BIM與鐵路房屋裝配式建筑

裝配式建筑采用預制件像搭積木一樣作業(yè)。目前，預制裝配式建筑在民用建筑，特別是住宅樓中應用較多，在鐵路行業(yè)尚處于起步階段。鐵路區(qū)間房屋具有數(shù)量多、設計標準統(tǒng)一、可復制性強等特點，十分有利于裝配式施工。

“BIM+裝配式建筑”有利于發(fā)揮兩種概念的內(nèi)在優(yōu)勢，推進鐵路房屋向智能化、信息化方向發(fā)展。有必要針對鐵路生產(chǎn)生活房屋的設計與施工現(xiàn)狀，結合鐵路自身的特點和生產(chǎn)實際，對鐵路房屋裝配式建筑進行系統(tǒng)的、有針對性的研究。

目前的裝配式建筑包括預制鋼筋混凝土結構、裝配式鋼結構、預制集裝箱房屋等結構類型，其中預制集裝箱式機房在武廣高鐵中有所應用，但由于防潮、耐久性等問題，箱式機房在應用一段時間后被棄用。裝配式鋼結構在鐵路站臺雨棚、檢修庫等結構中應用較多，但在生產(chǎn)生活房屋中應用較少。近年來，輕型鋼結構在小型鐵路房屋中有所應用，在石濟客專、京沈客專沿線的鐵路治安崗亭采用裝配整體式輕鋼結構，取得了良好的使用效果。

裝配整體式治安崗亭

京雄鐵路目前正在積極推進裝配式試點房屋建設，在通信基站等小型房屋中采用裝配式建筑輕鋼龍骨復合墻體體系，對裝配智能建筑進行了積極探索。在預制裝配式混凝土結構方面，新疆阿富準鐵路在生產(chǎn)生活房屋整合的基礎上，站區(qū)以及部分區(qū)間房屋采用了裝配式混凝土框架結構，項目正在推進中。此外，裝配式擋墻、圍墻等構筑物也在鐵路項目中開始應用。

裝配式圍墻

鐵路行業(yè)關于裝配式建筑的研究起步較晚，從2014年至今，中國國家鐵路集團有限公司（原中國鐵路總公司）、各鐵路設計院及相關科研院校先后對裝配式雨棚、裝配式擋墻（管溝）、鐵路區(qū)間裝配式建筑及定額等開展專題研究，取得了相關的研究成果并編制了通用參考圖。2018年，針對裝配式建筑輕鋼龍骨復合墻體，中國鐵路設計集團有限公司、中國鐵建電氣化局集團有限公司等單位聯(lián)合中國鐵道科學研究院集團有限公司共同對其耐久性問題開展專門試驗研究。但基于BIM技術的鐵路房屋裝配式建筑及其智能建筑等研究目前尚未開展。

基于BIM技術的鐵路房屋裝配式建筑

裝配式建筑的核心是“集成”，BIM技術是“集成”的手段，可實現(xiàn)裝配式建筑全過程、全專業(yè)的集成應用。現(xiàn)以鐵路區(qū)間房屋為例，利用BIM技術及其理念對裝配式建筑進行相關研究，對其全過程的信息化和智能化進行探索。

設計階段

裝配式建筑設計不僅是構件的拆分與組裝，還是多專業(yè)的集成與融合，BIM技術能很好地滿足設計各階段的需求。鐵路房屋裝配式建筑的前提是標準化，需要房屋的尺寸符合建筑模數(shù)要求。BIM技術通過族庫建立各種形式的預制構件，可通過多種組合與方案比選，實現(xiàn)裝配式標準設計。裝配式建筑由于集成的需要，涉及建筑、結構、水暖、四電等多個專業(yè)，BIM技術能通過構建的設計平臺支持多專業(yè)進行不同階段的協(xié)同設計。裝配式建筑強調(diào)集成化設計，需要在墻板等預制構件中考慮各種管線、孔洞的預埋，同時裝配式建筑要求全裝修，提倡裝配化裝修的理念，BIM技術通過三維可視化形式，對管線、構件、裝修等進行詳細表達，進行碰撞檢查及優(yōu)化，以實現(xiàn)布置的合理性。

鐵路房屋裝配式建筑BIM模型

裝配式建筑管線集成

BIM技術對鐵路房屋裝配式建筑的優(yōu)勢還體現(xiàn)在深化設計方面，深化設計模型在施工圖設計模型基礎上，通過增加或細化模型元素等方式進行創(chuàng)建，對主要節(jié)點、管線、埋件、構件、連接件等進行深化設計，同時將非幾何信息錄入模型或利用BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺關聯(lián)至模型，通過對模型信息的不斷豐富，逐步完善BIM模型，為后續(xù)構件的制作與安裝打下良好基礎。

生產(chǎn)階段

在鐵路房屋裝配式建筑構件的生產(chǎn)過程中，BIM技術應用主要體現(xiàn)在構件的放樣以及預加工等方面。預制加工的BIM模型以深化設計模型為基礎，通過制定工藝方案并與預制加工模型進行關聯(lián)，在預制加工過程中進一步補充材料信息、生產(chǎn)批次信息、構件屬性、零構件圖、工序工藝、工期成本信息、質(zhì)檢信息、生產(chǎn)責任主體等信息。通過直接從預制加工模型中提取加工信息，并使用專業(yè)計算機輔助軟件生成相關數(shù)控工藝文件，實現(xiàn)BIM模型的放樣。

裝配式建筑構件規(guī)格一致、標準統(tǒng)一，便于工廠化制作，而BIM為構件的智能制造提供了強大的技術載體。BIM技術結合Sino-BIM云平臺等信息化管理手段可對拆分后構件進行統(tǒng)一管理，對每個構件通過二維碼方式實現(xiàn)“一物一碼”標識，同時植入無限射頻芯片（RFID），對構件生產(chǎn)、運輸?shù)冗M行實時跟蹤（見圖7），可達到工廠化智能制造、現(xiàn)場智能裝配、節(jié)能環(huán)保、綠色智能融合等目的，實現(xiàn)了工程項目全生命周期管理的理念。

基于BIM的“一物一碼”管理

施工階段

BIM技術在施工階段主要體現(xiàn)在施工模擬方面。以京雄鐵路裝配式建筑為例，通過分析裝配式建筑的施工工藝，利用虛擬施工技術對裝配式建筑的場地布置、構件吊裝、節(jié)點連接等關鍵技術進行施工模擬。同時，通過不同軟件、不同插件的使用對比，以及操作過程中不同實施方式的分析，對虛擬施工中建模過程、碰撞檢測、施工進度模擬、漫游制作等方面進行探索，在符合經(jīng)濟性及實用性的條件下，完成對裝配式建筑虛擬施工的模擬。BIM可為裝配式建筑進行全過程虛擬施工模擬提供有效的軟件與技術支持，同時為裝配式建筑施工提供實際參考依據(jù)，對現(xiàn)場施工具有指導意義，可有效避免浪費，并可提前把握施工過程中的重點及難點，為優(yōu)質(zhì)高效地開展施工提供依據(jù)。

基于BIM的裝配式建筑拼裝圖

相關建議

當前鐵路房屋裝配式建筑的研究與應用取得了一定進展，但由于鐵路房屋自身的特點，在構件性能、安裝施工以及造價定額等方面還存在種種制約因素，限制了裝配式建筑的規(guī)?；瘧?。展望鐵路房屋裝配式建筑的發(fā)展，可從以下方面開展進一步研究和完善：

鐵路房屋種類多，涉及專業(yè)多，工藝要求多樣，建筑尺寸、平面、規(guī)格上也不盡相同，因而裝配式構件種類眾多，標準化、工廠化生產(chǎn)的難度大且生產(chǎn)成本較高。因此，可利用BIM技術開展房屋整合研究，在滿足工藝專業(yè)要求的前提下，通過BIM模型的方案對比，對各類房屋進行整合和歸并，統(tǒng)一規(guī)劃布置并預留發(fā)展條件，提高房屋的標準化，形成構件的模塊化，達到生產(chǎn)的工業(yè)化，以降低整體造價。

鐵路房屋裝配式建筑相關的規(guī)范、技術標準尚不完善，如裝配式預制率與裝配率、評價等級、驗收標準等。目前，《裝配式建筑評價標準》中規(guī)定了裝配率的計算和評價等級，各地方根據(jù)實際情況規(guī)定了裝配式預制率與裝配率的具體計算細則，但鐵路行業(yè)還沒有明確的裝配式預制率與裝配率的計算細則。鐵路裝配式建筑施工過程中缺少流程控制標準及工藝標準，且在目前裝配式結構質(zhì)量驗收規(guī)范中還存在一定缺陷，這些都在一定程度上限制了裝配式建筑的推廣。此外，鐵路房屋中的BIM技術尚缺少統(tǒng)一的應用指南，模型信息深度、精度以及成果文件等沒有統(tǒng)一標準，這也在一定程度上限制了“BIM+裝配式建筑”的融合應用。

目前，鐵路房屋裝配式建筑的設計集成化、裝配智能化水平不高。建筑設計及構件拆分中，僅考慮管線、孔洞的設計，尚未綜合考慮智能監(jiān)測、建筑全裝修、集成廚衛(wèi)等集成設計。生產(chǎn)和安裝過程中，智能建造和信息化管理也處在初期探索階段。因此，裝配式建筑的智能研究應在既有成果基礎上，大力發(fā)展適用于鐵路房屋的BIM 信息化管理平臺，以產(chǎn)業(yè)鏈為主線，通過實時采集項目審批、設計、建材及部品生產(chǎn)過程、運輸過程、施工及裝配過程、監(jiān)理驗收及運營過程等全生命期質(zhì)量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑質(zhì)量可溯源，利于上下游企業(yè)及企業(yè)內(nèi)部信息共享互通，實現(xiàn)生產(chǎn)、施工的信息化管理。

加快鐵路房屋裝配式建筑定額及經(jīng)濟性研究。目前，房屋裝配式建筑缺少相應的鐵路定額，且造價較高，預制裝配式混凝土結構比現(xiàn)澆混凝土結構投資增加20%～35%，這也是制約鐵路房屋裝配式建筑應用的主要因素之一。鐵路房屋裝配式建筑定額及造價應綜合考慮工程量規(guī)模、構件模數(shù)化程度、施工環(huán)境、運輸條件、運輸距離等多種因素，計算設計費用、生產(chǎn)運輸費用、吊裝安裝費用等。下一步工作中，可利用BIM技術在工程量統(tǒng)計、生產(chǎn)物資管控等方面的優(yōu)勢，對預制構件的自建自產(chǎn)與民用市場采購進行深入對比，確定合理的建廠距離和采購模式，實現(xiàn)鐵路裝配式建筑的經(jīng)濟合理。

在BIM技術的基礎上，結合EPC模式，開展設計施工一體化以及產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化研究。EPC模式與裝配式建筑技術相結合，在項目組織結構、設計優(yōu)化與資源整合、工期控制、成本控制和專業(yè)化管理等方面具有明顯優(yōu)勢，可以結合目前正在實施的鐵路EPC項目，開展裝配式建筑的設計-加工-裝配一體化協(xié)同控制研究。同時，針對鐵路小型生產(chǎn)生活房屋開展全裝配整體式建筑研究，進而形成產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。

由于裝配式建筑具有綠色環(huán)保、節(jié)約工期、管理成本低、施工質(zhì)量高等優(yōu)點，以及近年來國家政策的大力支持，裝配式建筑在鐵路房屋中有很好的發(fā)展前景，而BIM技術為裝配式提供了強大的載體和技術支撐。應著重在房屋標準化與模塊化、裝配式建筑與BIM技術的深入融合、設計施工一體化等方面開展深入研究，解決裝配式建筑設計與施工中的突出問題，推進鐵路生產(chǎn)生活房屋的建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，推進智能鐵路的發(fā)展。

（編輯：奚雅青）