BIM的实践：在装配式钢结构住宅中

闫增会

BIM的实践：在装配式钢结构住宅中

闫增会

十三五期间，国家对建筑产业化提出更高的发展要求。建筑产业化是指整个建筑产业链的产业化，把建筑工业化向前端的产品开发、下游的建筑材料、建筑能源甚至建筑产品的销售延伸，是整个建筑行业在产业链条内资源的更优化配置，是运用现代化管理模式，通过标准化的建筑设计以及模数化、工厂化的部品生产，实现建筑构部件的通用化和现场施工的装配化、机械化。发展建筑产业化是建筑生产方式从粗放型生产向集约型生产的根本转变，是产业现代化的必然途径和发展方向。

（一）中国建筑产业化与信息化基本背景

我国2016-2020年建筑业信息化发展纲要指出，建筑业信息化是建筑业发展战略的重要组成部分，“十三五”时期，全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力，建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展，初步建成一体化行业监管和服务平台，数据资源利用水平和信息服务能力明显提升，形成一批具有较强信息技术创新能力和信息化应用达到国际先进水平的建筑企业及具有关键自主知识产权的建筑业信息技术企业。

BIM技术的出现是计算机科学、图形学和信息学发展结合的产物，以建筑几何模型和非几何属性信息的统一，既满足了空间构造的几何表达，又以各种建筑信息来满足建筑全生命周期的各种技术和管理需求。BIM技术将为我国建筑业信息化带来强大的技术支持，BIM技术及其技术拓展带来的软件、工具、平台是当前实现建筑业信息化的必选工具和技术。

实现建筑产业化是我国现代化进程中艰巨的历史性任务，而信息化是我国加快实现工业化、产业化和现代化的必然选择。我们坚持以信息化带动产业化，以产业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型产业化路子。

（二）建谊集团钢结构装配住宅虚拟营造新模式

钢结构装配住宅是住宅产业化的重要产品之一，是装配化率最高的装配式住宅形式。钢结构装配住宅用到多种部品，如外墙部品、内墙部品、厨卫部品、机电部品等，涉及多个行业，如建筑、机械加工、机电制造等。钢结构装配住宅的设计建造过程，不完全在于某一部品的优劣，更在于多种部品组合时的构造和工艺关系，以及为此应配备的管理技术。在钢结构住宅全生命周期过程中，需要多个资源厂家的技术和管理信息协同，从而简约、快捷、优质、价廉地完成钢结构装配住宅产品的生产。

BIM和云协同技术的出现为装配式钢结构住宅的产业化生产提供了信息化工具。建谊集团为实现钢结构装配住宅产品的信息化应用，编制了《建谊集团装配式钢结构产品全生命周期BIM实施标准》。标准从BIM实施方法论和实践角度统一了各方对BIM数据的协同应用。涉及全生命周期各阶段虚拟部品、模块化综合部品、BIM软件模板、前期方案模型及投资模型、施工图模型、设计深化模型、模型4D/5D应用、竣工模型、运维模型、BIM软件插件管理等。本文重点从模式上介绍集团结合BIM技术和云协同技术如何实现钢结构装配住宅的虚拟营造。以下是几个重要概念：

1.虚拟营造

即在建筑真正实施前，在电脑虚拟环境中模拟设计结果，模拟建造过程，从而对项目决策提供依据和降低风险。虚拟营造之“营”即是建筑系统模型与构件装配模型的建立过程；虚拟营造之“造”，是对建筑系统模型、构件装配模型以及非实体模型的应用过程。虚拟营造完成之后的数据信息，将指导项目现场实施，大大降低了传统模式不经虚拟模拟带来的风险和成本浪费。

2.构件级异地协同

由于钢结构装配住宅设计多种部品资源，各部品商在虚拟营造过程中，基于BIM模型的在线协同变得非常重要。在设计阶段是基于建筑、结构和机电系统的协同以解决系统矛盾；在部品深化阶段，各生产商在同一模型上若能在线时时沟通进行部品深化、协调工艺和构造方式，将大大降低错误和风险；在虚拟建造阶段，需要建立各种施工工具、场地布置、安全模型等，也能模拟施工建造过程。因不同部品商处于异地，多方基于互联网和BIM技术实现多方同台工作的模式。在互联网环境下，各生产商虚拟部品可基于互联网实现共享，设计师、工程师可快速选择合适的建筑部品。

3.软件生态圈

建谊集团为实现钢结构装配住宅的虚拟营造，建立了软件应用生态圈，如下图：

（三）BIM模型体系的划分

BIM模型分为实体模型与非实体模型两大类。

a.实体模型：即建筑产品本身内存在的部分，分建筑系统模型和构件装配模型两部分。建筑系统构件组成的BIM模型，称为建筑系统模型，是BIM模型的主体；由虚拟部品部件装配形成的模型，称为构件装配模型，是设计深化的一部分，构件深化模型是对建筑系统模型中装配部分的深化表达。而非装配化的构件如抹灰、壁纸、现浇混凝土、房间区域等，还是要存在于建筑系统模型的。

b.非实体模型：是建筑产品本身以外部分如脚手架、场布模型、施工机具模型等。

（四）建谊集团钢结构装配住宅实施路径（以北京市丰台区成寿寺定向安置房为例）

外观效果图

1.软件平台准备

根据钢结构装配住宅内在特点，在BIM软件体系选择中，经过全球考察比选，选定内梅切克GRAPHISOFT ARCHICAD作为主模型建立平台，采用其BIMcloud平台作为基于构件级的异地协同平台。各阶段、各参与方均在BIMcloud上基于不同阶段模型开展工作。其他软件参见软件生态圈章节。

BIMcloud协同机制如下几张图所示：

目的：业主、建筑师、施工方等多方通过BIMcloud上的ARCHICAD模型进行数据和信息共享，无论他们身处何地，只要有网络。

实现机制：BIM模型存储云服务器上，可实现模型的建立、调用、信息加载与提取，各参与方通过不同的权限获取对模型和信息的参与权

关键技术：增量传输技术，使在网络上传输的只是某一操作时间内新增或修改的数据，可做到基于建筑构件级别的协同

移动端应用：移动端设备上的轻量化模型，通过网络能与BIMcloud上的模型进行在线沟通，可指导现场施工

2.虚拟部品库储备

装配式钢结构住宅用到非常多的部品部件，必须提前对各种部品的性能、参数有储备，以虚拟部品的形式建好模型，加载必要的信息，以便在产品实施过程中调用，实现共享。

3.钢结构住宅户型库研发

钢结构装配住宅产品不同于传统结构，例如剪力墙结构住宅，户型研究是一个系统工程，有其内在的特点，尤其是结构的建筑户型的约束很大。以建谊集团北京丰台区成寿寺定向安置房钢结构装配住宅户型图为例，18层以下，柱网全部为6600x6600标准柱网，可演变出多种面积的套型，以实现套型多样化。特别说明的是，该户型有严格的套型比要求，同时因日照间距的问题，进深不能做大，只能做成板楼。柱网采用6600x6600是考虑到中间不加次梁的情况下，叠合楼板要求板跨不能太大。

集团一代钢结构住宅户型产品（用于北京成寿寺定向安置房）

4.实体模型之系统模型（以建筑系统模型为例）

方案阶段开始，全部在ARCHICAD中完成方案设计，通过不同单元间的嵌套，又衍生出多种户型。

户型组合方案模型

施工图阶段，全部在ARCHICAD中完成建筑专业设计，并将TEKLA钢结构模型通过IFC格式导入ARCHICAD进行精细化协调。

建筑系统模型（施工图出图模型）

5.实体模型之部品深化模型（以内墙、外墙和装配楼板为例）

内墙砂加气条板深化模型

内墙砂加气条板GD构件参数设定

外墙：砂加气条板+保温复合一体板深化模型

楼板：钢筋桁架叠合楼板深化模型

6.非实体模型

以下仅举几个例子，说明非几何模型的建立和应用情况，例如，通过ARCHICAD软件和GDL语言技术，建立参数化模型，可通过GDL参数的调整实现各种可行性模拟，例如模拟塔吊半径是否能覆盖需吊装的区域、各种空间分析，而不必每实验一种可能性就要建一次模型，更不必通过三维动画等实现模拟，因为其成本较高，效率较低。

基坑开挖及场地布置模型

通过GD热点可任意调整热点，形成任意边支护桩模型，而桩间距可自由定制，而且可在构件中看到桩的数量。

支户桩GDL构件

再如，通过ARHICAD模型和GDL构件，精确描述出单侧支模地下室外墙的构造关系和施工工艺；冬季施工的施工方案也可完全用BIM模型表达出来。

冬季施工措施模型

地下室外墙单侧支模模型

钢结构装配住宅是装配化率最高的住宅，用到多种不同生产商的部品，如何协同各方共享信息模型，协同工作，处理好不同部品间的构造和工艺关系，是实现其虚拟营造的关键。建谊集团采用GRAPHISOFT ARCHICAD和BIMcloud模型协调平台，提出了虚拟营造的工作模式。虚拟营造完成后，将形成指导现场实施的精确数据，可实现基于增量传输技术的构件级异地协同，大大提高了信息共享和协同的效率，实现建筑产业化与建筑信息化的高度结合。

由于篇幅原因，同时4D/5D应用因企业的具体管理方式不同而不同，本文未展开对BIM模型的4D/5D及运维应用的描述。

该模式对于中国企业为海外的项目实施也提供了非常有价值的借鉴意义，大大减少海外派驻人员的数量，而以BIM模型的协同协调各方的工作。

（作者：北京建谊投资发展（集团）有限公司设计总监兼BIM技术执行总监）