装配式BIM技术的研究通常是局限于设计或是施工阶段，尚缺从设计到施工、最终运营维护的全生命周期阶段的装配式BIM技术的应用。本文介绍全生命周期阶段的装配式BIM技术应用的技术路线，即开发构件库平台以便于管理PC构件族库; 开发BIM合模插件，进行装配式BIM技术的三维可视化协同设计; 综合应用PKPM－BIM协同平台及Navisworks软件进行预制构件深化设计及加工; 应用品茗HiBIM软件进行机电深化设计; 建立BIM模型，结合BIM+建造管理平台进行施工阶段的BIM应用; 开发运维平台，便于进行运营维护BIM应用。

设计阶段的装配式BIM技术应用

       创建预制构件族库

       创建构件族库，可提高建模效率。各专业建好模型后，再通过碰撞检测，优化装配式建筑各模块的模型，根据模型指导施工。中铁一院开发的构件库平台如图1所示。针对装配式BIM构件进行标准化管理，设计人员上传的构件需经过专人审核才可显示，之后构件才会出现在构件库应用界面，被项目人员应用。搜集整理装配式构件，上传至构件库平台，对装配式构件进行管理，保证装配式BIM设计的标准化。

图1 构件库平台

 

       三维可视化协同设计

       传统的BIM协同方式有二: 其一，为使用Ｒevit软件工作集协同，但此方式基于一个局域网协同，范围不广; 其二，为使用Ｒevit链接方式协同，但此方式无法同时在线协同，只能线下采用将模型参照进项目的方式协同。我院开发的BIM合模插件如图2所示，结合了Ｒevit链接和工作集的优点。使用BIM合模插件，可远程异地同时在线在一个项目中建模或合模。使用合模插件可迅速发现各种碰撞问题，根据合模结果优化设计，减少设计返工。

图2 BIM合模插件

       BIM合模插件可在线批阅，内审人员可直接在模型界面提意见，BIM设计人员逐条修改意见并在 BIM合模插件中回复意见。甚至给业主一个账号，业主可实时登录，提前看到根据最新图纸建立的三维多专业BIM模型。针对立体化的三维模型，业主及时提出意见，各设计可及时返工，节约了设计时间。

       预制构件的深化设计

       基于BIM合模插件及PKPM－BIM协同设计平台，对装配式预制构件进行深化设计，发现设计问题并进行修改，最终用于预制构件的生产及现场装配施工。

       管线分段和支吊架设计

       采用品茗HiBIM机电深化功能对项目的水暖电专业进行深化设计，依据优化后的全专业模型进行机电预制和管线分段。通过对分段的管线进行编号、管线统计和预制出图，得到预制机电工程安装工程量和下料加工图，为项目后续施工提供准确的资源采购计划，避免工期延误。在机电安装准备阶段，提前进行支吊架设计、选型和布置，并进行承载力验算，对不合理的进行调整直到验算通过，最后导出支吊架计算书，作为验算的记录报告。最终形成的暖通分段和支吊架设计模型如图3所示。

图3 暖通分段和支吊架设计三维效果

 

施工阶段的装配式BIM技术应用

       施工单位通过中铁一院自主研发的BIM+建造管理平台可以实现施工综合过程中的管控。BIM+建造管理平台如图4所示，以BIM轻量化引擎为核心，将设计阶段的三维模型轻量化处理，使得在浏览器端就能浏览查看和管理。主要包含质量、安全、技术、进度、人机物料、公文及变更管理等。

图4 BIM+建造管理平台

       装配式BIM技术在施工阶段的应用主要分为预制构件库存模拟、运输模拟、安装模拟、场地布置模拟等的应用。

       改进预制构件库存

       在项目前期施工准备阶段，根据平面布置的原则和规范，将临时设施等载入场地模型中进行动态模拟，使施工现场平面布置达到最优使用状态。优化后的预制构件堆场模型如图5所示。

图5 预制构件堆场优化

       预制构件运输模拟

       模拟预制构件在城市道路上的运输及施工现场的环形运输，如图6所示。

图6 预制构件运输模拟

       预制构件安装中的运用

       施工前进行预制构件吊装模拟，提前发现碰撞问题，如图7所示。

图7 预制构件吊装模拟

       创建内支撑及模板模型，模拟施工，提前发现现场支撑模板时可能出现的问题，并进行优化。相关模型如图8所示。

图8 盘扣架、三角架、梁模板、板模板

       三维场地布置应用

       采用CAD软件的湘源控规插件提取总图中的高程信息并导出为excel格式。用revit软件的地形表面功能读取excel数据，生成原始地形地貌模型。根据设计的场地建筑地坪标高，采用revit场地地坪功能修改原始地形地貌生成含建筑设计地坪的地形模型。在sketchup模型中建立道路河流、古建筑等模型，并分批导入revit族中。以族的形式将模型插入总图模型中，最终生成场地模型。

       通过布置施工的参数化模型，创建标准化的工地，实现场地三维全景漫游，增强可视化效果，使施工人员快速了解现场环境。利用BIM软件进行场地布置和施工模拟，复核材料运输通道、PC构件的吊装方案，优化场地布置，最终施工现场的场地利用率得以提高。最终应用施工场地布置全景模型指导现场施工，如图9所示。

图9 施工场地布置模拟及航拍图

 

运维阶段的装配式BIM技术应用

       智能运维管理系统

       为了更好地管理建筑，进行运营维护，需开发运维管理平台，如图10所示。其中保密措施为采用私有云的部署方式。自动控制层通过传感器、摄像头、门禁等采集信息，生成数据。将生成的数据转入技术平台层进行开发利用。基于技术平台开发出业务功能。最终通过移动端、PC端、大屏展示端三种方式进行终点交互式控制。

图10 运维管理平台架构

       智能空间管理系统

       结合BIM模型与视频监控系统，在运维管理平台上实时监控各层楼、各房间的使用情况，结合AI智能识别系统，统计出使用数据。根据楼层、房间的使用频率，自动生成建议报告，包含空间规划、空间分配、人流管理等。视点管理过程如图11所示。

图11 视点管理

       应急管理系统

       应急预案BIM应用是基于BIM(建筑信息模型)数据、GIS(地理信息平台)及UE4(可视化研发平台)形成的包括但不限于消防攻坚及救援的部署智慧指挥平台，如图12所示。为消防部门部署指挥提供数据可视化支持和依据。消防指挥中心可利用该平台合理制定攻坚及救援预案，并及时分发到现场用于指挥调度。最终通过SDK接口提供业务系统的对接，实现可视化指挥调度。

图12 应急管理

 

总结与展望

     （1）装配式BIM技术还存在BIM软件繁多、数据流转不畅通的问题。为了更好地促进BIM技术服务于业主方，业主需做好顶层设计，限制数类BIM软件数据以便于统一数据格式; 制定好BIM标准，以便于设计院建立的模型可以更好地符合施工方的要求，施工方应用模型可以更好地添加施工信息，进行施工应用。为了更进一步统一数据格式，项目中还可开发一个能够集成不同BIM软件、沟通各方数据的信息平台，提高预制构件设计信息的互操作性。

     （2）由于构件在现场装配过程中缺乏精准性，可能导致构件装配错误，增加装配成本。装配式BIM技术可降低构件安装成本，但构件还不能应用BIM技术精准定位，还需选取一种适用于装配式特定的定位技术，使现场装配能够精准定位施工。

     （3）综合应用构件库平台、BIM合模插件、PKPM－BIM协同设计平台、Navisworks软件、品茗HiBIM软件、BIM+建造管理平台，可促进装配式BIM构件管理、设计、施工的良好发展。进一步需开发运维管理平台，平台可接收BIM合模插件、BIM+建造管理平台的数据，更好地进行BIM运营维护相关工作。设计院依旧是装配式BIM技术的源头方，设计院开发一系列的BIM软件及平台，真正可促进BIM应用的健康、和谐发展。BIM技术不再是一种画完图纸后还需建模型的累赘，而是可及时优化设计方案、优化施工、方便后期运营维护的方法。

     （4）BIM软件及平台众多，工程项目的各参建方需顶层设计，系统及有步骤的开发适合各自的BIM软件及平台，综合应用市面上比较好用的软件，不要轻易开发软件，徒增开发、应用成本。各软件开发时，预留后期开发接口以及与其他参建方数据交流的接口。

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