基于BIM的裝配式建筑全生命周期安全管理研究

牛艷 吳婷婷

現(xiàn)代裝配式住宅多采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，它在我國保障性住房的建筑過程中最常見，同時也是國家倡導(dǎo)和推廣的一種重要的建筑形式。而通過BIM 技術(shù)對在生命周期內(nèi)的裝配式建筑進行設(shè)計、生產(chǎn)、裝配以及裝修和運營，能實現(xiàn)信息化的產(chǎn)業(yè)鏈管理。而且還能以此為平臺，進行實時的信息傳遞和交互，準確發(fā)現(xiàn)問題并及時反饋，是建筑行業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容之一。本文以BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期安全管理過程中的問題為研究課題，通過科學(xué)論證，找出相應(yīng)的解決方案，希望為我國建筑業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供參考。

一、基本概念

1. BIM技術(shù)

BIM即Building Information Modeling的簡稱，是美國建筑業(yè)開創(chuàng)性地推廣并使用的實施建筑生命周期信息化安全管理的一項高新技術(shù)。一經(jīng)推出，在英國和澳大利亞等經(jīng)濟發(fā)達的國家備受推崇。嚴格意義上而言，BIM是一種對工程項目物理特性和功能特性的數(shù)字化表達，而且能對建筑生命周期內(nèi)的所有相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)庫并共享傳播，為使用者提供信息支持。因此，BIM技術(shù)以建筑工程的數(shù)據(jù)和信息為依托，通過建立模擬的立體模型，將建筑工程相關(guān)的邏輯關(guān)系直觀的反映出來，是建筑領(lǐng)域信息化管理的工具。

2.全生命周期管理

建設(shè)項目全生命周期管理，指貫穿于項目整個建設(shè)過程的，包括設(shè)計、生產(chǎn)、建造、運營維護以及拆除后再利用的全生命周期中的信息與過程。它以信息化管理手段為基礎(chǔ)，通過建立三維模型，將住宅建筑工程的設(shè)計、施工和管理等全過程融為一體，促進各個過程信息傳遞的效率，實現(xiàn)信息及時交流和共享。建設(shè)項目全生命周期管理具體包括兩個方面的內(nèi)容，一方面，收集并處理所有相關(guān)的項目過程信息。另一方面，通過對建筑項目全生命周期的所有過程信息進行分享和控制，進而推動工程有效開展，保證工程的質(zhì)量和經(jīng)濟價值。

二、BIM在裝配式建筑全生命周期安全管理中應(yīng)用的意義

裝配式建筑是進入新世紀以來我國普遍推廣的一種全新的建筑形式。這種建筑形式不但能有效減少建筑垃圾，避免對環(huán)境造成嚴重破壞，還能大幅減少噪音污染，保證工程質(zhì)量的同時節(jié)約開支。所謂裝配式建筑，就是把加工好的預(yù)制構(gòu)件直接組裝，就可以完成建筑整體的建造。由于建筑配件或半成品都是事先設(shè)計好，能批量生產(chǎn)的，因此可以大大縮減工程建設(shè)的周期，而且節(jié)省人力、物力。正因為其擁有巨大的規(guī)模效應(yīng)和經(jīng)濟效益，在我國被廣泛推廣使用。另外，對于建筑出現(xiàn)墻體裂縫和樓底滲漏等常見的問題，裝配式建筑都可以方便快捷地解決和規(guī)避，因此這類建筑具有更好的安全性，生命周期也更長。

雖然裝配式建筑法具有很多傳統(tǒng)建筑模式所沒有的優(yōu)勢，但在建筑全生命周期安全管理方面還存在缺陷。具體體現(xiàn)在：第一，當(dāng)前我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，項目參與形式不斷增加，施工所需的預(yù)制構(gòu)件也日趨多樣化和個性化。而同時由于參與者信息不對稱問題普遍存在，造成建筑施工的預(yù)制、運輸和組裝等各環(huán)節(jié)缺乏統(tǒng)一的監(jiān)督和信息傳遞機制，而很容易出現(xiàn)秩序混亂不堪效率低下，質(zhì)量不高返工延誤進度等問題愈發(fā)突出。第二，建筑工程往往工期長、流程多，涉及的信息量大，往往缺乏有效的統(tǒng)計、整理和綜合控制，信息使用者很難實現(xiàn)有效的信息傳遞和共享。項目管理者很難對施工全過程進行有效監(jiān)督。第三，由于沒有實現(xiàn)對工程的構(gòu)件信息全面了解和掌握，導(dǎo)致很多預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)根本不匹配，延誤工期而且造成大量的資源浪費。由于以上問題日益突出，國內(nèi)越來越多的業(yè)內(nèi)人士把焦點放到了BIM技術(shù)上，意在通過有效運用BIM技術(shù)提高裝配式建筑全生命周期安全管理的水平和質(zhì)量。

三、裝配式建筑全生命周期安全管理中BIM的應(yīng)用

1.規(guī)劃設(shè)計階段

BIM信息管理技術(shù)在建筑工程規(guī)劃設(shè)計階段的主要作用是聯(lián)絡(luò)和協(xié)調(diào)各參與者協(xié)商達成一致意見，能有效規(guī)避傳統(tǒng)模式中普遍存在的多方參與設(shè)計沖突以及設(shè)計認為頻繁變更的問題。它的巨大優(yōu)勢包括：第一，進行系統(tǒng)的場地分析，提出最優(yōu)的選址方案。以往的場地分析環(huán)節(jié)往往偏重于進行定量分析，在海量信息和主觀因素影響的情況下，往往束手無策。而BIM技術(shù)能實現(xiàn)與地理信息系統(tǒng)完美融合，對現(xiàn)實場地的條件和空間信息建立數(shù)據(jù)模型進行分析，并綜合評估給出若干建議，為當(dāng)?shù)匾?guī)劃提供參考。第二，BIM 模型能將工程的含義，各構(gòu)件的原料、尺寸和屬性等信息完全直觀地展示出來，而且模型是基于若干參數(shù)組成的，各參數(shù)之間都有不同程度的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)某個構(gòu)件的參數(shù)信息發(fā)生變化后，其他所有相關(guān)構(gòu)件也會發(fā)生改變。因此圖形修改只要在同一個圖紙上就可以完成，不像傳統(tǒng)模式那么繁瑣。另外，基于BIM技術(shù)建立的模擬圖形還能對施工難點如新結(jié)構(gòu)、新形式和復(fù)雜節(jié)點等，進行直觀模擬，這樣能使設(shè)計者準確及時發(fā)現(xiàn)問題，并改進和優(yōu)化。而且BIM模式還具有可視化優(yōu)勢，設(shè)計者只需要通過互聯(lián)網(wǎng)將電子模型分享給建筑工程相關(guān)對象，就可以完成在線溝通和交流，大大節(jié)約設(shè)計規(guī)劃的時間。第三，有效檢驗是否存在設(shè)計沖突。傳統(tǒng)設(shè)計模式往往是憑空想象出待建工程完工后的大體情況。而由于實際施工過程很難管控，導(dǎo)致很多設(shè)計與實際嚴重偏離。尤其是預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計問題，預(yù)測不合理很可能導(dǎo)致構(gòu)件不符，無法正常使用，需要返工和重新設(shè)計或修改方案。但如果利用BIM技術(shù)進行設(shè)計，一些設(shè)計方面的矛盾問題立即就能在模型中體現(xiàn)出來。然后設(shè)計師可以及時更正和調(diào)整，從源頭上規(guī)避設(shè)計沖突的問題。

2.生產(chǎn)制造階段

BIM系統(tǒng)在構(gòu)件生產(chǎn)制造階段會引入RFID技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理。它首先會生成特定的RFID標簽將相應(yīng)的構(gòu)件標注出來，不同的RFID標簽包含不同構(gòu)件完整的相關(guān)信息，供生產(chǎn)、存儲、運輸和吊裝等各環(huán)節(jié)的操作者使用。正式生產(chǎn)前，構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)會自動從BIM的數(shù)據(jù)庫中提取已經(jīng)設(shè)計并保存的相關(guān)信息。而且在生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全結(jié)束后，將生產(chǎn)的構(gòu)件的數(shù)量、規(guī)格、質(zhì)量檢驗等信息上傳到BIM 數(shù)據(jù)庫備份保存。另外，RFID標簽是以唯一性原則進行編碼的，這樣做保證了構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、使用等各環(huán)節(jié)信息傳遞的統(tǒng)一性和精準性?？梢?，BIM技術(shù)的運用使得建筑工程在施工工程中質(zhì)量高、存貨低而且效率高。

3.建造施工階段

BIM 技術(shù)在施工建設(shè)階段的使用有兩個方面的優(yōu)勢。一方面，管理預(yù)制構(gòu)件倉庫存放和入場環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)模式在施工階段構(gòu)件選擇錯誤或倉庫存放位置不明確導(dǎo)致延誤工期的現(xiàn)象很常見。而運用BIM 技術(shù)后能得到有效改善。它獨有的信息平臺不但能對構(gòu)件的去向進行實時管控，而且能實現(xiàn)信息共享和高效傳遞，并保證信息的準確性和全面性。另一方面，它還能對建筑工程的全過程進行管控。施工單位在接受到設(shè)計部門提供的施工方案后，會建立4D模型進行分析驗證，并可以對工程開展的進度和質(zhì)量進行實時監(jiān)督。通過模型對預(yù)估效果和實際效果的全方位對比，找出差異。這個時候系統(tǒng)也會智能化地給出調(diào)整施工方案的若干建議。施工單位根據(jù)建議找出最優(yōu)的改善方案，最終保證施工順利開展。

4.運營維護階段

利用BIM 技術(shù)也可以在工程運營維護階段開展科學(xué)的管理工作。已建工程后期的使用和財務(wù)等信息都會被收集到BIM數(shù)據(jù)庫以專門的文檔保存，這些信息都是施工單位交付工程和建筑運營維護的時候需要充分參考的。BIM系統(tǒng)會與物業(yè)管理部門的系統(tǒng)進行連接，隨時監(jiān)督改善物業(yè)的運營情況，對物業(yè)運行的各種參數(shù)如設(shè)備性能和能耗，以及環(huán)境成本支出等進行準確評價，并給出相關(guān)的優(yōu)化建議。而且它在物業(yè)門禁管理方面也能發(fā)揮較大作用。