基于BIM技术的装配式建筑实践教学探索

摘  要：装配式建筑是近几年建筑行业全力推广应用的一种绿色建筑生产建设模式，目前已经在国内各省份进行装配式建筑施工工艺的推广和使用。其中绝大多数此类项目均是依托BIM技术的信息共享平台实现全过程项目管理，较传统的工程项目管理手段与流程有着较大的区别。目前各高校已经针对装配式建筑项目的工程管理实践进行内容的补充与调整，但并未构成项目全生命周期的完整实践训练过程。该文在整合现有实践内容的基础上，探讨由装配式项目的结构设计过程入手，延伸到成本与质量控制、进度模拟等环节的实践内容。同时也对基于GIS-BIM技术的数据融合实践教学内容——从城市尺度下的建筑群落设计与规划角度进行设置。最后，对依托实践教学改革基础上所产生的学生培养成果进行展示，旨在对学生就业、科研能力的提升等方面进行有效推动，同时也为应用型本科高校相关专业的人才培养路径提供参考与启发。

关键词：装配式建筑；GIS-BIM；全生命周期；实践拓展；工程管理专业

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）28-0114-06

Abstract： Prefabricated construction is a green structure production and construction mode which is fully promoted in the construction industry in recent years. The majority of these projects rely on the information sharing platform of BIM technology to carry out the whole process of engineering management. Compared with management methods and processes of traditional engineering project， there are great differences. At recent， colleges and universities have supplemented and adjusted the contents of the practice of engineering management of prefabricated construction projects， but it cannot constitute a complete practical training process in the whole life cycle of the project. On the basis of integrating the existing practice content， this paper discusses the framework of practice content designed from the structural design process to cost and quality control process， schedule simulation and so on. At the same time， the teaching content of data fusion practice based on GIS-BIM technology is also set from the perspective of the building community design and planning at the urban scale. Finally， the results of student training based on the reform of practical teaching are displayed， aiming at effectively promoting the employment of students and the improvement of scientific research ability， and at the same time to provide reference and inspiration for the talents training path of relevant majors in application-oriented universities.

Keywords： prefabricated construction; GIS-BIM; project life cycle; practice expansion; engineering management major

装配式建筑是将建筑生产建设过程中所需要的部件、结构体、材料等进行预制后，将其运送到施工现场进行匹配对接安装，然后通过浆锚或进行混凝土浇筑等方式进行固定，连接成为完整的建筑产品[1]。相较于传统的建筑施工方式，其优势在于工期较短，同时现场劳动量较少，危险性较低。由于较多构件是预制而来，充分满足技术参数要求，故建筑质量在一定程度上有所提升[2]。基于此，国家相关部门等机构在大力推广装配式建筑工艺的使用，来保证装配式建筑的有效推广与实践[3]。国外发达国家，由于其工业化起步早，标准制定严格，建筑类型标准化等原因，装配式建筑的发展起步要早于国内，尤其是在制定装配式建筑建造的安全标准、工艺与工法、建筑材料和预制构件的标准体系等方面，对我国发展装配式建筑提供了大量的参考[4]。随着国内装配式建筑的推广，对房屋建筑施工技术、建筑结构设计、建筑材料的更新迭代、预制构件的加工与生产等各个环节，都提出了新的要求[5]。为了能够更好地完善装配式建筑技术的标准体系与技术细则，急需提升相关专业技术人员对装配式建筑的研究与开发能力及工程项目生命周期的全过程管理等，从而更好地满足建筑市场化加速发展的需求。

一  工程管理专业的实践教学现状分析

工程管理专业是工程施工技术与管理学交叉的综合学科，面向项目建设运行的全过程管理。针对传统施工项目，工程管理人才可以满足科学决策要求，而装配式建筑在施工工艺及流程上，与传统施工工艺有着较大的区别[6]，为了实现培养应用型人才的目标，同时依托山西应用科技学院“管理科学与工程”省级重点建设学科的建设目标与要求，拟对工程管理专业的实践教学进行改革。

对于大多数应用型本科高校，目前工程管理专业实践教学内容基本还保持着传统施工背景下相关内容，主要包含土木工程技术实践、工程造价与成本控制、信息及资料管理、工程测绘及工程制图等。具体开设内容及实践方式见表1、表2。

可以看出，工程管理专业相关课程的实践内容主要是基于传统的工程项目基本流程及施工工艺等进行安排和设置。而针对基于装配式建筑导向的相关实践内容较少或者基本没有开设。虽然部分高校的工程管理专业已经开设了基于BIM技术的实践课程，但其所涉及的内容还是结合传统施工工艺、设计方法等进行训练，更多的实践内容集中在实体模型的创建等。

二  基于BIM技术的装配式建筑全过程实践教学

BIM技术的最大特点是数据流与信息流的高度整合，是基于工程项目全过程生命周期的项目决策、设计、施工和造价的技术支持方案，提供了可视化、协同性、模拟性和优化性为特点的协调管理平台[7]。从国内外大量的项目施工案例可以得知，BIM技术可以解决信息的传递和共享，降低沟通成本，规避高成本的返工、高误差等问题[8-9]。而装配式建筑的施工流程相对明确，技术和工艺要求更高，稍有不慎，就会对项目的成本、进度和质量等产生不良影响[10]。因此，在实践教学内容设置过程中，除了传统建模技术等，还要开设基于BIM技术的以装配式建筑全过程维护与管理为导向的相关实践内容。为了更好地满足项目全过程管理的需求，此次实践内容的拓展拟从项目的设计、选材、构件预制和施工全过程等方面的技术应用入手。

（一）  建筑结构设计阶段的BIM实践内容

目前，装配式建筑的结构设计方法均以现浇结构的设计标准为参考，首先对建筑结构进行确认，分析建筑整体结构，进而拆分构件和设计节点[11]。基于BIM技术的装配式建筑结构设计主要是将标准构件进行整合，形成标准化与通用化的预制构件数据库[12]。预制构件数据库内的所有构件，均具备统一标准与相关技术参数，可以方便调用和补充各类构件。在此基础上，在BIM平台上进行构件调用，并按照结构要求进行组合与装配。为了保证设计精度与要求，同时需要对所构建模型进行分析复核，并利用相关平台软件进行碰撞检查对BIM模型进行调整优化。经过上述过程后，模型信息则能够避免疏漏和冗杂等问题，才能指导施工生产过程。在建筑结构设计过程中，拟安排以下实践内容进行设置，具体见表3。

根据表3内容，在装配式建筑结构设计环节，拟开展四方面的实践教学过程。

1  预制构件库的建立

本项实践依托Revit软件平台进行BIM模型的创建，具体包含构件主体模型构建、构件的几何信息、构件安装参数等各方面内容。

2  碰撞检测与优化

传统结构设计图纸在汇总时，难免会发生冲突和碰撞等，应用BIM技术可进行碰撞检查并出具相关报告，使得设计人员进行修改和优化[13]。本实践过程依托Revit、BIM5D软件平台进行碰撞检测。上述软件平台除了具备三维模型的实时漫游，还可以进行时空角度下的多种三维模型的碰撞校核，实现不同专业间的碰撞检查。在装配式建筑中，构件的安装过程，需要满足较为精细的尺寸要求，从而保证预制构件的顺利拼装。碰撞检测可以准确寻找和定位设计缺陷与错误，进而对模型进行优化和改进，可以快速提升后期施工效率。

3  BIM模型算量

传统招投标中的工程量计算往往耗费较多时间，尤其是如今建筑结构的复杂化，人工计算工程量是具有一定难度的工作。依托BIM软件进行预制构件、所需部件和产品在类型和数量上的统计和各类材料的自动化统计是非常准确与方便的[14]。

4  导出优化的施工图

由于施工图纸的不可替代性，施工期间建筑企业一线工人需要应用施工图纸指导施工，故将优化过的模型进行二维图纸出图则显得十分必要，学生需要掌握三维模型导出二维图纸的基本方法与相关操作。

（二）  建筑施工过程的BIM实践内容

装配式建筑工程在施工项目管理过程中，BIM技术一般可集中应用在四个时间段内，分别是设计深度优化阶段、建设准备阶段、建设阶段和竣工验收阶段[15]。由于结构设计模型的深度优化需要具备较强的结构设计理论与大量的实践经验依托，故本部分的实践内容主要从项目的建设准备阶段、建设阶段和竣工后期验收阶段进行实践内容编排，具体见表4。

根据表4内容，装配式建筑的建设施工全过程，拟安排6项相关实践过程。

1  装配施工现场布设

即传统的施工现场的平面布设，由于施工过程的参与方众多，不同工种与专业施工相互交叉运行，合理的平面优化布设能够在一定程度上提升施工效率、提升施工安全系数等。本实践内容是基于Revit软件的场地建模模块，将已建模好的模型对施工平面组织、材料的堆放位置、临建位置和运输通道等进行模拟，调整建筑机械的位置等安排，实现各分区间的空间位置关系，保障施工流程的正常进行，如图1所示。

为了积极响应国家“绿色建筑”的重要举措，装配现场的布设要考虑基于绿色施工的现场管理，从节水、节能、节约材料和运输路线合理等方面，综合考虑现场布设格局等。学生通过完成本实践相关内容，可以掌握平面布置的相关逻辑与方法，为今后进入项目管理岗位奠定良好基础。