BIM技术在装配式建筑中的应用研究
——以火神山、雷神山项目为例

满吉芳

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁锦州121000）

0 引言

新冠肺炎疫情肆虐武汉之时，为缓解定点医院床位严重紧缺这一问题，武汉市参照北京小汤山医院的模式，于1月23日开工建设火神山医院（建筑面积34000m2，可容纳床位1000张），并于2月2日正式交付。同时，于1月25日开工建设雷神山医院（建筑面积75000m2，可容纳床位1500张），并于2月5日正式交付[1]。在这令世界惊叹的 “中国速度” 背后，不仅有数千名建设者的日夜鏖战，更有着强有力的技术保障——BIM与装配式建筑技术。

1 疫情下装配式建筑BIM应用需求分析

疫情来势汹汹，确诊人数不断上升，床位紧缺问题不断加剧。时间就是生命，提前一分钟交工，就多一分胜算。在工期如此紧迫的情况下，装配式钢结构因 “安装速度快” 脱颖而出，成为了最佳选择。但是，若采用常规的建设模式，仍无法满足工期需要。特殊时期，只能打破常规，实施边设计、边加工、边施工的 “三边工程” 建设模式[2]。而BIM技术，为这种特殊的建设模式提供了可靠的平台和有力的技术保障。

1.1 设计阶段

目前，建筑规划主要依据二维平面图纸，设计人员很难从全局的角度统筹规划，导致规划效果不理想。同时，建筑设计为阶段性、单向性的设计，只有上游设计完成后才能传递到下游[3-4]，设计过程中各专业相互独立，缺乏沟通交流，致使设计中常常出现构件碰撞问题，影响后期施工。

BIM技术的可视化功能，可直观显示医院与周围场地之间的关系，有助于设计人员统筹全局，做出合理的空间规划方案。同时，BIM技术为各专业的协同设计提供了平台，各专业设计人员可在统一平台上建立BIM模型，完成施工图设计，避免因沟通不畅而产生错、漏、碰、缺等问题[5]，大幅度提高设计精度和设计效率，缩短设计时间，为 “三边工程” 的顺利实施提供可靠的保障。

1.2 构件生产阶段

装配式建筑构件的常规加工流程为：人工统计构件数量和规格→深化加工图→人工加工构件。该流程主要有两大缺点：一是人工统计耗时长，影响施工工期；二是人工加工有误差，容易导致现场装配失败。

而BIM模型将关联的建筑信息分类存储，构件加工厂可以直接通过BIM模型导出构件统计报表，并根据基于BIM的施工进度模拟制定构件生产计划，确保生产计划与施工进度相符。同时，基于BIM技术的数字化加工流程，不仅能提高构件的加工精度，而且可缩短构件的加工时间，为火神山、雷神山项目的按期交付提供了重要的时间保障。

1.3 施工阶段

装配式建筑施工的特点是构件数量多、吊装工作量大、装配精度要求高。若正式吊装装配前不能进行施工模拟，往往会在装配过程中出现吊装顺序不当、构件相互碰撞、构件装配有误差等一系列问题，甚至需要返工，严重影响施工进度。此外，由于构件类型多、数量大，若施工场地平面布置不合理，也会在一定程度上影响吊装效率，进而影响施工进度。

火神山、雷神山项目工期十分紧迫，决不允许出现半点差错，更没有返工的余地，而BIM技术可为高质量、快速施工保驾护航。正式装配施工前，可利用BIM技术进行施工模拟，对构件吊装顺序的合理性进行验证，以进一步优化施工技术方案，提高装配施工的效率。同时，可通过施工模拟动画找寻关键施工节点，以便对施工人员进行直观易懂的可视化交底，确保构件装配过程无差错、无返工。此外，可视化的施工平面布置，可帮助施工管理人员优化场地布置，确保构件有序进场，合理堆放，为提高吊装效率、加快吊装施工进度提供保障。

2 BIM技术在火深山、雷神山项目中的应用

为加快建设进度，火神山、雷神山项目均采用了边设计、边采购、边施工的 “三边工程” 建设模式，三者同步推进，同步调整，这对资源统筹和协同配合提出了很大的挑战。而BIM技术是赢得本次挑战的催化剂。

2.1 BIM技术在项目设计中的应用

疫情如火，刻不容缓。中信建筑设计研究总院有限公司和中南建筑设计院股份有限公司临危受命，勇担重任。设计人员在公司领导的统一指挥和协调下，充分利用BIM技术，精准对接施工现场，日夜鏖战，最终优质、高效、按时完成了设计任务。

2.1.1 可视化模拟，优化方案设计

设计人员利用BIM技术创建三维地形地貌模型，准确分析建筑与场地之间的关系，完成可视化的三维空间规划。火神山医院位于蔡甸区武汉职工疗养院北侧，东临知音湖，为了与其保持一定的距离，且能够容纳更多的床位，另一侧沿南北公路顺序排列，故火神山医院整体布局为 “L” 型，如图1所示。

图1 火神山医院效果图

雷神山医院位于江夏区黄家湖畔的第七届世界军运会停车场上，建设用地面积约22m2，总建筑面积约7.9m2。根据用地情况，将东、西两区分别规划为隔离医疗区和医护生活区，并配备有相关运维用房[6]，如图2所示。

图2 雷神山医院效果图

不同于一般的公共建筑，火神山、雷神山项目均为应急传染病医院，为了实现医患分区，洁污分流，设计应符合 “三区两通道（三区是指污染区、半污染区、清洁区；两通道则是指病人通道和医护通道）” 标准，内部布局错综复杂。为了更加直观地分析医院内部布局的合理性，设计人员利用BIM技术的3D漫游功能，对整个医院内部进行全方位、多角度的观察，并根据分析结果，完成内部空间布局的改进优化（图3）。

图3 雷神山医院BIM模型渲染图

2.1.2 BIM正向设计，服务 “三边工程”

传统装配式建筑的建设流程为：基于二维图纸的设计→建模分析计算→绘制施工图→施工单位绘制加工详图→设计院认可→工厂加工→现场拼装，该模式显然不适用于 “时间就是生命” 的火神山、雷神山项目。这两个项目均采用BIM正向设计，全过程都基于BIM三维模型完成，流程如下：设计单位搭建三维模型→结构分析计算→调整三维模型→导出施工图→施工单位通过BIM平台导出加工详图。BIM正向设计，使结构分析计算、施工图绘制和加工详图绘制工作几乎同时完成，更好地服务于 “三边工程” ，为如期交付工程提供了保障。

2.1.3 多专业协同设计，提高设计精度

传染病医院建设中除了涉及到常规的基础工程、土建及装饰工程、给排水及消防系统、供配电系统、照明与监控、通风空调系统、通信弱电外，还涉及医用气体工程、净化工程、污水处理等多个专业。若设计不当，将会出现大量的碰撞问题，而BIM技术完美解决了这一难题。BIM为各专业协同设计提供了平台，各专业设计人员能够同时基于同一个三维建筑模型进行设计和优化，对模型进行可视化碰撞检查，避免由于各专业之间沟通不畅导致错、漏、碰、缺等问题，大幅度提高了设计精度和设计效率。

2.2 BIM技术在构件生产中的应用

火神山、雷神山医院建设期间， “云监工” 看到的是施工现场忙碌的身影，看不到的是构件加工厂的日夜奋战。为了加快施工进度，减少现场作业量，火神山、雷神山项目均采用钢结构箱式房装配化施工，即主体为钢结构装配式施工，病房采用集装箱式活动板房模块化拼接。所有构件均由工厂加工、拼接完成后运往施工现场进行整体吊装，与现场施工穿插完成。而时至春节，大批工人放假返乡，构件加工面临着前所未有的挑战。

BIM技术的引入，轻松化解了 “艰巨的构件加工任务与有限的工人” 之间的矛盾。构件加工厂通过BIM模型导出构件统计报表后，立即排产，日夜奋战，积极开展基于BIM技术的数字化生产，大幅度缩短了构件生产时间，提高了生产效率，为项目的按期交付提供了保障。

2.3 BIM技术在项目施工中的应用

疫情，不等人；与死神竞速，间不容发。在中建三局的牵头带领下，各方迅速进入战时状态，奋战在这场没有硝烟的战争中。施工过程中，采用全过程BIM模拟，不断优化施工方案。同时，实施基于BIM的信息化管理，将每一个节点精确到分钟，坚决不浪费一分一秒时间。最终，两所医院如期交付使用。

2.3.1 全过程BIM模拟，优化施工方案

火神山、雷神山医院的建设采用了全过程BIM模拟。对轻钢结构安装顺序、施工机械走行路线及集装箱式活动板房吊装次序的合理性进行验证分析，进一步优化施工方案，提高施工效率，缩短施工时间。同时，利用BIM技术对施工人员进行直观的可视化交底，帮助施工人员更直观地了解施工，为顺利、快速施工提供了重要保障。

2.3.2 基于BIM的信息化管理，确保几十道工序齐头并进

火神山、雷神山项目均采用基于BIM的信息化管理，精确每一步施工计划所需时间，确保现场几千名工人和近千台各种大型机械设备和运输车辆有序作业，几十道工序齐头并进，现场施工和整体吊装穿插进行，如图4所示。同时，根据现场情况进行实时纠偏，做到有序对接，坚决不浪费一分一秒，为项目如期交付提供了保障。

图4 火神山医院现场有序施工

3 BIM技术与装配式建筑深度融合的措施

我国自2015年起开始大力推广BIM技术与装配式建筑，二者已逐渐成为建筑行业关注的焦点，火神山、雷神山项目的神速完成，更进一步提高了人们对这两项技术的关注度。但是，目前二者尚未完成深度融合，无法充分突显BIM技术在装配式建筑中的应用优势，达不到 “1+1＞2” 的效果。因此，为加速BIM技术与装配式建筑的深度融合，进一步拓展BIM技术在装配式建筑中的应用，需采取一些切实可行的措施。

3.1 全面升级装配式建筑产业链

BIM技术与装配式建筑深度融合后，二者之间便构成了 “一荣俱荣，一损俱损” 的共生关系，只有二者均 “荣” ，才能真正达到 “1+1＞2” 的效果。而目前我国装配式建筑尚未形成完整的产业链，各建设阶段的技术管理水平参差不齐，各环节间相互牵制，严重阻碍了装配式建筑的产业化发展[7-8]。因此，为实现BIM技术与装配式建筑的完美融合，必须全面升级装配式建筑的产业链，均衡提高各建设阶段的技术管理水平，消除建筑设计、构件生产、装配施工等各环节间的相互牵制，全面促进装配式建筑产业化发展，为实现二者完美融合打下坚实的基础。

3.2 大力推广工程总承包模式

全过程统筹管理、全环节深度融合是发展装配式建筑的重要前提。虽然BIM技术将设计、生产、施工、运行维护等各个环节集成了起来，但由于无统筹管理，使得全环节深度融合的难度较大[9]。若采用总承包模式，由项目总承包单位进行全过程统筹管理，可有效促进各环节的有机融合，更加充分发挥BIM技术的优势，实现装配式建筑全寿命周期数据共享和信息化管理。因此，笔者建议政府出台一些强制性、激励性政策，大力推广工程总承包模式，促进工程管理由碎片化向集成化方向发展，为实现装配式建筑产业化提供保障。

3.3 积极推进专业人才队伍建设

促进BIM与装配式建筑的深度融合，推动装配式建筑智能升级，是装配式建筑产业化的必由之路。因此，每一个从事装配式建筑行业的企业，都应充分认识到BIM专业人才的重要性，建立健全人才培养保障体系和长效机制，加大BIM专业性人才的培养力度，积极推进专业人才队伍建设，提升自身在行业中的竞争力。

4 结论

火神山、雷神山项目的顺利建成，将装配式建筑与BIM技术的优势展现得淋漓尽致，但关于二者深度融合的研究才刚刚起步，我们应在此基础上，进一步探索深度融合BIM技术和装配式建筑的途径，拓展BIM技术在装配式建筑中的应用。同时，全面升级装配式建筑的产业链，消除 “短板效应” ，大力推进BIM专业人才队伍建设，为实现装配式建筑产业化提供技术和人才保障。

图片来源：

图1、图2：《人民日报》官方网站；

图3：中国暖通空调网。