分 类 号 密
级
单 位 代 码 学
号
硕 士 学 位 论 文
BIM 技术在装配式建筑虚拟施工中的应用研究
Research on the Application of BIM Technology in
Virtual Construction of Prefabricated Buildings
作 者 姓 名
专 业 名 称
指导教师姓名
学
院
论文提交日期
原创性声明
学位论文使用授权声明
聊城大学专业硕士学位论文
摘 要
从我国建筑行业的发展现状来看，目前仍在延续着机械化程度低、资源浪费严重、
环境破坏严重等现象的粗放式生产建造模式。因此，我国大力提倡装配式建筑，以此
来解决传统建造方式中存在的不足。装配式建筑具有节能环保、减少人工成本、加快
施工进度、缩短施工工期、提高建筑质量等优点，但同时在装配式建筑施工中，现场
操作人员对施工工艺理解的不完善，现场构件堆放位置及吊装顺序中存在的不合理性，
在一定程度上阻碍了装配式建筑的发展。因此本文提出了 BIM 技术在装配式建筑虚
拟施工中的应用研究。
本文通过对 BIM 理念、BIM 软件、虚拟施工概念及技术体系的研究，分析了 BIM
技术在虚拟施工中的应用环境；通过分析装配式建筑的施工工艺，利用虚拟施工技术
对装配式建筑的场地布置、构件吊装、套筒灌浆等关键技术进行施工模拟；在济南某
装配式项目中，通过不同软件、不同插件的使用对比，操作过程中不同实施方式的分
析，对虚拟施工中建模过程、碰撞检测、施工进度模拟、漫游制作等方面进行了探索，
在符合经济性及实用性的条件下，完成对装配式建筑虚拟施工的模拟。
本论文的研究为装配式建筑全过程进行虚拟施工模拟提供了有效的软件与技术
支持，同时为装配式建筑施工提供实际参考依据，对现场施工具有指导意义。
关键词：BIM 技术；装配式建筑；虚拟施工技术
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ABSTRACT
Due to the developmentsituation of building construction in China, extensive
producing and constructing mode which would cause low mechanized operations, seriously resource wasted and environment destroyed, ect, is still be used in Chinese construction industry.Therefore, China advocate prefabricatedconstruction to solve the problem of traditional construction methods.Prefabricatedconstruction has the advantages such as energy efficiency, environmental protection, reducing artificial cost, speeding up construction schedule, improve construction quality and so on. Meanwhile, during the process of prefabricatedconstruction, the incomprehension of constructiontechnology by constructors, the irrationality of component setting location and lifting sequence caused the obstruction of prefabricatedconstruction development.And this paper put forward the research that the application of BIM technique in virtualprefabricatedconstruction.
Through researched BIM concept, BIM software, virtual construction concept and its
technique system, this paper analyzed the situation of using BIM in virtual construction;simulated the prefabricated construction site layout, component lifting, sleeve grouting by virtual construction technique through analyzed the construction craft of prefabricated construction;At a prefabricated construction program of Jinan, by comparing different software and plug-in, analyzing different methods that using in working progress, this paper researched modeling progress, collision detection, construction schedule simulation and roaming in virtual construction, and simulated the prefabricated construction progress under a economical and practicable condition.
This research provide an effectively technique support of virtual construction and an actual reference for prefabricated construction, and offered a guiding significance to construction.
Keywords:BIM technique；prefabricated construction；virtual construction
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目 录
第一章 绪论........................................................ 1
1.1 研究背景和意义 ............................................. 1 1.2 国内外现状 ................................................. 3 1.3 研究内容 ................................................... 6 1.4 研究方法 ................................................... 6
第二章 BIM 技术在虚拟施工中的实现环境 ............................................................ 7
2.1 BIM 技术概述 ............................................................................................... 7 2.2 BIM 软件分类及核心软件 ........................................................................... 9 2.3 虚拟施工技术的概念及实现平台 .............................. 18 2.4 虚拟施工的技术体系 ........................................ 18
第三章 装配式建筑施工关键技术分解及施工模拟....................... 22
3.1 装配式建筑特点 ............................................ 22 3.2 装配式建筑施工过程 ........................................ 23 3.3 施工场地布置规划及模拟 .................................... 24 3.4 吊装技术分解及施工模拟 .................................... 26 3.5 套筒灌浆技术分解及施工模拟 ................................ 38
第四章 案例分析................................................... 43
4.1 项目简介 .................................................. 43 4.2 项目 BIM 技术实施概况 ..................................... 44 4.3 施工过程模拟 .............................................. 46
第五章 结论与展望................................................. 70
5.1 结论 ...................................................... 70 5.2 展望 ...................................................... 70
参考文献 .......................................................... 72 致谢 .............................................................. 72 攻读学位期间发表的硕士论文 ........................................ 72
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第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景 1.装配式建筑发展的推进
在当今社会，建筑业产值在我国国民生产总值中占着很大的比例。虽然我国建
筑业在飞速发展，但是与发达国家相比还有不小的差距，在设计、施工等技术上仍然采用较为粗放的发展模式。
在我国，传统建造方式的劳动力大都以文化程度较低的农民工为主，而现在随着社会的发展，农民工的数量增长缓慢，现有的农民工以大龄化人员为主，这就成为了建筑业在招工方面的一个难题。同时，由于生产方式粗狂，机械化程度落后，施工人员素质不高，现场管理混乱，返工现象严重等，以至于造成了大量的资源浪费。在施工结束以后会产生大量的建筑垃圾，在对其清理的过程中还会继续产生扬尘等物质，对环境造成再一次的污染。
以房地产为主要经济支柱的今天，我们一直在倡导绿色建筑、智慧城市，提倡可持续发展道路，因此，必须对传统建筑业进行改革，要符合绿色、经济、安全、环保的可持续发展要求。尤其是建造方式，必须改变传统的粗放型建造方式，将梁、板、柱等构件集中生产，减少施工时造成的环境污染，增强现场施工人员的整体素质，增加先进机械设备的投入量，以提高生产效率。特别是在到处都是雾霾的今天，改变传统的建造方式刻不容缓。
自上个世纪 50 年代起我国逐渐向苏联学习装配式建筑的建造方式。装配式建筑
[1]
在我国的发展主要分为三个阶段。第一，上世纪 50 年代到 80 年代是我国装配式建
筑的起步时期。我国曾多次学习国外的先进技术，并提出“三化一改”的发展方针，在
政府的推动下，装配式建筑正式在我国开始发展，主要用于工业建筑当中；第二，上
世纪 80 年代中期，由于装配式建筑结构单一，生产及施工技术落后，预制构件厂的
生产规模不能满足现场需要等诸多方面的原因，装配式建筑的发展开始沉寂；第三，
进入 21 世纪至今，由于装配式建筑在世界范围内的快速发展，同时根据国情需要，
我国政府开始大力支持其发展。到目前为止，在国家政策的引导下，装配式建筑在我
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国取得了突破性的进展，各省市都在大力发展装配式建筑，沈阳、济南、北京等城市
被列为首批试点城市，为全国范围内装配式建筑的发展奠定基础。
2.BIM 技术的兴起
BIM 概念源于美国人 Chuck Eastman 于 1975 年提出的 “Building Description
System”系统，2002 年，美国 Autodesk 公司提出的“Building Information Modeling”即
建筑信息模型，简称 BIM。
在《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》中提出，推广项目管理信息系统，开
展施工阶段的 BIM 基础应用，有实力的公司创建基于 BIM 技术的项目管理体系，研
究基于 BIM 的管理组织模式与协同管理机制。同时，国家发改委和住建部联合发 布的《绿色建筑行动方案》，将建筑信息化作为一项重要内容。无论是从我国的现状 还是从政府的政策来看，建筑信息化都将是我国建筑业未来的发展方向。
[2]
目前，社会上各行各业都在走可持续发展道路，并将信息化、智能化与行业发展
相融合。在建筑业当中，以计算机发展为代表的信息技术为建筑行业发展带来了新的
机遇。而 BIM 技术则是信息化在建筑行业中的一种体现，以 BIM 技术作为平台强有
力的整合了社会资源，提高了建筑行业的生产力，推动了建筑业的进一步发展。
1.1.2 研究意义
近年来，随着社会发展，计算机信息化技术的发展也日新月异，直接或者间接的
促进了其他行业的进一步发展。基于计算机技术的 BIM 技术同样被应用于建筑行业，
BIM 技术从产生到现在已经发展有十几年了，得到了建筑行业广大技术人员的认可。
同时随着 BIM 技术在建筑行业的发展，原来分散的各个专业被串联到一起，改变了
传统的建造方式，这也是建筑业发展的一大改革。将 BIM 技术运用到装配式建筑当
中，可以为装配式建筑设计、预制构件生产、施工过程管理以及运维管理等各个阶段
都带来价值的最大化[3]。将 BIM 技术应用到装配式建筑当中，可以促进装配式建筑
的发展，所以 BIM 技术是装配式建筑未来的发展方向和发展的重要手段[4]。
本文是将 BIM 技术引入装配式建筑虚拟施工当中，通过三维建模软件建立的模
型，将所有建筑信息都输入在建筑模型当中，实现信息共享与实时修改功能，避免建
筑信息的流失。同时，通过多种软件、插件以及实施方式的对比对模型进行施工阶段
的模拟即虚拟施工。
2
虚拟施工的本质就是在计算机上将真实存在在虚拟环境中进行模拟。虚拟施工
[5]
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技术是运用虚拟仿真技术和计算机模拟技术，通过计算机在各个参与方之间进行协同
工作，将施工现场的人力、财力、物力等信息的传递方式及流程进行虚拟实现，从而
发现在项目设计、施工等方面存在的不足，及时对工程项目采取相应的修改措施，进
而达到对项目全方面掌控的目的，实现降低成本费用，减少作业工期、避免风险、优
化施工过程等。虚拟施工技术所有的工作都是在计算机上完成，不需要消耗现实中太
多的资源，所以能为实际的工程项目带来很大的优势。
1.2 国内外现状
1.国外 BIM 技术发展现状
BIM 技术最早在美国产生，随后逐步被引入欧洲、亚洲的发达国家中，经过十
几年的发展，国外的研究人员对 BIM 技术有了更深层次的研究。
美国是目前 BIM 技术发展最快的国家。现在，美国的很多项目都在使用 BIM 技
术，根据 McGraw Hill 的调查发现，2012 年建筑行业采用 BIM 的比例从 2007 年的
28%增长至 71%，其中有 74%的承包商已经在实施 BIM，超过建筑师及机电工程师
的比例。美国 BIM 技术的发展，主要依托于 GSA(美国总务署)、USACE(美国陆军 工程兵团)、bSa 联盟的发展与促进。2007 年，GAS 规定，所有的大型项目都必须使
[6]
用 BIM 技术，在项目审查时要提交 BIM 技术模型。鼓励所有的工程项目都采用
3D-4D-BIM 技术，并提供一定的资金扶持，这种强制性的措施是 BIM 技术发展的保
障。bSa 联盟下属的美国国家 BIM 标准委员会于 2007 年制定了美国国家 BIM 标准，
并于 2015 年 7 月发布了第三版。
英国的 BIM 技术是其政府强制性要求发展的，在英国建筑业 BIM 委员会的支持下，2011 年 7 月开始实施 BIM 技术，2013 年英国政府发布了 PSA 1192-2 标准。到 2016 年为止，英国 BIM 技术使用者从 2013 年的 39%增长至 54%。并且英国政府颁
[7]
布 BIM Level2 强制令，于 2016 年 4 月 4 日已经开始实施。
新加坡作为亚洲 BIM 技术发展最早、最快的国家之一，早在 BIM 概念引进新加
坡之前，新加坡建筑管理署（BCA）就已经意识到 BIM 技术对于建筑行业的重要作
用。在 2012 年新加坡政府颁布了《新加坡建筑信息模型（BIM）指南》，在 2015 年
之前，BIM 技术就已经被广泛使用，并且 BCA 强制要求政府项目必须提交 BIM 信息
模型，同时鼓励当地大学设立 BIM 技术专业学位，开设 BIM 技术相关课程，为学生
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进行 BIM 技术课程培训。
韩国 BIM 的技术发展也属于世界的领先地位，韩国政府对 BIM 技术的发展及应
用特别重视，多个政府部门参与制定 BIM 标准，在 2010 年颁布了《建筑领域 BIM
应用指南》、《设施管理 BIM 应用指南》（2012 进行更新）两项 BIM 标准。同年，
[8]
韩国公共采购服务中心发布了未来 BIM 技术发展路线图，如图 1.1。
图 1.1 BIM 技术发展路线图
2.国内 BIM 技术发展现状
在我国，BIM 技术的发展较晚，2002 年 BIM 技术引进中国，国内的建筑师开始
接触 BIM 技术理念，到“十一五”期间，BIM 技术被建筑部评为“建筑信息化的最佳解
决方案”，列为国家科技支撑计划重点项目。随后，北京、沈阳、深圳、上海等一线
城市开始了 BIM 技术的研究，并不断推出有利于 BIM 技术发展的政策，至此，BIM
技术在我国飞速发展。随着我国政府对 BIM 技术发展的重点关注，在很多大型项目
中都应用了 BIM 技术，比如成都环球金融中心、北京天坛医院、中国尊、上海中心
等项目。
国家在大力推行 BIM 技术的同时也制定了一些相关标准、政策来激励企业研究
应用 BIM 技术。以下就是国家对于 BIM 技术发展的政策。如表 1.1，我国政府及各
省市 2015-2016 年之间为促进 BIM 技术发展制定的标准。
表 1.1 我国政府及各省市 2015-2016 年之间为促进 BIM 技术发展制定的标准 时间 名称 要点 单位 2016.12 《建筑装饰装修工程 BIM 实施标准》 全文架构以模型创建、模型应用、模型 中国建筑装 协同和模型交付为主线展开，其主要内 饰协会 容包括方案设计、初步设计、施工图设 计、施/竣工、运维等装饰装修工程项目 全过程。
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2016.10 《2016-2020 年建筑业信 指出要在“十三五”期间将 BIM 技术提 住建部 息化发展纲要》 升到国家发展的层次，加强 BIM 技术在 建筑行业的推广。 2016.04 《浙江省建筑信息模型 （BIM）应用导则》 指导和规范浙江省建设工程项目中建 浙江省住房 2016.03 筑信息模型技术应用，促进建筑信息化 和城乡建设 的发展，提高建设工程项目质量，增加 部 投资效益。 [9] 《关于推进我省建筑信 通过实践使 BIM 技术成为可推广的经 黑龙江省住 息模型应用的指导意见》 验，到 2020 年，以国资为主的项目中 房和城乡建 BIM 技术的利用率要达到 90%。 设部 2016.01 《关于印发广西推进建 筑信息模型应用的工作 实施方案的通知》 2017 年底，形成完善的 BIM 政策标准 广西壮族自 及市场环境；到 2020 年，以国资为主 治区住房和 的工程项目中使用 BIM 技术的比例达 城乡建设厅 到 90%。 2016.01 《关于开展建筑信息模 2018 年底，制定相应的 BIM 技术政策、 湖南省人民 型应用工作的指导意见》 标准，2020 年底，完善 BIM 技术的相 政府办公厅 关政策、标准，90%以上的新建工程项 目使用 BIM 技术。 《关于推进建筑信息模 型应用的指导意见》 2015.06 指出到 2020 年年底，在公共建设项目 住建部 中对于 BIM 技术的利用率达到 90%。 2015.07 《国家安全法》 规定将 BIM 模型存放于国外服务器的 全国人民代 行为，均可能涉嫌违法行为。强调了 BIM 数据的安全性。 表大会 同时，随着政策推进，技术发展，许多基于 BIM 技术的软件公司在国内也随之
出现，像鲁班、理正、维尔斯等公司专门开发符合我国行业标准的 BIM 软件，中国
建筑设计院、中国建筑设计研究院、中铁、中建等大型集团公司也都成立了自己的
BIM 设计团队，广联达、天正、PKPM 等公司也开始将 BIM 技术应用于自己的产品
当中，很多高校逐渐将 BIM 技术纳入课程教学，并设置专业学位。
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1.3 研究内容
1.对 BIM 技术在虚拟施工中的环境实现进行分析。通过对 BIM 软件及虚拟施工
概念的分析，研究基于 BIM 的虚拟施工实现平台，并提出虚拟施工的关键技术及支 撑体系。
2.分析装配式建筑的施工过程，对装配式建筑的场地布置、预制构件吊装和套筒
灌浆等关键技术的施工工艺进行分解，利用虚拟施工技术对施工关键技术进行模拟。
3.将 BIM 技术应用到以济南某装配式项目为案例的虚拟施工中。在虚拟施工中，
通过软件的选取、插件的使用以及对实施过程的方式对比，利用 BIM 技术对建模过程、碰撞检测、施工进度模拟、漫游制作等方面进行研究，实现 BIM 技术在装配式建筑虚拟施工中的应用。
1.4 研究方法
本论文通过采用多种 BIM 技术软件，采取文献法、案例分析法、调查法等手段，
运用 BIM 虚拟施工技术的概念，施工流程，通过具体的工程实例，利用 Autodesk Revit、
Autodesk Navisworks 等 BIM 技术软件工具及开发平台在创建 BIM 模型的基础上进行
虚拟施工技术的应用研究。
1.文献研究法：利用互联网上的各种数据库、国内外期刊杂志，查阅有关装配式
建筑、BIM 虚拟施工技术理论等相关文献，了解虚拟施工技术的概念及装配式建筑 的施工流程。
2. 案例分析法：通过对具体的工程案例的研究，利用三维建模软件建立 BIM 模
型，然后进行虚拟施工技术的应用研究。
3.调研法：对装配式建筑进行现场考察和调研，了解 BIM 虚拟施工技术在实际
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工程中的具体应用，以及 BIM 虚拟施工的工艺流程，操作要点等内容。
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第二章 BIM 技术在虚拟施工中的实现环境
2.1 BIM 技术概述
2.1.1 BIM 技术理念
BIM 技术的最终目的是使整个项目在全生命周期每一个阶段都能有效的实现节
约资源能源、降低成本、减少对环境的污染、提高建筑行业的整体效率等目的。通过
BIM 技术打破建筑行业各阶段的割裂，衔接各阶段的信息。在我国，运用 BIM 技术，
对建设节约型社会，创建和谐社会具有积极意义，同时也推动了“智慧城市”的进一步 发展，间接改善人们的生活质量。
2.1.2 BIM 技术应用价值
BIM 技术的出现进一步促进了建筑业的发展，因而 BIM 技术带来的价值也是不
可忽视的。BIM 技术的不仅对设计单位带来价值，同时也为开发商，施工单位等项 目各个参与单位都带来不同程度的价值。
1.BIM 技术给设计单位带来的价值
现阶段的 BIM 技术对建筑行业最大的优势还是在设计阶段，利用 BIM 技术设计
的模型包含所有的建筑信息，可以在设计开始阶段对设计方案进行分专业检验，比如
结构分析、光照分析、可视化分析等方面，达到优化设计的目的。与传统 CAD 制图
中人为的分析专业性能相比，更加准确、方便、快捷，减少人工成本的投入。
在设计时，可以对大型的、复杂的建筑结构构件节点和施工难点进行施工模拟，
以优化施工方案，从而指导现场施工人员进行施工。运用 BIM 技术创建的仿真模拟，
可以在施工模拟期间与施工方、预制构件厂商、开发商等部门对设计效果进行交流，
避免了在施工时出现的各种问题。同时，通过 BIM 信息模型与各专业的工程师进行
交流，解决设计中不合理的地方，以提高设计方案的准确性。
2.BIM 技术给施工单位带来的价值
根据 BIM 技术的实际应用，与其他单位相比，BIM 技术可以给施工企业带来更
大的价值。
首先，BIM 技术可以增加施工单位的中标率。利用 BIM 技术可以优化方案，施
工模拟及漫游动画的优势，在投标中通过直观的可视化效果能够得到额外的加分。同
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时，利用 BIM 5D 技术可以使算量与计价都变得更加的精准，使施工企业在投标中占
据更大的优势。
其次，提高施工单位的管控能力。如果在设计阶段，由于设计不够完善，不同专
业之间的协调不够顺畅，在施工时经常会出现管道与管道，管道与主体结构之间的碰
撞，使得施工单位必须对施工方案进行一次又一次的更改。而 BIM 技术可以利用 BIM
软件进行各专业之间的碰撞检查，在实际施工之间就发现问题，将问题解决在施工之
前，减少施工时的方案变更。
地的限制或者工程项目结构的复杂性，使施工过程不能顺利的进行，无法短时间内找
到合适的解决方案，导致后续的施工无法进行，会对施工单位带来重大损失。利用
BIM 技术软件可以在虚拟环境中对构件进行一次虚拟的装配式施工模拟，从构件进
场、构件堆放、构件吊装等各个环节入手，优化施工方案。同时利用 BIM 技术将施
工流程特别是施工难点通过动画的方式展现给技术人员与施工操作人员，对其进行施
工前的培训，避免在施工时由于不了解施工技术而造成不必要的损失。
3.BIM 技术给开发商带来的价值
对于开发商也就是业主来说，是 BIM 技术目前带来利益最大的部分。运用 BIM
技术之后，开发商在设计阶段的投入会增加一部分，但是，在除了设计之外，在施工、
管理、运营方面都能很大程度的减少资金的投入。
当设计院 BIM 技术应用成熟后，开发商可以加大对设计阶段的投入与要求。在
成本方面，通过碰撞检查，各种专业性能的分析，可以减少由设计失误带来的不必要
的成本增加；在时间方面，通过对施工现场进行施工模拟，可以解决施工难题，避免
不必要的返工，节约时间，节约成本等；在资源方面，通过模拟施工，找到资源的最
优配置，减少不必要的资源浪费，同时也保护了环境。
第三，可以利用 BIM 技术解决施工难题。在装配式建筑施工现场，由于施工场
4.BIM 技术给预制构件生产厂商带来的价值
装配式建筑是构件生产工厂化与施工现场装配化的结合，这是建筑行业未来发展
的必然趋势
[10]
。从 BIM 技术给制造业带来的优势来看，BIM 技术同样能给预制构件
生产带来很大的优势。在预制构件生产过程中，BIM 技术与数字化技术相结合，可 以保证构件生产的准确性，降低机械化生产的误差，提高预制构件的生产效率，从而
为预制构件生产厂节约建造成本，保证生产质量。
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5.BIM 技术给运营管理带来的价值
BIM 技术在运营管理阶段主要分为四个部分，设备运行与检测、建筑能耗监测、
安全保障管理、数据收集整理，如图 2.1。
图 2.1 BIM 运营管理
通过利用 BIM 技术储存的信息，很容易查到设备的所有信息，在设备需要维修 时，可以很快定位到需维修或者更换设备的位置。利用 BIM 技术可以分析建筑的能
耗量，通过性能分析减少建筑物不必要的能耗，既能达到保障建筑物所需求的能源要
求又能实现节约能源的目的。
安全问题一直是建筑物管理中的重点任务，一旦出现安全问题，利用 BIM 技术
可以迅速分析并提供最有效、最快捷的疏散方案。同时利用 BIM 技术还可以将项目
运营过程中的大量数据进行分类整理保存，通过 BIM 平台及时分享，使管理商可以 对建筑物的运营情况实现实时掌控，做更为准确的决策。
2.2 BIM 软件分类及核心软件
BIM 技术发展是建立在 BIM 软件发展的基础上，BIM 软件的种类很多。在国外
这些软件主要以四个公司为主，Autodesk、Bentley、Nemetschek Graphisoft、Gery Technology Dassault。国内以鲁班、理正、鸿业、博超等公司为主。
2.2.1 BIM 软件的分类
从 BIM 出现到现在，各种各样的软件被研发出来，BIM 的软件太多，本小节对
部分 BIM 软件进行分类，如表 2.1。
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表 2.1BIM 软件分类表
公司（国家） 软件名称 软件功能 Revit 主要应用于设计的软件，基于修改即更新的 功能，可以在设计阶段的任何分段对设计方 案进行修改。主要是应用于民用建筑。 国 外 Autodesk Autodesk BIM 软 公司（美国） Architecture 件 Autodesk Structure Revit 通过软件使建筑结构分析简化，通过可视化 的优点，实现不同专业之间的合作交流。 Autodesk Revit MEP 与其他软件协同作业，智能化的设计布置设 备与管道，减少设计人员由于沟通不到位出 现的错误。 Autodesk Robot Structural Analysis 属于一体化结构分析软件，可用于民用、桥 梁等不同结构的分析。 Professional Autodesk NavisWorks 协助设计师进行模型检查的软件，可以进行 施工模拟、碰撞检测等。 Autodesk Ecotect Autodesk Max 属于分析专业性能软件，可以对建筑生态、 环境模拟进行分析。 3ds 可以进行三维动画的渲染与制作。 Bentley Bentley 主要功能在于建筑方案的设计，可以对建筑 物的整个生命周期提供一个完整的解决方 案。 公司（美国） Architecture Bentley Bentley 的结构设计软件，可以创建不同结构 类型的建筑，主要用于工业建筑的结构系统。 用于创建暖通与给排水系统，属于专业性能 软件。 Structural Bentley Mechanical Systems
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Bentley Building 用于各类电器系统的设计与建模。 Electrical Systems MicroStation 用于图片的渲染和动画的制作。 Nemetschek Graphisoft ArchiCAD 基于全三维的模型设计，可以具有自动生成 图纸、图档，自动算量的功能，为设计提供 了一个强大的的图形设计工具。 公司（匈牙利） ALLPLAN 主要用于建筑模型快速创建与维护，属于建 筑设计软件。 VectorWorks 提供了许多精简但又功能强大的建筑设计所 需的工具模组；在建筑设计及渲染等方面拥 有强大的功能。 Dassault 公司（法国） CATIA 具有强大的曲面建模能力，大多应用于复杂 结构、异型结构的设计。 Digital Project 作为在 CATIA 基础上开发的一个面向工程 建设行业的应用软件，常被用于进行一些复 杂的、具有创造性的设计。 国 内 天正公司 BIM 软 天正软件 以 CAD 软件为平台，辅助绘图的软件，可以 加快绘图速度，节约时间。 件 中国建研院 PKPM 软件 该软件是依据国内现行的规范编制而成，可 以进行模型创建，节能计算，节能建筑的经 济指标核算，节能设计书与计算书的生成。 探索者公司 探索者软件 基于建筑信息模型（BIM）理念，以国家结构 设计规范为依据，可以同其它各专业协同设 计软件无缝连接、数据共享、协同作业。 鸿业公司 鸿业软件 其关于 BIM 的软件是基于 Revit 软件研发的， 但又符合我国现行的规范标准，其范围涵盖 了建筑行业的各个领域。 博超公司 博超软件 基于 CAD 开发的软件，软件遵循我国现行标
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准、规范，可以设计施工图，并自动生成计 算书。 鲁班软件 鲁班公司 鲁班软件是基于 BIM 技术研发的，目前已是 中国 BIM 技术的带头者。主要致力于通过软 件为客户提供完善的工程项目解决方案[11] 广联达公司 广联达软件 。 广联达软件是围绕建筑物的全过程，为工程 项目计算工程量及工程造价，还可以进行招 标文件的编制。 斯维尔科技 有限公司 斯维尔软件 斯维尔软件是斯维尔公司与清华大学共同研 发的软件，可以为工程各参与方进行工程造 价管理，同时也可以进行工程量预算、招投 标文件的编制。
2.2.2 核心软件介绍
本文进行虚拟施工模拟涉及的软件包括主要 Revit、Navisworks manage、CAD、
Lumion、Project 等，其中主要以 Revit、Navisworks manage 软件为主。
1.Revit 软件介绍
Revit 是 Autodesk 公司基于 BIM 技术研发的一款软件，可以对建筑、结构、机
[12]
电专业进行模型创建，可以对完成的模型进行性能分析和冲突检查。该软件还可以
与其他软件链接，进行数据交换。Revit 之所以有强大的功能就是因为 Revit 具有超强
的参数变更引擎，能够在修改调节一处问题后自动对所有的设计进行修改。
（1）项目、项目样板概念
项目（扩展名.rvt）是集合所有设计信息的数据库。该数据库中包含着模型所有
的信息，如果需要对模型信息进行修改，可以直接在项目中进行修改，实现“一处改
处处改”即对一个位置进行修改与之相关的所有的位置都会随之修改。
项目样板（扩展名.ret）是项目模型创建的起点，在项目样板中包含模型了创建
需要的视图样板，已加载的不同类型的族，几何图形，单位、填充等其他设置。在建
筑设计当中，不同专业需要不同项目模板，不同类型的建筑物也可能需要不同的项目
模板，所以作为一个建模员，一般都会储存各种类型的项目模板，以供做不同专业的
模型使用，如图 2.2 为项目、项目样板的界面。
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图 2.2 项目、项目样板位置图
（2）族
族是图元创建的基础，是 revit 中最主要的一部分。每个族都包含不同的族信息，
可以载入到模型当中，成为模型的一部分。在一个族中包含着模型尺寸、颜色、材质
等信息，在使用的时候可以按照自己的需求对族的参数进行修改，以满足项目的需要。
在 revit 中族主要分为三种，系统族、内建族和可载入族。系统族是用来创建基
本图元的族类型，属于系统自带族，包括墙、板、楼梯等，可以直接加载到图元当中。
可载入族是通过载入命令加载到项目中的族，这些族可以通过在网上下载，与别人分
享得到。内建族是通过软件中的命令“内建体量”、“内建模型”完成的。一般情况下，
在没有所需要的族，且只使用一次的情况下可以直接用内建族，如图 2.3 为组合窗的
族（系统族）。
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图 2.3 组合窗的族（系统族）
（3）Revit 的工作界面介绍，如图 2.4 为 Revit 工作界面。
图 2.4 Revit 工作界面
（4）应用程序菜单中提供了常用的文件操作命令，除此之外还有两个高级命令 即“导出”与“发布”。“导出”命令可以导出.DWG、.DXF、.DWF 等格式的文件与其他
软件交互；“发布”命令主要的作用就是把绘制的图纸或模型转换为其他格式，再将转
换完的文件直接发布到 Autodesk Buzzsaw 上。
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功能区中含有创建 BIM 模型所需要的所有工具，其中“建筑”、“结构”、“系统”
是分别对建筑、结构和机电专业进行建模的选项卡，如图 2.5。
图 2.5 功能区界面
在功能区里“插入”选项卡，是 Revit 软件与外部软件或文件链接的枢纽，如图 2.6。 链接 Revit，将其他格式为.rvt 文件链接到项目里进行模型组合；链接 CAD，将 CAD
图纸链接进项目里可以作为项目的底图进行翻模；载入族，这里可以载入进所有类型
的族。
图 2.6 插入选项卡界面
2.Autodesk Navisworks
Navisworks 也是基于 BIM 技术研发的一款软件，是 BIM 技术工作流程的核心部
分。Navisworks 分为四部分，Navisworks Manage、Navisworks Simulate、Navisworks Review、Navisworks Freedom。Navisworks 主要用于仿真和优化工期，确定和协调冲
突碰撞，团队间的协作，在施工前发现潜在问题。其中 Navisworks Manage 和
Navisworks Simulate 可以将设计者的概念设计精确展现，创建准确的施工进度计划表，
在项目开始前就可以将施工项目进行三维展示
[13]
；Navisworks Freedom 是一款面向
NWD 和 DWFTM 文件格式的免费浏览器。这里主要介绍 Navisworks Manage，该软
件可以将模型融合、施工进度与碰撞检测等工作做到完美结合，还可以制作施工动画，
漫游展示等以指导现场施工。
（1）界面与菜单功能的介绍，如图 2.7。
15
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图 2.7 Naviswoks 工作界面
（2）Clash Detective: “Clash Detective”主要的功能是对项目模型的碰撞进行识别和检测，如图 2.8 为 Clash Detective 选项命令、图 2.9 为 Clash Detective 碰撞检测对
话框。减少模型检测中的出现的人为失误。“Clash Detective”可以对创建好的模型进 行一次性的“健全性检查”，也可以对模型进行连续性检查
[14]
。
图 2.8 Clash Detective 选项
16
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图 2.9 Clash Detective 碰撞检测对话框
（3）TimeLiner：“TimeLiner”工具可以向 Navisworks Manage 中添加四维进度模
拟，如图 2.10。“TimeLiner”将不同格式的文件导入进度，然后使用“重建任务层次”
命令将项目模型与施工进度中的任务计划连接以创建四维模拟，这时我们可以看到施
工进度在项目模型上的展示效果。“TimeLiner”还能够基于模拟的结果导出图像和动
画。如果在完成模拟后再对模型或者施工进度修改，“TimeLiner”将会对修改部分完
成自动更新
[15]
。
图 2.10 TimeLiner 界面
（4）Animator：“Animator”对话框左侧列表中可以显示出全部的场景及添加的动
画集，运用这些功能可以创建场景动画，如图 2.11。
图 2.11 Animator 界面
17
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2.3 虚拟施工技术的概念及实现平台
1.虚拟施工技术的概念
虚拟施工，顾名思义是在虚拟环境中进行施工过程，即以虚拟环境为基础，运用
4D、5D 甚至是 ND 技术，在时间、空间、安全等不同的方面，对真实的建筑工程施
工方案进行可视化模拟与分析。虚拟施工的理念是“先试后建”，即在实际的工程项目 开工之前，先采用虚拟施工技术模拟、分析施工方案的可行性，或者对复杂结构建筑
进行提前模拟分析，培训施工人员，进而来指导实际现场施工
[16]
，如图 2.12 为虚拟
施工流程图。
图 2.12 虚拟施工流程图
2.虚拟施工技术的实现平台
计算机运行环境：Windows 7、Windows 8 实施软件：Revit、Navisworks、Lumion 等
2.4 虚拟施工的技术体系
2.4.1 虚拟施工的关键技术 1.施工组织设计
施工组织设计
[17]
是指在建筑工程项目启动前，根据项目自身的特点、设计内容、
18
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业主要求等主观条件，对工程项目施工全过程进行规划，即对人力、财力、物力、时
间、空间等方面进行筹划和安排，以达到最优配置。在通常施工时，施工组织设计只
能作为现场施工的大概指导，同时也是在施工的过程当中一步步完善。施工组织设计
一般分为三个阶段，包括施工组织总设计、单位工程施工组织设计以及分部工程施工
设计，划分阶段不同，施工组织的编制依次深化，内容更加具体、精确。如图 2.13，
是施工组织设计编制流程。
图 2.13 施工组织设计编制流程
2.碰撞检测
近几年，随着计算机技术的快速发展，计算机技术、VR 技术与仿真技术的结合，
已然成为了建筑行业目前发展的趋势
[18]
。尤其是针对建筑碰撞检测可以解决很多设计
问题，特别是在管线综合方面。通过碰撞检测确保施工方案的精确性和可靠性，有利 于后面的连续施工，因此碰撞检测具有很重要的地位。
目前，碰撞检测的依据是带有一定规则的碰撞检测算法，在虚拟的三维空间内减
少甚至消除相交的几何模型。现在常见的碰撞检测算法主要有空间分解检测法以及层
次包围盒检测法。如表 2.2 为碰撞检测算法的分类及内容。
19
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表 2. 2 碰撞检测算法分类及内容 名称 原理
其原理是将一个完整的虚拟空间等分成体积相同 空间分解检测法 的单元格，测试对同一单元格内的几何元素是否 相交。
碰 撞 检 测 层次包围盒检测 其原理是采用大体积且特征简单的几何包围盒模 算法 法 拟几何对象，然后通过构造树层次逐步接近几何 模型特征，从而获得完整的几何特征，而后仅需 检测包围盒相交部分的几何元素是否相交。
2.4.2 虚拟施工技术的支撑体系
1.虚拟仿真技术
虚拟仿真技术是将计算机仿真技术与虚拟现实技术（VR）相融合的技术，即是
在假定的虚拟环境中模仿真实环境中的存在。虚拟仿真通过其交互性、虚幻性和逼真
性的特点，让客户在虚拟的世界里有身临其境的感觉，实现人与计算机的交互。
2. 数字化建模
到目前为止，所有以计算机为基础而研发的软件，不管哪个专业，在模型的创建
上都需要耗费大量的时间和精力，虚拟施工技术也同样如此。
数字化建模就是将建筑模型转变为可处理的数字信号，对模型的处理、储存，实
际上就是对这些数字信号进行处理。通过数字化建模是虚拟施工实现的根本。
3.计算机模拟技术
计算机模拟技术无论在哪一门学科中都是使用较为广泛的技术。其原理是利用计
算机来模拟现实事物，以实物内部结构、外部因素等为条件，在虚拟环境中对真实的
事物即模型进行动态分析。通过对模型进行模拟分析从而达到优化模型目的。根据实
物属性的不同，模拟技术可分为动态模拟与静态模拟，随机模拟与确定性模拟，离散
模拟与连续性模拟。将不同的模拟技术相结合就可以完成对施工过程的模拟。
4.三维可视化技术
三维可视化技术是一种描述或展示空间信息的可视化技术，利用计算机技术创建
可以表示实物属性信息的模型，主要特点是直观、真实地反映空间体的外形和尺寸。
运用三维可视化技术将建筑模型的空间位置、建筑场地、建筑构件等施工现场所存在
的信息通过计算机以三维的形式真实的表达出来。目前，三维可视化技术已经在各个
20
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学科中得到广泛应用，通过这种技术可以提前对成果进行评估，节约造价成本，提高
决策性。
21
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第三章 装配式建筑施工关键技术分解及施工模拟
3.1 装配式建筑特点
装配式建筑是建筑工业化的产物，是采用以标准化设计、工厂化生产、装配化施
工、一体化装修和信息化管理等为主要特征的建筑工业化生产方式建造的建筑物
[19]
。
与传统建筑相比，装配式建筑的特点如表 3.1。
表 3.1 装配式建筑的主要特征
环保
通过机械化生产，在施工现场进行安装，减少湿作业，减少了现场施工造 成的大量建筑垃圾。
节能
预制墙具有保温层，可以起到冬暖夏凉的功能，从而降低能量消耗。 改变了传统现场浇筑的方式，将预制构件安装与现场浇筑施工相结合，减 少了大量工序，减少了施工现场的工作强度，也就缩短了整体工期。
缩短工期
减少人工成本 采用现场装配式施工技术，机械化程度高，可以大量减少现场作业人员，
节省大量的人工成本，同时还能提高施工效率。
安全保障 改善施工工人作业环境，避免施工中造成的人员伤亡。
22
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3.2 装配式建筑施工过程
表 3.2 装配式建筑施工过程
23
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3.3 施工场地布置规划及模拟
3.3.1 施工场地布置规划
施工场地的布置要以施工现场的实际情况为基础进行设计，要合理的利用一切可
利用的空间，以满足不同阶段的施工要求。施工场地布置要从基础、临建设施，机械
布置、预制构件堆放区域等几个方面入手。
与传统的场地布置不同，在装配式建筑中主要是以吊装为主，只有现浇叠合层以
及节点部位需要进行混凝土浇筑，因此在现场布置是主要是考虑构件的堆放问题，防
止运输吊装时出现碰撞等事故。
布置原则：a.科学规划场地道路、合理布置场地设施，使道路与设施发挥最大作
用；b.合理布置现场作业区域与塔吊位置，避免施工时不同专业出现交错；c. 合理布
置材料堆放位置，保证吊装效率；d.各项施工布置都要满足“有利于施工、方便生活、
安全防火和环境保护”要求。
3.3.2 场地布置模拟
基于建立好的场地模型，对施工场地进行科学合理的布置规划，包括基础、临建
设施，机械布置、预制构件堆放区域等的布置，可以形象的展现施工现场，避免用地
浪费，避免运输道路拥堵，加强施工人员管理等，可以有效避免预制构件二次搬运
[20]
，
以图 3.1 为创建场地布置底图，通过 Revit 软件创建场地模型，如图 3.2，为场地布置
模拟图，图 3.3，为场地局部截图。
图 3.1 场地平面布置图
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图 3.2 项目场地三维布置模拟
图 3.3 场地布置模型局部截图
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3.4 吊装技术分解及施工模拟
3.4.1 施工准备工作 1.吊装准备工作，如表 3.3。
表 3.3 吊装准备工作
人员要求
a.装配操作人员必须经过三级安全教育并经过上岗培训和体检合格 b.起重机操作人员、信号工、司索工等特种作业人员须持有作业资格证
机械选择
a.满足最不利吊装位置构件起吊重量 b.满足塔吊半径覆盖最重构件要求
预制构件
预制外墙板、预制内墙板、预制叠合楼板、预制楼梯、叠合梁 钢梁、斜支撑、钢筋定位板、连接件、梁托、缆风绳
作业人员技术交底、吊装区域设置警示标志、复合控制线、确认吊装构件编号
工具准备
工作准备
2.吊装过程
如图 3.4 为预制构件的吊装过程。
图 3.4 构件吊装过程
3.验收工作
预制构件吊装就位后，应对预制构件位置与轴线位置，构件标高，构件垂直度、
倾斜度等进行检查。如表 3.4 为预制构件吊装验收标准，单位 mm。
表 3.4 预制构件吊装验收标准
构 件 搁置长度 构件中心线 构件 构件垂直度 相邻构件平 整度 （允许误差） 对轴线位置 标高 梁 ±10 ±5 ±5（底面） ±5（底面） 抹灰 5 不抹灰 3 板 ±10 ±5
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墙 10 3 <5m 5 外露 5 ≥5m 且 10 3 ≤10m 柱 10 不外露 10
预制外墙分类
＞10m 20 3.4.2 预制墙板施工模拟施工 1.预制外墙分类，如表 3.5。
表 3.5
构件名称 图片 构造工艺 施工模拟难点 预制混凝土 外墙挂板 预制外墙板的构造主要为 1.构件创建：构建 带 50mm 饰面的混凝土面 的复杂性，为构件 层作为外层，50mm 厚的保 的模型创建带来困 温层作为中间层，200mm 难； 厚的钢筋混凝土作为结构 2.吊装路线：制作 层。 施工动画时，每个 钢筋混凝土 聚苯夹心挂 板 厚度 210mm(50+50+110)， 构件的吊装路线安 保温层采用的 50mm 厚的 排是否合理，是否 挤塑聚苯板。 影响之后构件吊 装，是施工模拟的 难点； 这种墙板由于保温层受到 3.构件对接：施工 构造条件的限制其厚度一 模拟时要充分考虑 般为 300mm，其内层是结 到施工工艺要求及 构墙体，中间层属于保温 符合真实施工，所 层，外表面是饰面层。 夹心保温预 制墙板 以如何清晰的表达 中部空心，可以向里面打 外墙与板之间的连 27
PK 外墙挂 板 入聚苯颗粒，形成保温墙 接，是施工模拟的 体。 难点。 聊城大学专业硕士学位论文
2.吊装过程及技术要点 （1）外墙吊装
靠位置，拆除需吊装预制外墙板处的安全维护措施，清扫预制墙板吊装区域地面；
2）检查预制墙板的轴线、型号是否正确，然后根据编号及吊装顺序依次进行吊
装，同时清扫预制墙板底部的粉尘等异物；
3）吊装预制外墙板，预制外墙板吊装采用两点起吊，使用专用吊具配合施工，
从堆场起吊时，轻起、快吊、慢落；注意，吊装外墙时，吊装一块，拆除一块安全围
挡，安装一块预制墙板；
4）预制板轻落至楼地面 5~10cm 时，缓慢调节至地面，对预制外墙板的位置进
行精调，安装底部限位和固定装置，吊装外墙板时禁止用脚推移；
5）安装斜撑，安装斜撑是应采用“先上后下”对连接件，斜撑不应少于两根，将
预制外墙板调整至垂直，在预制板竖向缝处粘贴防水胶带，依次固定横向连接片；
6）检验预制板安装的垂直度。
1）在地面放好控制线和施工线，用于预制板定位，吊装人员将安全带固定在可
（2）内墙吊装
1）用水准仪测量底部水平，在预制内墙板吊装位置下放置垫片；
2）预制内墙板采用两点吊装，吊装前在预制内墙上装好斜撑杆用的吊环，预制
板落下时将有预留孔的一面对准预埋件一侧，落地慢速均匀，内墙板上的预留连接孔 与地面预留钢筋对齐；
3）预制内墙板放平后，安装临时支撑，斜撑不应少于两根，使预制内墙板垂直，
调整预制板位置与控制线平齐；
4）安装底部限位，安装底部 L 形连接件，安装套筒钢板，用高强螺丝拧紧； 5）检验验收；
6）用注浆机密实灌浆孔，封闭安装孔。 （3）对预制墙吊装施工模拟
在现场进行预制墙板吊装时，容易发现一些问题：预留插进位置偏差大，预留插
筋高度不准确，预留插筋遗漏，墙板吊装轴线偏差大、预制墙板安装标高偏差大等问
题，如表 3.6 为影响预制墙板吊装施工质量调查统计表。从上表可以分析产生问题的
原因大致分为两种：一是，在施工现场，构件吊装顺序安排不合理，在吊装过程中会
28
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因为墙板的碰撞造成墙板位置的改变；二是，操作工人的质量意识较差，不能完全理
解施工工艺的要点，在操作中出现失误。
表 3.6 影响预制墙板吊装施工质量调查统计表 序号 缺 陷 名 称 频数（点） 频率（%） 累计频率（%） 1 预制墙板吊装轴线偏差大 42 41.5 41.5 73.44 2 预制墙板吊装垂直偏差大 32 31.94 26.56 3 预制墙板安装标高偏差大 28 102 100
合 计 100 进行吊装模拟可以优化墙板之间的吊装顺序，通过施工模拟可以将施工工艺及施 工要点简单、详细的展示给操作工人，这样可以提高工人的工作效率。
对预制墙板吊装模拟，采用 Revit 软件对模型进行拼装完成后，将导出的.dwf 文
件导入到 Navisworks 中，开始制作施工模拟动画。
1）选取要吊装的墙板，创建相应集合，如图 3.5，为预制外墙创建集合； 2）采用 Animator 创建场景，以选中的集合为基本单位创作动画集；
3）以构件起点的位置为开始关键帧，开始起吊构件，如图 3.6 为外墙起吊，在
构件吊装的关键位置捕捉关键帧，形成吊装路线；如图 3.7 为捕捉的关键帧；
4）根据吊装路线，将预制外墙板吊装就位，按照施工工艺要求，在距板 1m 时，
缓慢下降，如图 3.8，注意连接钢筋与外墙板下放孔洞是否对齐，对准后将预制外墙
缓慢下降直至完全就位，如图 3.9 为板内部套筒构造，图 a 为灌浆孔表面，图 b 为灌
浆孔内部结构；
5）为斜支撑与 L 型连接片分别创建动画集，以板就位的时间点为斜支撑出现的
起点制作动画，如图 3.10、3.11；
6）选择下一块外墙，重复以上顺序，便可完成吊装，如图 3.12。
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图 3.5 为构件创建集合
图 3.6 起吊外墙板图
图 3.7 捕捉关键帧
图 3.8 外墙板距板 1m
a
图 3.9 灌浆孔构造
30
b
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图 3.10 安装斜支撑
图 3.11 安装 L 形连接片
图 3.12 外墙板吊装完成
3.4.3 预制叠合梁施工模拟
1.预制梁分类，如表 3.7。 构件名称 表 3.7 预制梁分类 图片 施工模拟难点 1.吊装路线：制作施工动画时， 要考虑到每个构件的吊装路线安 排是否合理，是否影响之后构件 吊装； 预制叠合梁
31
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预制双面叠合 梁、U 型叠合梁 2.构件对接：施工模拟时要充分 考虑到施工工艺要求及符合真实 施工，所以如何清晰的表达预制 梁与外墙、柱之间的节点连接， 并能起到指导施工的作用； PK 梁 3.支撑位置：支撑点的确定是保 持梁稳定的关键。
2.叠合梁吊装过程及技术要点
（1）测量柱顶与梁底标高误差，绘制控制线；
（2）梁底安装可调节高度的钢立杆支撑，调节梁的高度；
（3）起吊时吊索与梁之间的角度≥60°，起吊时，轻起快吊；
（4）起吊梁必须严格按照设计路线吊运；
（5）就位后根据控制线精确调整梁的位置；
（6）检查梁的吊装位置是否正确，吊装时要按柱对称吊装。
3.预制梁吊装模拟
在现场进行预制梁吊装的时候，一般是按照平法标注的图纸进行指导，但由于部
分现场操作人员文化水平较低，识图能力不足，在对照图纸施工时可能会出现各种问
题。而采用 BIM 技术可以进行三维展示，通过施工动画模拟将施工过程形象的展示
给操作人员，便于他们施工，减少施工失误产生。
同以上过程在 Navisworks 中制作施工动画。如图 3.13 安装梁独立支撑，图 3.14
为对预制叠合梁创建集合，图 3.15 为预制叠合梁起吊，图 3.16 为叠合梁就位，图 3.17
为校核叠合梁位置。
32
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图 3.13 安装独立支撑
图 3.14 创建预制梁集合
图 3.15 预制叠合梁梁起吊
图 3.16 叠合梁构件吊运、落位
图 3.17 构件位置校核
3.4.4 预制叠合板施工模拟 1.预制板分类，如表 3.8。
表 3.8 预制板分类
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构件名称 图片 构造工艺 施工模拟难点 为预应力带肋带孔的叠合 1.吊装路线：制作施工动 板，在混凝土初凝时，将 画时，要考虑到每个构件 T 型肋通过钢件与地板连 的吊装路线安排是否合 接，再进行蒸汽养护。 PK 叠 合 板 理，是否影响之后构件吊 装； 底板是将混凝土浇筑在钢 2.构件对接：施工模拟时 预制桁架 钢筋叠合 筋桁架网上而成的；钢筋 桁架网由钢筋桁架，安置 要充分考虑到施工工艺要 求是否符合真实施工，所 楼板 在桁架下弦且垂直于钢筋 以如何清晰的表达板与板 桁架的附加筋构成。 之间的连接，是能否起到 全预制节 点叠合楼 板 由预制混凝土底板、后浇 指导施工作用关键。 叠合层、界面连接钢筋桁 架、板端突出组成，其中 预制混凝土底板含有楼板 的全部板底配筋。
2.叠合板施工过程及技术要点
（1）用水平尺检查在排架上的方木与边模平齐，模板边黏贴双面胶防止漏浆； （2）叠合板吊装采用四点起吊，吊装时使用小卸扣链接叠合板上预埋吊环，起
吊时检查叠合板是否平衡，在叠合板吊装至吊装面时，抓住叠合板桁架钢筋固定叠合
板，叠合板根据梁模板、墙模板定位，如图 3.18 为叠合板吊装；
（3）将叠合板吊装至吊装面 1.5 米时，抓住叠合板桁架钢筋轻轻下落，在高度
10cm 时参照模板边缘校准下落；
（4）调整叠合板位置，拆除吊具，如图 3.19 为安装完成的叠合板。
34
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图 3.18 叠合板吊装
图 3.19 安装完的叠合板
3.对预制叠合板吊装施工模拟
在施工现场，由于场地及周边道路的限制，构件堆放和塔吊的安置比较紧密，在
吊装时叠合板的重心不稳，易造成偏心现象，在就位时无法准确对准控制线；在完成
第一块叠合板吊装后，进行第二块吊装时，由于吊装路线安排不合理，可能造成第二
块叠合板与第一块叠合板碰撞等问题。采用 BIM 技术在叠合板吊装前根据施工现场
的限制条件对叠合板的吊装进行一次模拟，可以避免碰撞的问题发生。以下是通过软
件对叠合板吊装顺序及吊装过程进行模拟。
在 Revit 中将模型、三脚架及木枕等拼装起来，并将导出的.dwf 文件导入到
Navisworks 中，然后进行动画制作。叠合板吊装模拟过程如下：
（1）采用集合管理命令，对预制叠合板及其他辅助工具创建集合； （2）采用 Animator 创建场景，对创建的集合制作动画集；
（3）以构件起点的位置为开始关键帧，开始起吊构件，如图 3.20 为预制叠合板
起吊，在构件吊装的关键位置捕捉关键帧，形成吊装路线；
（4）根据吊装方案，在板下放安置三脚架及垫块如图 3.21，按照施工工艺在距
吊装位置 1.5m 时，调整板的位置，如图 3.22，然后缓慢下落，精调叠合板位置，直
至叠合板就位，如图 3.23；
（5）按照施工方案，重复吊装过程，直至吊装完成，如图 3.24。
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图 3.20 叠合板起吊
图 3.21 安装三脚架及工字木
图 3.22 叠合板距吊装点 1.5m
图 3.23 叠合板就位
图 3.24 按顺序吊装整层叠合板
3.4.5 预制楼梯安装施工
36
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1.预制楼梯
预制楼梯：采用平模或立模生产，铰接，具有良好的抗震性，安装方便，即安即
用。与现浇楼梯相比，在成本方面占据优势，同时生产时采用立模可保证楼梯表面光
滑。
2.预制楼梯施工过程及技术要点
（1）吊装前根据预制楼梯梯段的高度，测量楼梯梁现浇面是否水平，根据测量
结果放置不同厚度的垫片四块；
（2）楼梯吊装采用四点起吊，使用专用吊环与预制楼梯上预埋的接驳器连接，
使用钢扁担吊装、钢丝绳和吊环配合楼梯吊装；
（3）吊装楼梯至吊装面高度 1.5 米高时，上下两端固定楼梯吊装钢丝绳，使楼
梯缓缓落在控制线内；
（4）调节预制楼梯平衡、楼梯位置； （5）检测楼梯水平和相邻梯段的水平。 3.对预制楼梯吊装施工模拟
预制楼梯的安装过程采用塔吊进行吊装。在施工时装配式建筑的专用术语不易被
现场工人理解，严重阻碍了吊装工作的顺利完成。比如，在吊装时出现楼梯支座接触
不实或者搭接长度不够，吊装完成后，操作工人未能及时灌浆导致楼梯段干摆等诸多
问题。
采用 BIM 技术制作的施工动画，具有很好的传达指导意义。以下是对该项目楼
梯的吊装过程模拟。如图 3.25-3.32。
图 3.25 找平
37
图 3.26 放线
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图 3.27 吊装楼梯
图 3.28 盖保护层
图 3.29 吊装隔板
图 3.30 支撑隔板
图 3.31 安装连接件
图 3.32 灌浆
38
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3.5 套筒灌浆技术分解及施工模拟
3.5.1 套筒构件
图 3.33 半灌浆接头
图 3.34 全灌浆接头
3.5.2 灌浆操作技术要点 1.灌浆质量要求
灌浆时要保证每个灌浆孔都必须达到饱满状态，即必须有浆料从灌浆孔溢出，且
无气泡产生时即为注浆完成。
2.人员配置
根据现场实际情况，一般分三个作业队进行施工。每个作业队配置人员如下：计
量 1 人、搅拌 1 人、注浆操作 2 人，封堵 2 人，共计 6 人。
3.作业准备
（1）灌浆前必须对每个施工人员进行技术交底，阐述灌浆的意义。
（2）材料、机具：砂浆搅拌机、注浆机、手动注浆器、注浆料搅拌桶、电子秤、
量杯、注浆料搅拌枪、流动度测试仪、流动度测试平板手锤、铁錾。
39
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（3）注浆范围：预制内、外承重剪力墙。
（4）灌浆流程，如图 3.35。
图 3.35 灌浆流程
4.注浆步骤
（1）清理接触面：灌浆前应当清理预制构件与浆料的接触面，无异物，并洒水
润湿。
（2）铺设垫块，铺设座浆料：
1）放置垫块并测量垫块顶标高确保符合设计要求，墙体底部垫块距墙体两端
300-500mm 且对称布置使预制墙体标高得到有效的控制；
2）计量，按照设计配比称量干料和拌和用水，用砂浆搅拌机搅拌座浆料至粘稠、
均匀；
3）沿墙下部位铺设座浆料用灰刀抹压成中间高两侧低的形状。中间高度约
30-40mm,两侧高度约 20mm；
4）在钢筋位置放置防堵垫片，防堵垫片应接触砂浆面。
（3）吊装构件：在吊装预制构件前，事先用手电筒或高压水枪或压缩空气逐个
检查预埋灌浆套筒，确保每个套筒通透。预留孔洞是否满足设计要求，孔内有无杂物。
（4）精调构件位置并固定：构件吊装就位后采用斜支撑调节构件的垂直度与平
整度，保证在允许的误差范围内。
（5）拌制灌浆料：
1）准备好材料和工具：已称重的灌浆干料、拌和用水、浆料搅拌容器、流动度
测试工具、称重设备、灌浆料搅拌工具、座浆料砂浆搅拌机、橡胶堵头、注浆机、注
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浆用胶枪等；
2）计量：根据混凝土材料配合比要求，计算注浆料参水量；
3）搅拌：先向桶内加入拌和用水量 80%的水，然后逐渐向桶内加入灌浆料，开
动搅拌机搅拌 3-4 分钟，至浆料粘稠无颗粒。加入剩余 20%的水搅拌 1 分钟，搅拌
完成后应静置 1-2 分钟，待气泡排除后进行浆料流动度测试、浆料温度测试并做记
录。要求注浆料流动度大于 300mm, 半小时流动度大于 260mm 为合格。搅拌的同时，
留置标养试块 。
（6）灌浆：在座浆料终凝后即可灌浆操作。
使用专用的灌浆机进行灌浆，通过灌浆机的压力将浆料从墙体下部灌浆孔注入，
灌浆料由上部气孔溢出，当浆料从上方孔洞流出时，则灌浆完成，并用塞子将孔洞全
部封堵。构件所有上部灌浆孔均有浆料溢出则全部灌浆完毕。
（7）进行封堵：灌浆完成，经检验合格后，按照要求将灌浆孔封堵至与墙面平
整度一致，并将墙面清理干净。
5.材料搅拌要求
到达现场后按批检验，以每层为一检验批；每个班组应该制作一组 40×40×60mm
的试件，经过 28 天的标准养护后送检，且每层应制作至少三组。
灌浆料的存放温度介于 5-30 度，在该温度范围内，浆料的存放时间为 30 分钟，
在此时间范围内，搅拌的浆料必须用完。
6.灌浆过程模拟
项目中外墙采用三明治保温外墙板，剪力墙的水平接缝采用钢筋套筒以及水泥灌
浆料连接。本案例对套筒灌浆过程及注意要点进行模拟。如图 3.36-3.41 为灌浆过程
局部截图，软件操作部分同预制外墙操作。
图 3.36 塞缝
41
图 3.37 搅拌浆料
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图 3.38 封堵下排注浆孔
图 3.39 插入灌浆管进行灌浆
图 3.40 封堵上排注浆孔
42
图 3.41 封堵注浆孔
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第四章 案例分析
4.1 项目简介
本文以济南市某公租房项目为案例进行虚拟施工，如图 4.1 该公租房住宅楼项目
鸟瞰图。该项目建筑面积共计 93637.36 平方米，其中我们所涉及到的为 2#楼 14750
平方米，3#及 6#楼为 7341.86 平方米，地下储藏室 2 层，地上建筑 18 层，地下车库
1 层。
建筑结构：住宅楼为装配整体式剪力墙结构，车库及公建为现浇混凝土框架结构，
其中，地下结构及一、二层采用钢筋混凝土剪力墙现浇结构，三~十八层为装配整体
式结构。
工程材料：主要的预制构件有，预制三明治剪力墙、预制内剪力墙、叠合梁、梁
墙复合预制构件、PK 剪力墙、PK 叠合板、预制楼梯、阳台、空调板等，预制装配率
约为 85%。
图 4.1 该公租房住宅楼项目鸟瞰图
装配式建筑施工难点
吊装方面，由于现场空间位置的复杂性，有体积较大的预制构件，以及塔吊之间由于吊装方案不够完善发生碰撞等原因，使构件吊装过程难度变大，特别是在同一区域的不同构件，安装顺序一旦出现错误，很有可能使其他构件由于空间不足不能完成吊装。所以，合理的吊装顺序是吊装顺利进行的保证。因此，在开始现场吊装之前，必须将塔吊之间，塔吊与构筑物之间的干涉问题解决好，并对吊装顺序进行优化，确保吊装的顺利进行。
装配式施工是一种新兴的施工工艺，无论是现场的施工技术人员还是施工操作人
43
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员，对这种施工工艺的理解都不够完善，特别是在构件连接方面，比如，板与板，墙
与墙，墙与梁的连接等，施工时都存在各种问题，因而在施工之前，必须对现场施工
技术人员进行施工技术培训，以便指导后续现场施工。
4.2 项目 BIM 技术实施概况
4.2.1 总体思路
将 BIM 技术与施工全过程相结合，以深化设计为开端，贯穿整个工程的施工阶
段，进而达到降低成本、提升质量的目的。
4.2.2 BIM 小组成员任务及职责
表 4.1 BIM 小组成员及任务职责
工作人员 工作任务及职责 a.负责制定该项目 BIM 应用的任务计划，组建 BIM 团队，明确职能分 工； b.负责组织相关技术人员对该项目的合同、图纸及技术要求进行研究。 根据该项目的具体情况，制定针对该项目的深化设计方案； BIM 技术负责人 c.与业主、BIM 总包等相关单位对项目进行讨论分析； d.组织 BIM 团队与工程管理人员，对 BIM 方案进行评审，确定最终的 施工方案； e.根据 BIM 标准及评审确定的结果，组织 BIM 团队对创建的 BIM 模 型进行优化。 a.熟悉该项目各专业图纸及技术要求，协助 BIM 技术负责人对项目的 管理工作，并参与制定深化设计方案； b.参加该项目对施工方案深化设计的评审以及在 BIM 模型交付进行的 最终评审； BIM 技术员 c.负责该项目施工方案的模型修改与优化，施工方案的评选，编写相关 施工技术文件等工作； d.根据对模型综合评审结果，对项目 BIM 模型图纸进行修改，以便于 指导施工； e.负责对该项目在施工时的全程跟踪，对施工过程中发现的技术变更及 44
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时处理，对 BIM 模型进行及时同步更新，始终使 BIM 模型处于最新版
本。
a.对该项目的施工过程进行全程跟踪，对施工过程中出现的技术变更进
行及时处理，对 BIM 模型进行及时的同步更新；
b.对于施工时出现的技术变更，应当及时上报给 BIM 技术负责人，待
各专业 BIM 技 其同意修改后，及时对模型进行修改，使模型一直都维持在最新版本； 术员
c.定时与施工现场的作业人员进行交流，了解施工现状，收集现场人员 意见并记录，并及时与现场管理人员沟通；
d.撰写 BIM 技术日志，记录每天施工的进展情况，包括相关各方对图
纸的讨论、意见和建议，图纸的变更、更新、发放、回收等有关情况。
4.2.3 软件配置
表 4.2 软件名称及功能
软件名称 功能及用途 版本 2016 Revit 创建 BIM 模型、深化设计、导出 BIM 信息等 进行碰撞检查、施工进度模拟、三维漫游展示 Navisworks 2016 manage CAD 建筑平面图设计与绘制 2014 6.0 Lumion 动画制作与渲染 文本文档的编辑与整理 word 2010 2010 excel 表格的编辑与整理 编制项目施工进度计划 Project 2010 Cs6
Photoshop 图片的处理与编辑 4.2.4 BIM 系统平台
将 BIM 小组的全部电脑进行局域网连接，创建工作集，以便组内成员之间数据
交流通畅，加快数据传递速度，保障工作效率。
4.2.5 BIM 软件应用流程
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图 4.2 BIM 软件应用流程
4.3 施工过程模拟
4.3.1 绘制 CAD 图纸
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该项目所用图纸采用 CAD 软件进行绘制。绘制完成后图纸如图 4.3。
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图 4.3 标准层平面图
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4.3.2 建模与维护
在 BIM 软件中可以创建模型的软件有很多种，其中使用比较广泛的有 Revit、
Sketchup、Bentley、Rhinoceros，下表为各软件的适用范围。
表 4.3 软件适用范围
该项目建模主要采用的是 Autodesk 公司的 Revit 软件进行模型创建，Revit 软件
最强大的功能在于创建不同专业模型，同时还能准确的进行工程量计算。在模型创建
时，主要是依据施工设计图纸（CAD 版），以图纸为模板创建模型。本项目是根据设
计单位提供的各个专业的图纸、设备、材料等相关信息，利用 Revit 软件在设计阶段
创建各专业的 BIM 模型。以建筑模型为例创建主要分为两部分，一是现浇部分，二
是装配式建造部分。
1.现浇阶段
（1）该项目的地下一、二层、首层及二层采用的是现浇结构，因此在创建模型
时需要根据图纸进行模型创建。建模时需要以 CAD 图纸为底图，如图 4.4 为 CAD 图
纸导入 Revit 软件，根据图纸所提供的信息，采用软件提供的命令“墙”、“门”、“窗”
等命令以及所需要的族逐步完成模型创建，如图 4.5。
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图 4.4 CAD 图纸导入 Revit
图 4.5Revit 创建模型
（2）为了简化模型的创建过程，在软件的基础上使用了简化过程的插件，如橄
榄山插件，安装该插件后，在 CAD、Revit 软件上会出现橄榄山插件窗口，如图 4.6。
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图 4.6 橄榄山插件在天正、Revit 的窗口
在 CAD 软件中装入橄榄山插件，可以将带有构件信息的建筑、结构、机电模型保存为.Glsa 格式的过程文件。如图 4.7 为构件中带有的基本属性信息，图 4.8 将地下一层建筑图纸保存为.Glsa 格式的过程文件。
图 4.7 构件带有的基本属性
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图 4.8 将 CAD 图纸导为过程文件
通过橄榄山软件将.Glsa 格式文件导入到 Revit 当中，如图 4.9，可以将二维图纸
导入软件中，并按照图纸包含的构件信息生成三维模型如图 4.10。
图 4.9 过程文件导入 Revit
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图 4.10 自动生成三维模型
（3）以上方法同样适用于结构模型与机电模型的创建。通过对建筑物现浇阶段
建筑模型的创建，在使用与不使用插件的情况下进行对比分析，可以得到如表 4.4 所
示的信息。
表 4.4 使用插件与否对比 创建族 实体（墙、板等） 时间 人为失误 准确性 成本 无 未使用插件 大量 所有 不需要 4h 有 一般 较高 使用插件
基本不需要 0.5-1h 无 1200/年 未使用插件时，创建模型需要创建大量的族，创建所有的实体构件，耗时较长。 就本案例而言，地下二层、地下一层、首层及二层的模型创建，细部优化等共耗时 4
个小时，而且难以避免存在着人为失误，不能保证模型的准确性。使用插件创建模型
时，通过过程文件的传递，将图纸信息完整的导入Revit软件中，并自动生成模型，由
于插件中自带族库，所以不需要创建所有的族，而且准确性较高，时间较少，大约在
0.5-1h之间。
通过以上对比分析可以总结出插件使用对模型软件的优势：
1）快速建模；在使用插件时，减少了族模型的创建，节省了大量的时间，本案
例在以图纸为模板的前提下，节省了 70%的建模时间，相当于一个工程师可以在同样
的时间内完成 4 个工程师的工作量；
52
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2）节约成本；采用廉价的插件成本，可以提高工作效率，减少完成一个项目所
需时间，可以节省约 70%的成本；
3）保证模型创建的准确性；使用插件直接生成模型，避免了对建筑信息的二次
使用而造成人为失误或者信息流失；同时也可以避免对图纸理解不同而改变模型信息
属性，客观准确的反应原始信息。
4）格式转换；通常情况下，.dwg格式的图纸导入到Revit软件中时，只能显示二
维信息，不显示构件的空间属性，在使用插件的情况下，可以将带有构件空间属性信
息的图纸直接导入Revit中，实现了三维信息的有效传递，有利于加快工作效率。
总的来说，插件的使用，不只是本文用到的橄榄山插件，还有其他一些插件，比
如鸿业、柏慕等，在不同专业方面都有简化模型创建的插件，虽然使软件的操作增加，
但是却能减少模型创建的时间，节约成本，提高工作效率，保证信息的完整性，对建
模过程具有重要意义。
2.装配式阶段
对于装配式建筑来说，在创建模型之前，最主要的是创建构件模型，构件模型是
装配式建筑整体模型最重要的构成部分，并且带有真实构件的基本属性。同时可吊装
的构件模型是模型的基本元素，可用于施工过程的可视化模拟以及施工要点分析。如
图 4.11 为预制叠合板族模型、图 4.12 为预制梁族模型，就是为该项目所需创建的构
件模型。
图 4.11 预制叠合板族模型 图 4.12 预制梁族模型
将预制叠合板、预制梁、预制外墙板等构件模型创建完成后，采用 Revit 软件将 构件模型进行拼装，通过三维展示可以将建筑物的构造更加形象表现出来，如图 4.13，
为拼装完成的局部模型。
53
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图 4.13 拼装完成的局部模型
4.3.3 图纸会审
由于设计院所提供的的图纸精细度不够，与现场施工存在诸多矛盾，不能够切实
指导现场施工，特别是复杂的机电设施。通过创建完成的 BIM 模型，可以对建筑物
进行可视化分析，在创建模型的过程中，将模型与图纸进行对比，互相检查，如果发
施工图纸所要表达的建筑信息与创建的模型不一致，则先检查创建的模型是否存在问
题，反之，可以发现图纸设计的不足之处，如图 4.14 模型创建时管道出现碰撞。将
发现的问题整理成问题报告交于设计单位，进行图纸深化设计，并及时更新模型，如
图 4.15 为更新模型，同时，保存更新数据，为后续工作做好充足的准备。
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图 4.14 管道碰撞
图 4.15 模型更新
4.3.4 模型整合
不管是要进行碰撞检测还是施工进度模拟，都需要将不同专业的模型进行整合。
在 Navisworks 中就有专门对不同专业进行融合的功能。
将不同专业的 revit 模型导出为.nwc 格式文件，再将.nwc 格式文件批量导入到
Navisworks 中进行模型整合，得到一个带有项目全模型的.nwc 格式文件，如图 4.16，
就是建筑、结构、机电专业进行模型整合的过程，同时，在整合的时候要调整部分参
55
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数信息，否则模型可能会出现融合不完全的现象。
图 4.16 各专业模型整合
4.3.5 碰撞检测
在 Revit 与 Navisworks 软件中，最主要的功能将二维图纸升华为三维模型，可以
展现出更形象，更直观的作品。经过以装配式建筑建筑模型为例，对 Revit 与 Navisworks
的碰撞检测方法进行对比，得出以下结论，如表 4.5。
表 4.5 Revit 与 Navisworks 的碰撞检测方法对比
检测时间 表达方式 精确性 表达形式 多种颜色 Navisworks 不到 1 分钟 5 种 有精确坐标 无坐标
Revit 约 2 分钟 1 种 颜色单一 经过模拟分析，在时间上 Navisworks 检测过程的时间不到 1 分钟，而 Revit 的检 测时间为 2 分钟左右，所有模型检测的时间加起来，Navisworks 总的检测时间会缩短
一半以上；Revit 的表达方式为 1 种即.HTML 格式，NW 的表达方式为 5 种，即.HTML、
HTML（表格）、XML、文本、视点，形式多样，内容丰富；在准确性上，Navisworks
在表格文件中有准确的坐标定位，Revit 没有坐标定位；在表达形式上，Navisworks 的表达形式如图 4.17，碰撞点的位置可以通过不同颜色高亮显示，Revit 的表达形式
如图 4.18，颜色单一，不容易观察，因此，Navisworks 的表达形式更加形象。
56
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图 4.17 Revit 碰撞效果
图 4.18 Navisworks 碰撞效果
采用 Navisworks 进行碰撞检测也是因为软件本身对电脑的配置要求不是太高，
一般普通的电脑就可以完成工作。软件本身的操作性也相对容易些，上手快。同时，
由于 Navisworks 可视化及三维仿真技术的支撑，可以将相关项目进行整合，检测施
工方案。Navisworks 可以使企业的工作流程变得简单化，提高工作效率，提高施工文
件的准确性，同时大幅度减少对设计的变更。因此选择 Navisworks 进行碰撞检测分
析。
1.创建集合
由于不同专业的融合使得模型的内容较多，构件复杂，导出的结果数据庞大而无
规律，所以直接采用整合的模型进行碰撞检测，不利于排查，同时也会加大工作量。
因此在检测的时候把整体拆分，根据需要检测的部位创建不同的集合，这里我们采用
对不同楼层的构件进行碰撞检测。对每一个楼层创建一个集合，如图 4.19。
图 4.19 根据楼层创建集合 图 4.20 选取的检测楼层
2.选择检测对象
选择其中某一个集合也就是某一楼层的整合模型进行碰撞检测。将其他暂时用不
到的楼层进行隐藏，如图 4.20 为选取设备管线层为碰撞检测对象。
3.碰撞检测
通过对模型的碰撞检测，检测完成后软件会将模型中所有碰撞的位置通过列表形
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式表示出来，包括名称，碰撞类型等，当选取列表中某个碰撞点时，在模型中对应的
位置就会高亮显示，以便标记修改，如图 4.21。
图 4.21 碰撞检测结果
在列表中可以对碰撞的结果导出不同的格式文件，如图 4.22、图 4.23 为图片形
式的碰撞结果，表 4.6 为表格形式的碰撞结果。
图 4.22 导出格式类型 图 4.23 碰撞检测结果图片格式局部示意图
表 4.6 碰撞结果报告
公差
3FPZ
0.001m 25
250
0
状态
碰撞 新建 活动的 已审阅 已核准 已解决 类型
0
0
硬碰撞 确定
图像 碰撞名 状态 距离 说明 称 项目 找到日期 碰撞点 名称 项目 类型 2017/2/15 碰撞 1 新建 -1.260 硬碰撞 13:23.50 x:6.343 、 管道类型 y:19.950 、 [540217] 壳 z:2.741
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2017/2/15 碰撞 2 新建 -1.163 硬碰撞 13:23.50 x:5.995 、 管道类型 y:19.950 、 [539720] 壳 z:2.837 2017/2/15 碰撞 3 新建 -0.696 硬碰撞 13:23.50 x:49.236、 基 本 墙 y:19.750 、 [321481] 壳 z:2.850 2017/2/15 碰撞 4 新建 -0.676 硬碰撞 13:23.50 x:13.046、 管道类型 y:18.550 、 [548745] 壳 z:2.737 2017/2/15 碰撞 5 新建 -0.641 硬碰撞 13:23.50 x:28.744、 管道类型 y:10.150 、 [544178] 壳 z:3.700 2017/2/15 碰撞 6 新建 -0.630 硬碰撞 13:23.50
x:12.583、 管道类型 y:18.550 、 [539768] 壳 z:2.835 4.设计方案优化
将以上导出的碰撞检测报告逐一排查，确认无误后，按专业分别交与相应的设计
部门，由他们对图纸设计进行进一步的修改，主要是针对碰撞节点，并根据已完善的
图纸对 Revit 创建的模型进行优化，再导入 Navisworks 中进行一次碰撞检测。在“检
测—修改—检测”的重复过程中，一次次完善设计，直至碰撞检测的结果为零，即表
示施工前的设计问题都已基本解决，该过程即可停止。尽管这个循环的过程消耗的时
间很长，但是其检测以及修改的过程都是采用软件自动操作，不会对设计工作人员带
来太大的工作量。
在给不同单位反馈信息时，可以通过 Navisworks“分配”选项，将检测出的问题通
过局域网发给设计等单位进行审核、修改，这些单位在完成修改后同样可以利用局域
网将信息发送回来。如图 4.24，4.25。
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图 4.24 校核碰撞点 图 4.25 分配给设计单位
通过以上过程可以看出，Navisworks 对施工中碰撞问题的检测具有很重要的意义。
通过碰撞检测解决专业之间的硬碰撞，消除设计中存在的不容易发现的问题，通过优
化设计将模型中碰撞冲突基本消除，避免施工中不必要的浪费，提高了施工效率及准
确性。
4.3.6 施工进度模拟
在 4.3.5 中对该工程进行碰撞检测以及模型优化完成之后，接下来就需要对整个
项目进行施工进度模拟，以便可以更好地优化施工方案以及指导现场施工。目前，在
建筑领域内，制作施工进度模拟比较成熟的软件有广联达 BIM 5D、Navisworks 等。
其中，广联达 BIM 5D 对计算机硬件要求较高，制作成本也相对较高。而 Navisworks
操作相对简单，对计算机的硬件要求较低，而且制作成本较低。从软件操作以及经济
方面上考虑，Navisworks 相对来说比较实用。
1.编制施工进度
在进行施工模拟前，需要准备两种资料。一是 Revit 创建的三维模型，在前面已
经创建完成并进行模型优化；二是施工进度计划。将 BIM 模型与施工进度计划导入
到 Navisworks 当中，就可以进行施工进度模拟。施工进度计划则采用 Microsoft Project
软件完成。Microsoft Project 是一款成熟的项目管理软件，可以快速准确地编制施工
进度计划。如图 4.26 为应用该软件编制的施工进度计划图即甘特图。
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图 4.26 项目施工进度甘特图
2.进度模拟
在模型创建完成以及施工进度计划完成之后，开始采用 Navisworks 软件进行施
工进度模拟，根据提供的模型及施工计划进行施工动态展示，实现三维施工指导，从
而直观地传达施工意图。
如图 4.27 是将施工计划 Project 文件与 Revit 模型导入 Navisworks。首先对模型
进行处理，打开“Autodesk Rendering”将文理材质、光源等效果应用与模型，可以在
Navisworks 中实时查看材质和光源。
将施工进度计划表作为数据源生成任务列表，选择“重建任务层次”生成新的任务
列表，如图 4.28。
图 4.27 导入 Project 文件
61
图 4.28 重建任务层次
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图 4.29 施工进度导入图
从图 4.29 中可以看出，导入 Project 文件后，在“Timeliner”右侧也会出现进度图，
在这个时候，施工进度与模型之间是相互独立的关系，因此需要通过“附着”选项将二
者相结合。如图 4.30，将构件附着在相对应的任务名称上，这就为模型增加了时间这
一参数，将 3D 变 4D。同时，由于构件数量庞大，模型与施工进度文件在名称上相
同，可以采用自动附着的方式节省时间。
图 4.30 进度数据自动附着到构件
在项目的整个施工进程中，不同时段构件的施工类型是不一样的，有属于构造的、
有需要拆除的、有临时搭建的。在建造工程中，构件的出现及拆除通过 “任务类型”
来实现，如图 4.31。由此来对施工中的预制构件进行外观设置。
图 4.31 模型外观设置
在完成以上准备工作之后，对该项目进行虚拟施工模拟，如图 4.32 就是模拟过 程的部分截图。
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图 4.32 施工进度模拟
在图 4.32 中，左上角显示的是施工进度在项目中的状况，在模拟的过程中，根 据左上角的文字可以看出施工的日期、施工进行的阶段，以及不同阶段，不同区域的
工程完成情况，这样可以同实际的施工进度进行对比，可以直观的判断实际施工是否
有延迟，因此可以让施工企业更好的把握施工进度，保证整个工程的质量。
通过对模型的在虚拟环境中进行的施工进度模拟，将发现的问题及时处理，以达
到对施工方案优化的目的，并为后续的实际施工能够顺利进行提供了技术保障，同时
也保证了施工能在达到质量要求的前提下，在预定的工期内完成，避免了成本与工期
的不必要损失。
3.在实际工程应用当中，以上方式在展示过程中存在有不足之处。第一，从上图
的效果来看，所有的模型都集中在同一个画面中，表示不清晰；第二，在动画展示过
程中，其中一些模型会遮挡住视角，有些部位无法展示出来。而对于用户来说，更想
看到的是施工工序与时间、空间的关系。为此采用对模型分离的方法进行展示。将模
型分为建筑结构、机电等部分，在同一个空间、不同位置、采用同一个进度计划时间
进行进度模拟演示。
具体操作。第一，根据需要展示的内容，将模型拆分，将建筑结构模型与机电模 型分开，如图 4.33，以便于模型在 Navisworks 中进行进度模拟；第二，模型拆分完
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成之后将模型进行分离，分离的距离以保证可以出现在 Navisworks 同一个视口当中
为准。第三，将整理完的模型分批次导出为.nwc 文件。第四，将.nwc 文件导入
Navisworks 中，根据已经分好的模型创建与施工进度相对应的集合，并按进度中的任
务名称为集合命名，然后对模型进行进度模拟如图 4.34。
图 4.33 模型分离
图 4.34 分离模型进度模拟
在案例中通过两种对施工进度模拟，采用专业分离的方式对模型进行进度模拟与
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第一种方式对比可以得知，
（1）优化进度模拟过程，更加直观、有效的展示施工进度，避免模型死角的产
生；
（2）将模型分离，使得每个模型都变得清晰，明确展示了施工工序与空间之间的关系。
根据工程项目及其他方面的要求，可以根据需要采用不同的方式进行进度模拟，除以上两种外还可以采用将模型剖切进行模拟的方式，以满足实际需要，不管是那种方式，都是为更加直观、有效的展示施工进度，优化施工方案，更好的为后续施工服务。
4.3.7 实时漫游
实时漫游是利用计算机软件将绘制出的 BIM 模型赋予材质之后通过动画的形式 展现出来。根据表 4.7 中不同软件之间的性能对比分析。
表 4.7 漫游软件功能对比 软件名称 Lumion 3D max Sketchup Navisworks 较低 计算机硬件要求 较低 高 较低 简单 操作难度 简单 较困难 清晰 简单 一般 渲染效果 清晰 短 一般 短 渲染时间 长 无 短 有 动态模型
有 无 3D max 操作界面功能较多，复杂，操作难度较大如图 4.35，而 Lumion 的界面简
洁清楚，操作方便，如图 4.36。
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图 4.35 3D max 工作界面
图 4.36 Lumion 工作界面
在制作动画方面，3D max 软件需要布置摄像机、绘制精准的漫游路径、设置关 键帧等，其过程比较繁琐复杂。而 Lumion 软件不用设置较为精准的参数，软件会直
接将设置的关键帧自动连接成动画。
对 Lumion 软件与 3Dmax 软件的渲染时间进行对比，通过实际对同一个动画的渲
染时间比对如图 4.37，Lumion 在渲染速度上比 3D max 软件的优势显而易见。
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图 4.37 软件时间测试
将 Lumion 与 3D max 软件进行对比，可以发现在实时漫游制作中 Lumion 软件在 操作，漫游制作过程以及渲染方面都占据很大优势，同样，与其他软件相比，Lumion
软件具有操作简单，渲染效果好、对计算机硬件要求低等优势。因此，采用 Lumion
进行实时漫游制作。
在动画制作时，需在 Revit 软件中安装插件“Revit To Lumion Bridge_Revit2016” ，然
后才能将导出的“.FBX”文件导入 Lumion 中，如图 4.38 软件功能界面。
图 4.38 Lumion 功能界面
在 Lumion 中有专门的材质库，可以对模型进行添加或者修改材质。如图 4.39，对正
在施工中的建筑物添加混凝土材质。
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图 4.39 添加材质
材质添加完之后开始做实时漫游动画。如图 4.40 是 Lumion 制作过程,图 4.41 为场地
漫游截图。
图 4.40 漫游制作界面
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图 4.41 场地漫游
利用实时漫游技术可以对建筑物设计的合理性以及对于现场防护的安全性进行
分析，以完善施工方案，利用 BIM 漫游技术对模型、场地漫游观察，对前期为注意
或遗忘的安全措施重新布置，彻底解决安全隐患，以优化施工方案。
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第五章 结论与展望
5.1 结论
随着建筑行业的发展，装配式建筑在国家政策的大力支持下开始在国内迅速发展。
针对装配式建筑的设计、生产、施工等各个环节也都有了新的技术要求，特别是在施
工阶段，如何合理的安排吊装顺序是装配式建筑施工的关键，如何在目前高成本的情
况下节约成本，控制质量是装配式建筑发展的重点。本文以济南某装配式项目为实例，
经过对 BIM 技术在装配式建筑中的应用研究取得了以下成果：
1.通过对 BIM 软件及虚拟施工技术的概念分析，实现了基于 BIM 的虚拟施工实
施平台；从施工组织设计、碰撞检测两个方面研究了虚拟施工的关键技术，从虚拟仿 真、计算机模拟、三维可视化等技术方面分析了虚拟施工的支撑体系，以实现 BIM
技术在虚拟施工中应用环境。
2.通过研究装配式建筑的施工过程，分析场地布置原则，利用虚拟施工技术实现
场地布置模拟；对板、墙、梁、楼梯等预制构件的吊装、套筒灌浆的施工工艺进行分
解，利用虚拟施工技术对其关键技术进行了模拟，为后续的施工过程提供了技术支持。
3.以济南某项目为例，将 BIM 软件运用到装配式建筑虚拟施工当中，从建模过
程、碰撞检测、进度模拟、漫游制作等方面对虚拟施工的过程进行研究。研究得出， 橄榄山插件在 Revit 中的使用极大程度的节约了建模过程的时间与成本；与 Revit 软
件相比，Navisworks 进行碰撞检测的速度快，信息表达方式多，内容丰富形象；在
Navisworks 中采用结构分离的进度模拟方式避免了展示中存在的死角问题，使其效果
变得更加直观、有效；与 3D max 等软件对比，Lumion 在计算机要求、操作、渲染效
果、渲染时间等方面制作漫游更具有优势。在符合现实经济性、实用性的条件下，实
现了 BIM 技术在装配式建筑虚拟施工中的应用，同时，为其他装配式建筑的虚拟施
工提供参考依据。
5.2 展望
BIM 技术与装配式建筑虽然在我国取得了快速的发展，但是并没有大众化，主
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要还是依靠国家政策以及高校、大型企业在推动。本文研究了 BIM 技术在装配式建
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筑虚拟施工中的应用，虽然取得了一定的成果，但仍存在诸多局限条件，很多方面仍
需要进一步的研究探索。
1.目前，BIM 技术在我国还没有被广泛使用，所以在 BIM 软件的使用上也存在
局限性，很多实用的软件之间尚未实现格式的互相转换，不能完成信息的有效传递，
进一步研究软件之间可以互相连接的接口，实现不同 BIM 软件的对接。
2.本文通过不同软件、插件、以及实施方式的对比分析，选取满足经济性、适用
性的软件进行虚拟施工模拟，但是由于本人所了解的软件数量有限，对不同过程的实 施方式研究能力有限，希望通过更多实践的研究，可以对于改进的方法进一步完善。
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致谢
我的研究生生涯即将接近尾声，毕业论文的编写也在这个时候就要完成了。在这段时间里，通过写论文，我更加扎实了我的这两年的专业知识和相关实践体验，更加体会到老师和同学们的帮助和关爱。这篇论文经过我的导师的悉心指导和同学的热心帮助才得以更好的完成。
在这里首先我衷心的感谢我的导师，并献上最真诚的敬意。其次我要感谢我的辅导员，还有其他老师对我的帮助，最后我要感谢帮助过我的师姐、同学、师弟、师妹，谢谢你们在这段时间的帮助和关怀。在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！
导师的渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的
高尚师德对本人影响深远。不仅让我学到了很多专业的知识还让我明白了许多为人处事的道理。谢谢老师带给我一个很美好很有意义的研究生生涯。谢谢大学对我的培养，谢谢给了我一个可以回味和难忘的学校生活。
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攻读学位期间发表的学术论文
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