BIM技术集成了建筑在全生命周期内从设计、生产、施工到运营维护的各类相关信息和数据模型, 是对建筑功能特性和物理实体的一种数字化表达。BIM技术具有可视化、协调性、完备性、一致性和关联性等特征, 能够实现数据在建筑项目的不同阶段、不同部门的有效传递和共享。

　　 装配式建筑是指在工厂生产加工预制构件, 然后在施工现场装配而成的建筑。装配式建筑具有设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化等特点, 与传统现浇式建筑的设计、生产、施工及管理模式都有着显著差异, 需要根据“集成”思想进行装配式建筑设计与建造。

　　 BIM技术与装配式建筑体系的许多特征存在一致性, 首先, 装配式建筑要实现建筑、结构、机电、内装、造价等多专业的协同设计, 必须借助BIM技术作为支撑, 实现各专业的信息共享和数据集成;其次, 装配式建筑的一体化建造需要借助BIM技术实现信息在设计、生产、施工和运营维护之间的完整传递;装配式建筑的终极目标为节能减排, 实现低碳发展, 需要强调建筑的全生命周期的管理, 这与BIM技术的全生命周期运用也是不谋而合^[1]。因此, 在装配式建筑体系中运用BIM技术具有巨大的潜力和价值。

　　 南通政务中心停车综合楼 (图1) 项目采用装配整体式框架-现浇核心筒结构体系, 总建筑面积为48 972.21m², 建筑主体结构总高度为61.40m, 其中2～8层层高3.25m, 9～16层层高为3.60m, 建筑主体结构包括车库层和办公层 (图2, 3) , 其预制装配率约为50%, 同时建筑内外墙板采用工业化产品, 装配率约为70%。该项目结合以BIM为主的数字化设计及数字化模拟施工过程, 提高建造精度;以“少规格、多组合”为原则减少预制构件种类, 降低建造成本;将结构技术与施工技术整合创新, 通过一体化设计, 实现外无模板、脚手架、现场砌筑和抹灰的绿色施工, 提高建造效率, 有效缩短施工周期。

　　 本项目的预制装配构件包括:竖向框架柱 (预制混凝土框架柱) 、水平楼面梁 (预制混凝土叠合梁) 、楼板 (预制非预应力混凝土实心叠合板) 、标准层楼梯 (预制混凝土梯段板) 、外墙板 (空心陶粒板/预制混凝土外挂墙板/ALC板) 、内墙板 (轻质成品板材 (ALC板) ) (图4) 。主要预制构件均采用较为合理的尺寸, 其中框架柱的截面尺寸为800×1 000, 主梁截面尺寸为400×850, 叠合板厚度为60mm (预制层) +80mm (现浇层) 。叠合板采用传统预制叠合板做法, 运用一道次梁, 减小板跨, 施工工艺成熟简单。

　　 该项目在方案设计阶段以Revit软件为平台完成建筑、结构和机电的全模型, 模型精度达到LOD300 (图5) 。通过BIM模型的绘制, 根据预制构件的拆分原则对建筑平立面进行标准化设计, 将原柱网由7 300～11 700mm九种不规则的尺寸优化为7 800, 8 300, 11 400mm三种尺寸 (图6) ;将标准层楼梯原有的2 600, 2 800, 3 100mm三种开间尺寸统一优化为2 600mm (图6) ;原方案布置于外墙面的剪力墙则被集中布置于核心筒四周;同时统一外窗规格, 从而大量减少预制构件种类, 降低成本。

　　 同时根据项目的装配式技术路线和产业化目标, 在方案设计阶段依据构件拆分原则进行方案创作。针对不同的预制构件类型, 以实际构件尺寸、材质和位置等信息作为参数, 创建基本的预制构件族, 方便Revit模型的建立, 避免修改等后续大量的重复工作^[2]。单个模型族的几何属性经过可视化分析, 可进一步对构件的类型数量进行优化, 减少构件种类和数量 (图7) 。

　　 基于BIM技术的装配式建筑结构常规设计路线是将Revit建筑模型通过接口导入结构计算软件, 进行结构分析计算, 随后将结构分析模型导入Revit, 形成Revit结构模型, 并通过剖切各种视图和添加标注, 形成施工图文档^[3]。然而在实际操作中发现, BIM结构模型与结构分析模型之间的转换会造成部分信息的错误或丢失, 难以实现无缝衔接。因此, 在结构建模时采用了Caitier软件 (图8) , 该软件在结构和预制构件建模方面较Revit平台更为便利, 同时该软件平台还具有便捷的动画功能, 对预制构配件的模拟拼装和施工模拟交底更加直观。

　　 装配式建筑借助BIM技术强大的可视化能力也能实现更为精细的协同设计。本项目对地下车库、一层入口大堂、餐厅夹层等大空间受到空调等设备管线影响净高的问题, 进行了深入的可视化三维建模 (图9) , 并将Revit模型导入FUZOR视频引擎, 该引擎可实现与Revit模型双向无缝对接, 采用人行模拟的方式进行虚拟实景体验 (图10) , 帮助设计师和业主方预先研判, 尽可能保证实际空间建设完成后视觉感官良好。

　　 在深化设计阶段需要将连续的BIM模型构件拆分为工厂能够生产的一个个独立的预制构件, 并完成预制构件的配筋设计以及预制构件直接连接节点的构造设计等工作。Revit模型包括构件的轮廓、材质和钢筋信息, 进行局部修正后, 可在此基础上进行构件拆分。运用BIM模型对预制构件进行深化设计, 不仅能够明确地传达传统的二维图纸关系, 还可以直观地表达出构件的配筋空间关系、节点构造和各种参数情况 (图11) , 并自动生成构件下料单、派工单、模具规格等生产表单, 实现与预制工厂的紧密协同和对接^[4]。

　　 建筑结构模型在制定完构件拆分原则之后, 在Revit中可调用Dynamo进行可视化编程, 将Revit结构模型中的现浇构件拆分为零件, 再将各个零件结合形成组件, 完成结构拆分。以预制叠合梁为例, 在跨中位置断开, 并据此建立流程图 (图12) , 通过程序调用实现预制梁的拆分 (图13) 。按照此拆分逻辑, 根据柱、楼板、墙板各自的拆分原则, 可以有效实现各类构件的拆分。

　　 由于柱、主次梁等节点连接的复杂状况, 还需利用BIM技术进行预拼装, 检查和优化节点连接方式, 本项目通过Revit建模和模拟梁柱节点拼装过程, 将预制框架梁键槽端部梁底钢筋根据设计要求伸出部分钢筋直接锚入框架节点内 (图14) , 从而减少了梁端键槽内U形筋的数量, 同时提高了节点的抗震性能。在此基础上进一步提前模拟复杂核心区的施工, 以保证后续的生产和安装无误。

　　 由于项目为预制装配式建筑, 楼板、梁、柱、花池等大量构配件都需考虑精确地预留孔洞, 首先应通过BIM技术将各专业Revit模型进行协同糅合, 检查错漏碰缺, 节约时间, 提升效率^[5]。其次, 预制构件的现场安装对深化设计提出了极高的要求, 因此将深化的BIM模型导入Navisworks软件中对每个节点进行智能化的碰撞检查, 避免设计、构件制作以及现场施工的矛盾。最后将建筑、结构、机电模型全部导入Navisworks软件中进一步检测, 从而彻底解决管线与土建的碰撞问题 (图15) 。

　　 在施工进度模拟上项目采用了广联达BIM 5D软件。先用项目管理软件Microsoft Project制作施工进度计划, 然后将其导入BIM信息模型, 在三维模型中引入时间和资源维度, 将3D-BIM模型转化为5D-BIM模型 (图16) 。通过5D-BIM模型来模拟整个施工过程和各种资源的调配, 直观地呈现进度安排计划、施工工艺和资金分段投入状况等信息^[6]。同时可以通过模拟结果将实际进度与计划进度进行对比, 从而反复考量施工控制方法和施工安排的合理性及工序的正确性, 并进行及时的优化, 避免因考虑不周引起的施工进度延迟和成本增加。利用5D-BIM进行施工模拟同样也可以辅助施工单位的技术工人详细了解整个装配式建筑的组装构成和施工过程, 提高实际操作效率, 并实现管理人员对施工进度计划及成本的动态管理, 保证项目的如期进行。

　　 本文以南通政务中心停车综合楼项目为例, 较详实地论述了BIM技术在装配式建筑设计和建造中的应用特点, 为BIM技术在装配式建筑中的运用提供参考。通过应用实践可以发现, 借助BIM技术的三维模型便于装配式建筑进行标准化设计和性能化分析, 同时实现了设计的可视化, 能够准确直观地表达设计意图, 提升拆分及深化设计质量, 减少设计错误, 缩短设计和建造周期。BIM技术应用使装配式建筑从设计、生产到施工的产业链条更为紧密合理, 增强了装配式建筑的产业化优势, 能够促进我国建筑工业化的发展。然而, 要达到BIM技术和装配式建筑在更高层面上的紧密结合, 还需要广大从业者在实践和研究中共同努力。