測成本，制定項目的成本計劃（包括成本管理和控制規(guī)劃）。在項目實施過程中，為了根據(jù)已制定的成本計劃確定影響預(yù)制房屋建筑成本的因素，定期計算項目的實際成本，對計劃成本進行偏離分析，以彌補不足之處?；贐IM的建筑成本管理可以自動計算最新的工程數(shù)量，并支持成本估算，工程進度付款和工程結(jié)算流程中的成本計算，有助于成本的精細化管理，施工單位可以根據(jù)需要，按照時間、區(qū)域、分部分項工程、構(gòu)件等完成工程量的提取，獲取對應(yīng)的造價，有效幫助管理人員進行人-材-機計劃的制定。

2.協(xié)同管理應(yīng)用平臺設(shè)計

在預(yù)制建筑設(shè)計與施工的協(xié)同管理階段，需要多個方面的參與主體進行共同合作。參與單位由業(yè)主、測量單位、設(shè)計單位、建筑單位、監(jiān)理單位和預(yù)制件生產(chǎn)廠組成，每家參與單位的協(xié)同管理流程圖如圖1(a)所示。預(yù)制建筑設(shè)計與施工協(xié)作管理平臺，通過對預(yù)制建筑設(shè)計與施工階段對協(xié)作管理平臺的需求分析以及BIM技術(shù)在項目管理中的應(yīng)用分析，采用B/S模式，并使用Revit軟件生成BIM模型。由于每個階段的模型都是輕量級的，信息存儲在MySQL數(shù)據(jù)中，而Web和移動終端旨在提高建筑工地工程管理的水平和效率。預(yù)制房屋的設(shè)計和施工階段涉及不同的單位，為了實現(xiàn)不同單位之間的協(xié)同管理，提高整體的工作效率，該平臺配備了API接口，從而使各參與單位的內(nèi)部管理系統(tǒng)和系統(tǒng)管理平臺實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)作管理平臺的計劃技術(shù)路線如圖1(b)所示。裝配式建筑設(shè)計施工協(xié)同管理平臺采用雙核心理念實施項目管理工作，以時間線控制項目協(xié)同管理流程，預(yù)制件部品庫作為平臺協(xié)同管理的數(shù)據(jù)核心，平臺的具體架構(gòu)如圖1(c）所示。

圖1 協(xié)同管理應(yīng)用平臺設(shè)計

圖2 裝配式混凝土建筑案例方案設(shè)計

3.裝配式混凝土建筑案例

該項目為江蘇某人才公寓一標段項目，建筑結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，項目整體裝配率為53%，預(yù)制率為23%。該項目的預(yù)制構(gòu)件主要包括水平構(gòu)件，例如預(yù)制層壓板、預(yù)制層壓梁、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯以及垂直構(gòu)件，還包括預(yù)制夾層外墻、預(yù)制內(nèi)壁和預(yù)制外葉片。為了更好地實現(xiàn)該項目既定的建設(shè)目標，有必要將BIM技術(shù)應(yīng)用于該預(yù)制建筑項目的整個設(shè)計和施工過程，并且應(yīng)用BIM技術(shù)將為該項目的預(yù)制建筑評估帶來更多好處。

3.1 方案設(shè)計

由于我國在建筑工作上的特殊性，在建筑工程上有著一套完整的流程，以綠色建筑為例，在進行綠色建筑時，主要是為了能夠保證環(huán)保性和節(jié)能性，在設(shè)計初期，首先需要進行綠建分析，包括綠建模擬分析模型、室內(nèi)風(fēng)環(huán)境模擬、室內(nèi)天然采光計算分析、視野綜合計算分析、建筑構(gòu)件的室內(nèi)室外隔音效果的分析等。在完成分析后，針對分析結(jié)果不斷優(yōu)化，以達到建筑節(jié)能最大化。以采光分析為例，設(shè)計人員在軟件中輸入規(guī)定性指標（包括計算配置、計算房間、計算方法、窗材料、構(gòu)件、頂棚高度和內(nèi)飾面），軟件能自動計算出建筑的采光效果圖，如圖2(a)所示，橙色、黃色代表采光比較好，藍色代表采光不佳，該項目采光基本達標。

在相關(guān)基本規(guī)范的基礎(chǔ)上，采用PKPM軟件完成裝配式建筑BIM模型的設(shè)計。裝配式建筑的設(shè)計應(yīng)遵循模塊化原則，設(shè)計時應(yīng)劃分為標準模塊和可變模塊，以方便構(gòu)件的生產(chǎn)和組裝，圖2(b)為標準層的平面組裝示意圖。在完成三維建筑的設(shè)計之后，就能夠形成更加立體的剖面圖形。

在預(yù)制建筑物的機電設(shè)計中，對于最關(guān)鍵的部位，需要了解預(yù)制組件當(dāng)中管道的預(yù)嵌入，以便預(yù)制組件在設(shè)計和生產(chǎn)過程中準確地定位和保留預(yù)制的管線、盒子、孔和套管。該項目的機電設(shè)計包括暖通、給排水和電氣三個專業(yè)，設(shè)計時盡量減少管線在預(yù)制構(gòu)件的預(yù)埋。電氣設(shè)計師使用PKPM軟件來設(shè)計三個主要模型：HVAC、給排水和電氣。機電專業(yè)的設(shè)計結(jié)果如圖2(c)所示，暖通專業(yè)的設(shè)計與建筑專業(yè)配合，以計算設(shè)備和管道的安裝位置，軟件中缺少的構(gòu)件由設(shè)計人員自定義構(gòu)建；給排水專業(yè)在排水時遵循的是豎向管線的集中原則，包含多個系統(tǒng)的排水功能；電氣專業(yè)的設(shè)計與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合，管線采用沿頂棚暗敷的方式，為了區(qū)分裝配式建筑和傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑混凝土建筑的區(qū)別，設(shè)計人員在電氣專業(yè)做了預(yù)埋件。

3.2 優(yōu)勢分析

3.2.1 碰撞檢查

在進行相關(guān)的碰撞檢查時，單個專業(yè)的碰撞測試包括結(jié)構(gòu)和機電碰撞測試。在結(jié)構(gòu)專業(yè)領(lǐng)域完成BIM模型的設(shè)計后，PKPM軟件可以自動完成碰撞檢查，設(shè)計人員可以根據(jù)圖3(a)逐一檢查碰撞信息。設(shè)計人員通過修改鋼筋細節(jié)參數(shù)（主要進行梁的參數(shù)設(shè)定），以解決碰撞。

3.2.2 工程量統(tǒng)計

與現(xiàn)澆混凝土建筑物不同，預(yù)制建筑物結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量統(tǒng)計主要用于指導(dǎo)工廠生產(chǎn)零件，為構(gòu)件生產(chǎn)廠商提高所需物料的清單。工程量統(tǒng)計包括預(yù)制構(gòu)配件的種類、數(shù)量以及每個構(gòu)配件所需的材料。建筑專業(yè)和機電專業(yè)的工程量統(tǒng)計與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑相同，完成BIM模型的創(chuàng)建后軟件就可以自動讀取、分析模型中的設(shè)計數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工程量的自動統(tǒng)計。

3.2.3 施工模擬

圖3 優(yōu)勢分析

基于BIM虛擬施工技術(shù)，使用4D模型根據(jù)施工進度表對施工過程進行重復(fù)仿真，并以動畫形式提供仿真結(jié)果。通過對施工進度表的模擬，施工單位發(fā)現(xiàn)了潛在的工作順序錯誤和沖突，糾正了施工進度表并制定了響應(yīng)計劃，以指導(dǎo)實際施工，從而使項目能夠順利完成。

施工場地布置是為了合理布置現(xiàn)場的道路、臨時建筑、材料倉庫、設(shè)施設(shè)備等，確保現(xiàn)場施工順利進行，應(yīng)遵循以下三點：一是場地的布置要盡可能地減少空間占用，保持環(huán)境的整潔和道路的暢通；二是施工時最好是單個工總施工，避免多個施工單位同時進行干擾；三是施工場地的布置由專人負責(zé)管理，確保設(shè)備安放、材料堆放、臨時設(shè)施的建設(shè)等滿足已審定的施工平面布置圖的要求?；诮⒌娜SBIM模型，該項目以三維的形式進行施工場地布置，合理安排塔式起重機、辦公場地、生活場地、構(gòu)件堆放場地、道路等位置，解決現(xiàn)場場地劃分問題。此外，在施工場地布置完成后，施工單位以BIM模型的形式與業(yè)主溝通，對施工場地進行優(yōu)化，為項目選擇最優(yōu)的施工路線，如圖3(b)所示。

4.結(jié)語

本文首先對裝配式建筑協(xié)同設(shè)計及優(yōu)勢、BIM技術(shù)在建筑設(shè)計和施工中的應(yīng)用點進行了分析，提出了協(xié)同管理應(yīng)用平臺的設(shè)計思路，并以江蘇某人才公寓項目為例，對BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計及施工管理中的應(yīng)用展開深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，在裝配式建筑設(shè)計及施工管理中，充分考慮裝配式建筑的特性和BIM技術(shù)的優(yōu)勢，將二者進行有機結(jié)合，通過實時信息共享和先進的模型構(gòu)建，可以有效促進裝配式建筑設(shè)計與施工管理，為推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。