BIM技术在预制装配式轻钢结构中的应用

【摘 要】当前建筑业内BIM技术的广泛应用，使得全寿命周期内的信息管理成为现实。同时，预制装配式建筑轻钢结构是对如今绿色、低碳、环保口号的有力相应。本文探讨了革命性技术――BIM与绿色环保建筑形式――预制装配式轻钢结构的创新式结合，对其未来实际应用进行了展望。

【关键词】BIM，预制装配式建筑，轻钢结构

1.1 预制装配式建筑

预制装配式建筑（Prefabricated Concrete，简称PC）始于17世纪，在20世纪初引起行业内的关注，其建造方式如汽车制造过程，指建筑的构配件采用工业化方法生产，在施工现场进行安装，是工业化建筑的主要方式[1]。采用预制装配式建造的建筑具有以下主要特点：生产效率高，建造速度快，现场湿作业少，施工受季度影响小。

1.2 轻钢结构

轻钢结构是指围护结构自重轻，承重结构截面小，标准化、自动化、机械化快速制作安装，采用新结构钢材的新结构体系[2]。轻钢结构主要体系有：门式钢架结构体系、多层框架结构体系、冷弯薄壁型钢结构体系、薄壁褶皱拱桥屋面体系、空间和张拉结构体系。

与传统砖混结构相比，轻钢结构对环境污染少，有利于保护生态环境，因此也被誉为“生态建筑体系”[3]。我国大面积应用轻钢结构是从20世纪80年代初开始，30多年来国内逐渐形成了具有一定规模的轻钢结构专业厂家。目前国内轻钢结构多数用于工业及商业建筑，相比同类建筑体系，其建筑物重量减轻30%，使用面积可提高5%左右，且能有效提高劳动生产率，其崛起将给住宅建筑业带来一次产业革命[4]。

1.3 建筑信息模型

随着建筑业信息技术的发展，建筑信息模型（Building Information Modeling， 简称BIM）的相关研究及应用取得了突破性进展。BIM从某种意义上讲源于制造业的产品全生命周期管理理论（Product Data Management，简称PDM）是以三维技术为基础，信息管理为手段，建筑全生命周期为主线，将建筑产业链各个环节关联起来并集成项目相关信息的数据模型。BIM作为一种革命性技术，能够利用所得信息，从全寿命周期角度对项目进行分析、计算及模拟等工作，从而提高产业效率、降低成本并减少信息丢失。

如图1-3，运用BIM技术之后项目全寿命周期信息量如上面曲线，将随着时间不断增长；而未运用BIM技术的项目信息量的增长将如图中下面曲线，在不同阶段衔接点出现断点，造成信息丢失。

2. BIM与预制装配式轻钢结构的结合

2.1 结合方式

对于制造业的PDM，管理的基本单位为单个“零件”。传统建造方式中其“零件”的概念不是很清晰，但在预制装配式建造方式中，预制的柱、梁、板等构配件实质就是建筑物被“零件化了”，所以BIM技术在此建造方式中具有天然的应用优势。

预制装配式轻钢结构的结构构件对工业化、标准化、模块化程度要求较高。BIM与其结合，可以较容易实现模块化设计及构件的零件库。另外基于全寿命周期的信息管理可以对其生产运输及施工过程进行合理计划，从而实现构配件的零库存管理。

BIM与预制装配式轻钢结构的结合亮点包括：

2.1.1 实现装配式建筑在全寿命周期中各个阶段的集成，协调各个阶段的关系，减少变更

预制装配式建筑项目传统的建设模式是设计工厂制造现场安装，相较于设计现场施工模式来说，已经节约了时间，但这种模式推广起来仍有困难，从技术和管理层面来看，一方面是因为设计、工厂制造、现场安装三个阶段相分离，设计成果可能不合理，在安装过程才发现不能用或者不经济，造成变更和浪费，甚至影响质量；另一方面，工厂统一加工的产品比较死板，缺乏多样性，不能满足不同客户的需求。

BIM技术的引入可以有效解决以上问题，它将设计方案、制造需求、安装需求集成在BIM模型中，在实际建造前统筹考虑设计、制造、安装的各种要求，把实际制造、安装过程中可能产生的问题提前消灭，见图2-1。

2.1.2实现装配式建筑在全寿命周期中信息的集成利用，减少信息流失，并将信息进行加工处理，指导制造、运输和安装

在建模过程中，将项目主体钢结构各个零件、部件、主材等信息输入到模型中，并进行统一分类和编码。制定项目制造、运输、安装计划，输入BIM模型，协调制造方、运输方、安装方的时间，实施更新变更，减少库存。分析、总结指导项目各阶段需要的信息，导出信息发送给负责人，精确指导制造、运输、安装过程。

2.2 BIM的应用过程

在整个项目全寿命周期过程中应特别注意信息的收集及实时更新，以形成动态的、准确的信息数据流，见图2-3。

2.2.1 设计阶段

将传统的2D抽象图纸进化到3D交互方式，对构配件进行数据及信息收集，利用BIM进行建模及计算，同时规范校核，通过三维可视化对设计图纸进行深化设计，进而指导工厂生产加工，实现了部品件的生产工厂化。

2.2.2 生产阶段

根据设计阶段已完成工作，分析相关构配件已实现的参数化及模数化程度，对其进行相应的修整，以形成标准化的零件库。另外，利用BIM技术中的三维可视化功能对构配件进行运输及施工模拟，制定合理的运输及装配计划。

2.2.3 运输阶段

基于前一段的工作，将BIM引入建筑产品的流通供配体系，根据已做的运输与装配计划，合理计划构配件的生产、运输与进场装修，实现“零库存”。

2.2.4 装配阶段

对项目装配过程进行施工进度模拟，直观展示项目的进度安排。另外，进行项目关键节点链接、部件搭接等的虚拟模拟，以形象的指导施工安装工作的开展。

2.2.5 竣工阶段

对前序阶段的信息进行集成整合，总结各个阶段的计划与实际差别的原因，分析归纳出现的问题并找出解决方法，从而形成基于产业链的信息数据库，为以后工程项目的开展提供参考。

3 结语

BIM技术的使用已经成为建筑业不可抵挡之势，它为整个行业带来的高效率及高效益是有目共睹的。而作为生态建材的轻钢结构及绿色建造方式的预制装配式，其研究、应用前景也为行业看好。通过本文中已述方法，可实现BIM与预制装配式轻钢结构的创新结合，体现当前行业内的又一研究创新点，为相关各方提供了一个实用研究方法。

参考文献：

[1]房志勇，.预制装配式轻型环保节能房屋初探[J].建筑节能.2007（05）

[2]杨志勇，郑冰心，范么清.我国轻钢结构的发展现状[J].国外建材科技.2003（03）

[3]严宏亮，王威.轻钢结构建筑体系与构造技术问题[J].新建筑.2000（04）