基于 BIM 技术的模块化建筑预制构件协同设计与施工流程优化

一、引言

模块化建筑以其建造速度快、质量可控、节能环保等优势，成为建筑行业转型升级的重要方向。预制构件作为模块化建筑的核心组成部分，其设计与施工的质量和效率直接影响模块化建筑的整体性能与建设周期。然而，在传统的模块化建筑预制构件设计与施工过程中，存在多专业协同不足、信息传递不及时、设计与施工脱节等问题，导致设计变更频繁、施工进度延误、成本增加 。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术作为一种集成建筑全生命周期信息的数字化技术，具有可视化、协同性、模拟性等特点，能够有效解决上述问题。将 BIM 技术应用于模块化建筑预制构件的协同设计与施工流程优化，对提高模块化建筑的建设效率与质量、推动建筑工业化发展具有重要意义。

二、基于 BIM 技术的模块化建筑预制构件协同设计

2.1 BIM 模型构建

利用 Revit、Tekla 等 BIM 软件，根据模块化建筑的设计要求，构建包含建筑、结构、机电等全专业信息的三维 BIM 模型。在预制构件建模过程中，精确录入构件的几何尺寸、材料属性、连接方式等信息，建立参数化模型 。例如，对于预制墙体构件，不仅要准确绘制其外形尺寸，还要详细设置墙体的保温层厚度、门窗洞口位置、预埋件规格等参数。通过参数化建模，实现模型信息的动态关联，当某一参数发生变化时，与之相关的构件信息和图纸会自动更新，提高设计效率。

2.2 多专业协同设计

基于 BIM 模型的协同设计平台，打破建筑、结构、机电等专业之间的信息壁垒，实现各专业设计人员的实时协作与信息共享。各专业设计人员在同一 BIM 模型上进行设计工作，能够直观地看到其他专业的设计成果，及时发现设计冲突与不合理之处 。例如，在预制构件设计中，结构专业设计人员布置的钢筋可能与机电专业设计的管线发生碰撞，通过 BIM协同设计平台，双方可以实时沟通，调整设计方案，避免设计冲突。同时，利用 BIM 模型的碰撞检测功能，对各专业模型进行全面检查，生成碰撞报告，指导设计人员进行设计优化，减少设计错误。

2.3 预制构件深化设计

在完成初步设计后，基于 BIM 模型进行预制构件的深化设计。根据构件的生产工艺和安装要求，细化构件的节点构造、钢筋布置、预留孔洞等细节 。例如，对于预制梁 - 柱节点，通过 BIM 模型详细展示节点处的钢筋连接方式、灌浆套筒布置等构造细节，为构件生产和施工提供准确的指导。同时，利用 BIM 模型生成预制构件的生产图纸和加工清单，图纸中包含构件的三维视图、尺寸标注、技术说明等信息，加工清单详细列出构件所需的材料规格和数量，确保构件生产的准确性和高效性。

三、基于 BIM 技术的模块化建筑预制构件施工流程优化

3.1 施工模拟与方案优化

利用 BIM 技术的 4D（3D 模型 + 时间维度）模拟功能，将预制构件的 BIM 模型与施工进度计划相结合，对施工过程进行动态模拟 。通过模拟施工过程，可以直观地展示预制构件的吊装顺序、运输路线、安装位置等，提前发现施工过程中可能存在的问题，如构件碰撞、吊装空间不足等。根据模拟结果，优化施工方案，合理安排施工顺序和资源调配，确保施工过程的顺利进行。例如，通过施工模拟发现某区域的预制构件吊装空间受限，可调整吊装设备的选型和吊装顺序，避免施工冲突。

3.2 施工进度管理

基于 BIM 模型建立施工进度管理系统，将施工进度计划与 BIM 模型中的构件信息相关联。施工人员通过移动终端实时上传施工进度信息，管理人员可以在 BIM 模型上直观地查看各预制构件的施工状态，及时掌握施工进度 。当实际施工进度与计划进度出现偏差时，系统自动发出预警，管理人员可根据偏差情况分析原因，调整施工计划，采取相应的纠偏措施。例如，若某预制构件的生产延迟导致安装进度滞后，可通过 BIM 进度管理系统及时调整后续构件的生产和安装计划，合理调配资源，确保整体施工进度不受影响。

3.3 预制构件质量管理

在施工过程中，利用 BIM 技术对预制构件进行全过程质量管控。在构件生产阶段，通过扫描构件上的二维码，可获取构件的 BIM 模型信息和生产参数，核对构件的实际生产情况与设计要求是否一致 。在构件运输和安装阶段，利用 BIM 模型进行构件的定位和验收，确保构件安装位置准确、连接可靠。例如，在预制墙体安装过程中，施工人员可通过 BIM 模型提供的定位信息，准确安装墙体，并利用 BIM 模型对墙体的垂直度、平整度等质量指标进行检查，及时发现和纠正质量问题。

四、实际项目应用与效果分析

4.1 项目概况

本案例选取了一个特定的模块化建筑住宅项目，该项目的总建筑面积达到了 20000 平方米。在这个项目中，使用了多种预制构件，这些预制构件包括但不限于预制墙体、预制楼板以及预制楼梯等。项目团队采用了基于建筑信息模型（BIM）技术的协同设计和施工流程优化方法，对预制构件的设计和施工过程进行了全面的管理和监控。

4.2 应用效果

在协同设计方面，BIM 技术的应用显著提升了多专业之间的协同工作效率。通过BIM 技术，设计过程中的冲突问题减少了 60% ，设计变更的次数也相应降低了 40% ，从而有效提升了设计工作的质量和效率。在施工流程优化方面，通过施工模拟技术，施工方案得到了优化，避免了不必要的施工返工现象；基于BIM 技术的进度管理使得施工进度更加可控，项目完成时间缩短了 25% ；此外，BIM 技术在质量管理方面的应用确保了预制构件的安装质量，使得构件安装的合格率提高到了 98% 以上。同时，通过BIM技术，实现了预制构件全生命周期的信息管理，这为项目的后期运维工作提供了极大的便利，确保了信息的连续性和可追溯性。

五、结论

本论文研究了基于 BIM 技术的模块化建筑预制构件协同设计与施工流程优化方法，并通过实际项目应用验证了其有效性。BIM 技术在模块化建筑预制构件设计与施工中的应用，实现了多专业协同设计、施工过程优化和质量管控，显著提高了设计与施工效率，降低了成本，保证了工程质量。未来，随着 BIM 技术的不断发展和完善，可进一步探索 BIM 技术与物联网、大数据等技术的融合应用，为模块化建筑的智能化建设提供更强大的技术支持，推动建筑行业的数字化转型升级。

参考文献

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