基于BIM的装配式建筑集成建造系统

叶剑梅

（广州城建职业学院，广东广州 510925）

计算机集成制造系统（CIMS）是集成信息技术和系统技术的现代化制造技术，是传统技术的创新整合，在制造行业中得到广泛的应用。随着装配式建筑的发展，建筑行业朝着信息化智能化和工业化的方向发展。将CIMS应用于装配式建筑施工中，可以优化BIM技术的应用，创新发展路径。

1 BIM的装配式建筑集成建造系统概述

1.1 CIMS相关概述

CIMS的组成主要包括机构或人、经营管理、技术三要素，三要素关联制约解决生产经营中存在的问题。CIMS主要包含管理信息系统、工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统、计算机通信网络系统、数据库系统等系统，支撑BIM技术在装配式建筑中的广泛应用，并取得显著成效。

1.2 可行性研究

装配式建筑具有制造业、传统建筑业的特征，适用于工业化的建造方式。装配式建筑的主要特点为离散型建造、密集型产业、协同工作难度大等。BIM技术能够实现建筑实体的数字化描述、信息共享，优化管理环境，提供信息技术的支持，满足装配式建筑的需求，具有较高的可行性。

1.3 必要性研究

现代化建筑的发展对装配式建筑提出更高的要求，在传统装配式体系中，不断优化管理环境，提高设计精度，建设更加合理的结构。应用BIM技术代替人工进行操作，可以实现设计生产施工的自动化和智能化，降低误差，实现现代化建筑的需求。

2 BIM技术应用于装配式建筑建造的优势

2.1 有利于模拟施工提升效率

BIM技术在预制装配式建筑的设计和施工中具有许多优势，可以模拟施工，提高施工效率。在传统的装配式建筑施工中，受技术和部门合作的限制，需要依靠大量的基础数据进行；在工程项目的仿真试验中，存在实际应用价值和可行性低的问题。应用BIM技术可以通过建立模型完成三维仿真测试，保证数据本身的全面性和可靠性。

2.2 有利于碰撞设计优化设计

管道施工是装配式建筑工程施工中的重要组成部分，可以保证工程后期的应用功能。在管道的实际施工中，涉及大量线路、区域和路径，很容易发生碰撞。碰撞是管道工程建设中常见的问题，容易导致工程维修和停工，为工程埋下质量安全隐患。应用BIM技术可以得到有效减少管道碰撞问题，因为BIM技术可以有效地测试碰撞问题，根据结果优化管道设计，有效地提高施工质量。

2.3 有利于可视观察减少误差

传统建筑工程装配施工借助平面设计完成设计工作，业务设计量较大、周期较长、错误率较大。施工周期较长时，容易加剧工程的整体成本，不利于企业的经济效益。应用BIM技术可以观察到实际效果，结合实际效果对工程设计进行优化和改进，将工程设计的误差降到最低。在目视观察过程中，可以为工程后期相关预制件的生产安装提供数据，保证后续工程施工的准确性。

3 BIM-CIMS研究

3.1 总体设计

基于BIM完善建筑管理体系，引进CIMS，构建BIMCIMS，从总体角度出发，充分考虑设计、生产、运输、现场装配等构件，将其作为设计重点，优化整体系统的设计。总控制系统主要包括建筑设计、预制生产、质量控制、物资保障、计算机网络系统。确保BIM-CIMS系统在装配式建筑中充分发挥自身的优势，实现建筑集成的目的，加强设计、生产、施工、运输的一体化建设，做好工程的管理工作，提高装配式建筑的质量。

BIM技术在装配式建筑中的主要应用如图1所示。

图1 BIM技术在装配式建筑中的主要应用

3.2 子系统设计

（1）信息共享。

信息共享可以解决工程中的信息弊端，装配式建筑中的各部门均可以利用系统获得自己需要的信息，实现信息的共享。在BIM平台中，建筑、机电、装修等不同部门共享各自的信息，利用软件技术控制相关的参数，统一数据的表达形式。在技术的支持下构建完善同步的数据管理机制，实现数据得及时更新和传递，有效应用方案变更、协同设计的需求，提高工程设计施工的效率，保障设计质量，可以实现BIM技术在设计生产施工运维各阶段中的有效合作。

（2）技术集成。

BIM平台借助CIMS实现各专业软件技术的集成，保留软件的开放性，BIM技术还能够与其他技术结合进行虚拟仿真、质量监管等方面的工作，为装配式工程提供全面的技术支持。

（3）管理协同。

BIM平台能够同时支持不同部门不同阶段的协同设计工作，进行数据共享，完善装配式建筑的施工方案，及时更新BIM平台中的数据信息。监管人员借助平台能够实现管理协同，进行多个部门的有效监管，了解不同阶段的各项工作内容，实时更新相关的数据信息，了解工程的具体情况，根据要求优化工程的监管计划，做好项目进度控制工作，将监管工作贯穿于工程的整个生命周期中，提高管理效率，保障BIM平台的稳定运行。

4 装配式建筑基于BIM集成建造系统的构成

4.1 建筑设计系统

建筑系统设计过程中，应基于BIM族库的标准化以及模数化进行设计，充分发挥三维数字技术的表达优势，将建筑项目功能特性以及设施实体利用数字化的方式呈现。利用Revit软件建立BIM模型，对建筑设计系统进行有效构建，可以在系统应用过程中保证结构、机电、土建、设备等专业的统一性，根据统一的基点、轴网、坐标系、命名规则、深度以及时间节点在BIM设计软件中搭建模型，促进建筑结构设计的标准性，提高建筑结构设计的效率。建筑设计系统可以对装配式构件进行分类、编码，对构件信息进行及时输入以及定义。构件编码与构件间存在映射关系，编码以及构件可以形成对应关系。以BIM技术为基础利用BIM族库的标准化以及模数化设计，充分发挥三维数字技术的表达优势，将建筑项目功能特性以及设施实体进行数字化表现，利用Revit软件建立相关的模型。利用BIM模型可以建立建筑设计系统集成梁、楼板、墙体、楼梯等构件，在系统内对构件名称、材料、坐标系、几何信息等参数进行准确输入，根据装配式建筑的实际要求，对相应参数进行及时调整，自动化更新构件参数，形成新的BIM模型，提高设计图纸修改效率，保证设计图纸的精准性。

4.2 预制生产系统

预制生产系统的主要功能是管理构件生产全生命周期，可以对装配式构件进行分类编码，输入和定义构件信息。利用设计图纸可以开展梁族、板族、柱族、预留件族、附加构件族等装配式构件族库的开发作业。图库中可以包含所有构件节点族，在应用过程中点击节点能够出现相关属性信息对话框，有利于工作人员根据装配式建筑的实际要求对相关的参数数据进行调整，构件族可以根据调整后的参数变化进行自动更新。构件库应用过程中，可以提取构件三维几何、物理以及属性信息，根据装配式建筑的建造要求制定构件生产计划。制定构件生产计划的过程中，可以掌握构件生产信息，如生产工序、生产设备、生产材料以及生产进度等。在此基础上可以构建3D化的生产过程模型，根据制定的生产计划对3D模型进行划分，编制相应的扩展数据接口，将3D模型中各个生产阶段输入相应的进度计划中，以生产进度为基础形成4D信息模型。4D信息模型包含构建的三维几何信息材料信息以及生产进度信息，对预制构件的生产起管理作用。

4.3 质量控制系统

在预制构件生产过程中，材料的性能、加工生产方法、工艺流程以及生产进度均可能对预制构件的质量产生一定影响，导致构件生产以及设计出现偏差。为了保证建筑构件的生产精度，必须加强建筑构件全过程生产质量控制工作。在开展质量管理的过程中，必须实现质量标准量化、质量分析、质量评定等工作。在利用4D生产过程管理模型的基础上，充分采用ANSYS平台对预制构件的生产全过程进行仿真分析，对一些关键节点的生产可以进行多试点动态模拟，以此为基础结合有线源仿真分析数据以及实际采集的生产数据完成对比分析作业，制定有效的生产阶段质量控制标准和质量控制目标，实现质量评定量化标准功能，对预制构件进行全过程动态化的质量控制目标，确保预制构件的生产质量。

4.4 物流保障系统

物流保障系统是对预制构件存储、运输以及到场信息进行跟踪管理的主要系统。在应用过程中，可以与工程数据管理系统进行连接，利用RFID芯片集成构件的信息编码，方便在跟踪管理过程中读取和查询编码映射的属性信息。在运输工具上植入RFID芯片可以对运输半径进行准确计算，达到控制运输成本、提高构件运输速度的目的。将构件的到场信息以及装备使用信息录入RFID芯片中，提高信息查询的准确性以及全面性。利用射频扫描仪器对构件电子标签进行及时识别，根据识别到的信息提取预制构件存储、运输、进场以及使用情况，方便对预制构件的应用情况进行精准预测。与实际情况存在偏差时，根据装配式建筑的施工进度进行合理调整，防止出现窝工以及构件堆积的情况。物流保障系统能够有效减少二次搬运，避免出现人力以及物力浪费，有利于对建造成本进行合理控制。

5 结语

BIM和CIMS的集成建设为装配式建筑提供完善的信息系统，应用系统能够改善传统的施工管理，加强设计、生产、运输、施工等各个部门环节的有效沟通，共享信息。利用信息技术能够优化各阶段的工作内容，提高设计、构件生产、吊装施工的精度，满足业主需求，促进装配式建筑的可持续发展。