基于BIM的预制装配建筑体系应用技术

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基于BIM的预制装配建筑体系应用技术

许杰峰　鲍玲玲　马恩成　夏绪勇　姜立

(中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司，北京　100013)

【摘　要】本项目根据预制装配式建筑全产业链的需求，基于自主BIM 平台，开展预制装配式建筑设计、生产、运输和施工各环节协同工作关键技术研究，建立基于BIM的预制装配式建筑全流程集成应用体系，并进行工程示范应用。通过本项目实施，完成自主知识产权装配式建筑BIM平台、软件、系统及标准，为装配式建筑全过程应用提供技术支撑。项目充分挖掘BIM技术信息集成优势，提高预制装配式建筑设计效率20%以上，降低80%的拼装检测的人工量，降低工程成本，产生明显的社会经济效益，从而促进建筑产业化的可持续发展。

【关键词】自主BIM平台； 装配式建筑； BIM技术； 示范工程； 建筑工业化

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.03

1　前言

我国正处在生态文明建设、新型城镇化战略布局的关键时期，大力发展建筑工业化，对于推进建设领域节能减排，加快建筑业产业升级，具有十分重要的意义和作用[1-3]。装配式建筑是标准化设计、工业化生产、机械化安装、信息化管理的现代化建造方式，BIM是装配式建筑体系中的关键技术和最佳平台，它能够在全生命周期内提供协调一致的信息，在装配式建筑全产业链中提供有力支持。结合BIM平台、构件库、物联网、计算机辅助加工、虚拟施工安装等新技术，将有效解决预制装配式建筑体系产业化发展中的诸多关键问题，给装配式建筑的全产业链生产方式带来全面提升[4-7]。在此背景下，国家启动“十三五”重点研发计划“绿色建筑及建筑工业化”专项，并于2016年7月正式立项国家重点研发计划项目“基于BIM的预制装配建筑体系应用技术”(项目编号： 2016YFC0702000)，本项目由中国建筑科学研究院牵头承担，实施周期为2016年07月至2019年06月。

2　总体目标

基于BIM技术的预制装配建筑体系应用技术研究，完成自主知识产权的预制装配式建筑体系BIM平台[8]，解决预制装配式建筑设计、生产、运输和施工各环节中协同工作的关键问题，建立完整的基于BIM的预制装配建筑全流程集成应用体系，为建筑产业化提供科技引领和技术支撑，促进预制装配式建筑产业现代化。

3　项目课题设置

本项目以自主研发、信息优化、协同管理、动态智能为基本思想，以建立基于BIM预制装配式建筑全流程、开放式、高效率的集成信息平台为导向，面向我国装配式建筑的基本特点和实际需求，设置了五个课题(如图1)，各课题之间相互关联(如图2)，技术路线合理。

图1　项目课题设置及承担单位情况

图2　项目课题分解及关系图

4　研究内容

本项目以BIM技术为核心，将预制装配式建筑设计、生产、建造过程有机结合起来[9-12]。具体研究内容如下：

(1)课题一：预制装配建筑产业化全过程自主BIM平台关键技术的研究开发

基于BIM技术，研究装配式建筑基础数据平台、协同工作平台和各阶段专业应用集成平台，建立装配式建筑BIM数据通用化、标准化描述、存取与管理架构，研究装配式建筑全生命周期协同工作原理与技术方法，实现装配式建筑全产业链各环节的数据共享和软件集成。

(2)课题二：装配式建筑分析设计软件与预制构件数据库的研究开发

基于自主BIM平台，研究装配式建筑标准构件拼装和构件智能拆分设计方法(图3)，构建搭积木式的装配式建筑设计创新模式； 通过研发装配式建筑分析设计CAD商品化软件和预制构件数据库，实现标准化设计，满足建筑工业化和协同设计要求，保证设计安全度，提高设计质量与效率。

图3　可视化智能拼装与拆分模型

(3)课题三：基于BIM模型的预制装配式建筑部件计算机辅助加工(CAM)技术及生产管理系统的研究开发

基于自主BIM平台，研究多源异构BIM与生产设备的数据转换技术； 研发钢筋骨架自动成型和安装的预制构件一体化生产计算机辅助制造系统(CAM)； 建立大体量工程需要的预制装配式构件生产管理系统，实现其设计系统与生产系统之间的数据兼容。

(4)课题四：基于BIM的空间钢结构预拼装理论技术和自动监控系统的研究开发

基于自主BIM平台，研发空间钢结构预拼装BIM模型应用和自动监控系统，实现预拼装过程中自动化数据采集、模型处理、信息拟合、偏差分析等，并提高空间钢结构预拼装的智能化程度； 同时，建立空间钢结构预拼装模拟及控制理论体系，完成空间钢结构预拼装技术标准，保证钢结构预拼装与监控的规范性。

(5)课题五：基于BIM和物联网的装配式建筑建造过程关键技术研究与示范

基于自主BIM平台和物联网技术，研发装配式建筑智能施工安装系统，编制建筑智能施工安装应用指南，实现BIM模型及实体构件信息通过云端物联网在生产、运输及安装之间的有效传递； 最后，开展装配式建筑的运输、安装及施工现场管理的全过程示范应用，实现装配式建筑智慧建造。

图4　项目预期成果显示

5　主要创新点

(1)创新点1：首创自主BIM平台，支持装配式建筑设计、加工、运输、施工全过程集成应用。

(2)创新点2：建立BIM数据标准化描述和存储格式，支持装配式建筑全产业链应用。

(3)创新点3：研发基于BIM协同平台装配式建筑设计软件，开创装配式建筑标准化设计新模式。

(4)创新点4：开发基于云服务的开放的参数化预制构件及部品数据库管理系统，实现预制构件供应链信息流优化和集成。

(5)创新点5：研发基于BIM平台的计算机辅助制造系统(CAM)，实现预制混凝土构件钢筋骨架自动成形、安装。

(6)创新点6：研发基于BIM平台的大体量工程生产管理系统，实现预制装配式构件可追溯性质量管控。

(7)创新点7：基于BIM、3D扫描等技术，研究空间钢结构数据的高效采集以及高精度拼装模拟、自动监测、评估和控制。

(8)创新点8：建立基于BIM技术的空间钢结构预拼装全过程信息化集成应用体系。

(9)创新点9：研发基于BIM平台、物联网、点云模型的预制装配式建筑智能施工安装系统，实现预制构件生产运输装配实时监控、拼装校验及智能安装。

6　预期成果和效益

通过本项目实施，完成自主知识产权装配式建筑BIM平台、软件及系统，完成BIM国家标准1本、BIM软件技术与信息交换标准2本、空间钢结构BIM预拼装技术标准1本，并开展相应的工程示范，为装配式建筑全过程应用提供技术支撑(图4)。

(1)科学价值

本项目应用BIM平台、虚拟施工安装、3D激光扫描、物联网等新技术，促进预制装配式建筑领域BIM技术与其它技术的集成，为后续信息技术的集成提供理论依据和技术参考。

(2)人才培养

通过项目研究为社会培养一批预制装配式建筑领域重要的技术骨干和研究人才，他们将成为支撑本项目课题开展的中坚力量，也将成为我国预制装配式建筑产业化长期发展的宝贵资源。

(3)社会经济效益

项目实施后，充分挖掘BIM技术信息集成优势，提高预制装配式建筑设计效率20%以上，降低80%的拼装检测的人工量，大幅提高工作效率，降低项目成本，缩短项目周期，产生明显的社会经济效益。

本项目承担单位23家，均在BIM及预制装配式建筑领域拥有多年技术积累和实践经验，涵盖全国装配式重点地区的著名科研、软件、设计、生产、施工及 EPC 一体化单位和高校，充分体现了项目要求的产、学、研、用结合，为项目的实施提供了有力的保障。

7　结论

本项目成果将使预制装配式建筑设计效率大为提高，并大幅降低拼装检测的人工量，通过示范项目及软件系统商品化，全系列软件将提升成为全国预制装配式建筑应用的重要基础产品。基于BIM技术的预制装配式建筑应用使原来的粗放型模式向集约型模式转变，促进建筑产业化的可持续发展，为推动我国建筑工业化做出贡献。

参考文献：

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[3]李滨. 我国预制装配式建筑的现状与发展[J].中国科技信息， 2014(7)： 114-115.

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Application Technology of BIM-based Prefabricated Building System

Xu Jiefeng，Bao Lingling，Ma Encheng，Xia Xuyong，Jiang Li

(CABR Technology Co.， Ltd.，China Academy of Building Research， Beijing 100013， China)

Abstract：According to the demand of the whole industry chain of prefabricated building, and based on the independent BIM platform, this project carries out the key technology research on the collaborative work of the prefabricated building design, production, transport and construction, establishes the BIM-based whole process application system of the prefabricated building, and applies it to the demonstration project application. Through the implementation of this project, independent intellectual property BIM platform, software, systems and standards are developed to provide technical support for the whole process application of the prefabricated building. The project fully explores the advantages of BIM technology information integration, improves design efficiency by more than 20%, and reduces 80% manual test and measurement, greatly reduces engineering cost, which has obvious social and economic benefits and promotes the sustainable development of the construction industry.

Key Words：Independent BIM Platform; Prefabricated Building; BIM Technology; Demonstration Project; Construction Industrialization

【基金项目】“十三五”国家重点研发计划项目“基于BIM的预制装配建筑体系应用技术”(编号： 2016YFC0702000)； “十三五”国家重点研发计划课题“预制装配建筑产业化全过程自主BIM平台关键技术的研究开发”(编号： 2016YFC0702001)

【作者简介】

【中图分类号】TU17

【文献标识码】A

【文章编号】1674-7461(2016)04-0017-04