BIM技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期中的應(yīng)用

王成元　徐理　曾海明　郭秋蘭　廖菲菲　蔡運芳

[提要] 隨著城市化的不斷深入和綠色發(fā)展理念的強力推行，集環(huán)保、高效、節(jié)能于一身的裝配式建筑得到國家認(rèn)可與推廣。而BIM技術(shù)作為數(shù)字化信息技術(shù)與裝配式建筑進行結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使建筑業(yè)發(fā)展進入智能化發(fā)展時期。本文從傳統(tǒng)建筑入手，引入裝配式建筑和BIM技術(shù)，并詳細(xì)分析BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的優(yōu)勢，兩者的結(jié)合必將迎來建筑業(yè)發(fā)展的新階段。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);裝配式建筑;全生命周期

中圖分類號：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收錄日期：2019年5月5日

近年來，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展和脫貧攻堅的全面推進，我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城市擴張不斷加速。傳統(tǒng)的粗放式低技能建造方式環(huán)境污染大、資源浪費嚴(yán)重，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的建造要求，而裝配式建筑構(gòu)件以其低碳、環(huán)保、工業(yè)化批量生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展等順應(yīng)了時代要求，迎來了空前的發(fā)展時機。BIM技術(shù)作為數(shù)字化信息技術(shù)，與裝配式建筑技術(shù)進行結(jié)合，能夠更高效智能地完成建造任務(wù)，將我國建筑行業(yè)的發(fā)展推向新的高度。

一、裝配式建筑概述

裝配式建筑是指以工業(yè)化生產(chǎn)方式進行建筑構(gòu)件的預(yù)制，通過建筑構(gòu)件的組裝，完成建筑項目建造。由于建筑構(gòu)件引入工業(yè)化生產(chǎn)，預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件便能像機器零件一樣在工廠進行標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量、高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。通過預(yù)制裝配式構(gòu)件組裝完成的建筑物，具有建造價格低廉、建造效率高、低碳環(huán)保等顯著特征。預(yù)制裝配式建筑根據(jù)材料的不同可分為重質(zhì)和輕質(zhì)兩種，重質(zhì)材料有混凝土等，輕質(zhì)材料有木材、高分子膜結(jié)構(gòu)材料、玻璃鋼等。預(yù)制裝配式建筑根據(jù)受力情況不同分為框架承重結(jié)構(gòu)、墻體承重結(jié)構(gòu)和框架墻體承重結(jié)構(gòu)三類。

二、BIM技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合

純粹的裝配式建筑建造流程大致分為建筑設(shè)計、裝配式預(yù)制構(gòu)件工廠化生產(chǎn)、施工現(xiàn)場組裝成型三個階段，這三個階段是相對獨立的。這樣就容易出現(xiàn)信息交流不是很不順暢等一些影響項目整體性的因素，由于信息交流不順暢、不及時導(dǎo)致的建造過程返工現(xiàn)象時有發(fā)生，導(dǎo)致資源浪費、工期拖延和費用增加。而將BIM技術(shù)引入裝配式建筑建造的全生命周期，極大地提升了裝配式建筑從建筑設(shè)計到項目運營管理的效率。特別是將建筑設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)和構(gòu)件組裝形成統(tǒng)一整體。真正做到統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)建筑設(shè)計、裝配式構(gòu)件制造、裝配式構(gòu)件組裝等各個環(huán)節(jié)，最大限度地排除或杜絕可能出現(xiàn)的問題。

BIM技術(shù)與裝配式建筑技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮了BIM技術(shù)的“集成”優(yōu)勢，是數(shù)字化信息技術(shù)與工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的統(tǒng)一。并且依靠BIM技術(shù)全生命周期管理的優(yōu)勢，使得裝配式建筑從建筑設(shè)計、構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)、構(gòu)件施工現(xiàn)場安裝、后期項目管理和項目拆除都印上了數(shù)字化的屬性。在協(xié)同設(shè)計、信息共享、可視化、節(jié)點連接與檢驗、仿真模擬等方面發(fā)揮著巨大作用，將裝配式建筑發(fā)展推向智能化的新高度。BIM技術(shù)擁有龐大的共享數(shù)據(jù)庫，可以實時直觀地展現(xiàn)裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)與組裝，實現(xiàn)強大的裝配式構(gòu)件系統(tǒng)集成，再經(jīng)過BIM技術(shù)的碰撞檢查與三維施工圖展示來實現(xiàn)裝配式施工圖的完美繪制。（圖1）

三、裝配式建筑全壽命周期BIM技術(shù)的應(yīng)用

（一）裝配式建筑設(shè)計階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。由于BIM模型包含了構(gòu)件中的所有參數(shù)信息，如構(gòu)件尺寸、生產(chǎn)單位、質(zhì)量負(fù)責(zé)人、構(gòu)建材質(zhì)和性能等，項目設(shè)計單位、施工單位、構(gòu)件生產(chǎn)單位等都使用相同的BIM模型，這樣就能避免各單位間信息不對稱或不一致而出現(xiàn)問題。裝配式建筑BIM模型是一個數(shù)字化的智能模型，任何一個單位對模型中的任何一個參數(shù)進行更改，相關(guān)聯(lián)的參數(shù)都會自動跟著調(diào)整，避免人工調(diào)整產(chǎn)生失誤或各單位因溝通不及時產(chǎn)生返工現(xiàn)象等。在裝配式建筑設(shè)計時需要對各類構(gòu)件進行預(yù)埋和對各類孔洞進行預(yù)留，設(shè)計師們在共享的BIM模型上交流、設(shè)計或修改，通過BIM技術(shù)的碰撞檢查功能和篩選分析功能，在3D狀態(tài)下顯示不同專業(yè)設(shè)計上存在的沖突并進行修改調(diào)整。施工單位、建設(shè)單位、構(gòu)建生產(chǎn)單位等利用BIM模型能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵出圖、一鍵出工程量、模擬施工等強大功能，根據(jù)各單位自身特點和項目定位等，對設(shè)計方案、施工組織方案、構(gòu)配件供應(yīng)方案等進行溝通、協(xié)調(diào)和優(yōu)化。BIM技術(shù)將項目可能出現(xiàn)的問題消滅在萌芽階段，最大限度地避免了設(shè)計錯誤造成的施工成本增加、資源浪費、工期耽誤。由于可以實現(xiàn)一鍵出圖和一鍵出工程量，這樣就大大提高了圖紙和工程量的準(zhǔn)確性和效率。

BIM技術(shù)是開放、共享的數(shù)字化、信息化技術(shù)，設(shè)計師們可以利用“云端”的族庫裝配式構(gòu)件大數(shù)據(jù)信息，進行門、窗、設(shè)備等對比、篩選和預(yù)裝，豐富云端族庫裝配式構(gòu)件并確定裝配式構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)和參數(shù)模數(shù)。族庫的建立，可以大大提高設(shè)計師們的設(shè)計效率及效果，拓展設(shè)計師們的設(shè)計思路，設(shè)計出更加美觀、宜居、生態(tài)、耐久的裝配式建筑。利用BIM技術(shù)精細(xì)化、數(shù)字化的特點，設(shè)計師能夠精確、直觀地計算出裝配式構(gòu)件中預(yù)埋鐵件等的參數(shù)，避免裝配式預(yù)制構(gòu)件施工中出現(xiàn)偏差而返工。

（二）裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。利用無線射頻識別（RFID）技術(shù)對裝配式預(yù)制構(gòu)件進行識別、讀取管理。按照施工單位或采購合同的要求，為了保證裝配式構(gòu)件的唯一、可靠性，對裝配式構(gòu)件進行編碼，并將包含有裝配式構(gòu)件全套信息（構(gòu)件形態(tài)、尺寸、性能、材質(zhì)等）的RFID芯片植入裝配式構(gòu)件中，便于項目相關(guān)人員清楚地掌握裝配式構(gòu)件的詳細(xì)信息，并根據(jù)實際需要將裝配式構(gòu)件的使用情況上傳到BIM信息系統(tǒng)中，項目相關(guān)單位根據(jù)構(gòu)件使用情況及時采取相應(yīng)措施，避免等待材料等產(chǎn)生窩工現(xiàn)象。

設(shè)計師將項目設(shè)計方案及裝配式構(gòu)件信息上傳到信息庫中，便于構(gòu)件生產(chǎn)商將裝配式構(gòu)件信息（如，預(yù)埋鐵件、鋼筋、模數(shù)、材質(zhì)等）輸入成加工參數(shù)進行生產(chǎn)。設(shè)計師和生產(chǎn)廠商通過BIM技術(shù)實現(xiàn)裝配式構(gòu)件信息參數(shù)共享，從而實現(xiàn)設(shè)計信息與生產(chǎn)系統(tǒng)無縫對接，進而提高裝配式預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的智能化。另外，利用BIM技術(shù)的模擬仿真功能，在項目建造之前進行模擬施工，進而消除裝配式建筑項目建造過程中出現(xiàn)的問題。

（三）裝配式建筑采購階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。在裝配式構(gòu)件運輸?shù)墓こ誊嚿现踩隦FID芯片，可以對運輸車輛進行跟蹤定位，掌握構(gòu)件運輸?shù)奈恢眯畔?，便于?gòu)件調(diào)配安排。如根據(jù)裝配式構(gòu)件的存儲位置、裝配式構(gòu)件的大小、是否是特大構(gòu)件等，合理規(guī)劃構(gòu)件的運輸路線及運輸時間，降低運輸費用，實現(xiàn)裝配式構(gòu)件的“零庫存”。裝配式建筑構(gòu)件的施工方在接收材料時，可以直接電子讀取構(gòu)件信息，系統(tǒng)自動進行對照分析，避免人工驗收的信息誤差，提高了驗收效率。

（四）裝配式建筑施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。充分利用BIM技術(shù)的施工仿真技術(shù)，在項目開工之前進行模擬施工，對不合理的施工方案進行調(diào)整、優(yōu)化和合理安排施工程序。例如，對于不同的裝配式構(gòu)件的吊裝效果可能會有差異，根據(jù)構(gòu)件吊裝效果的不同制定不同的吊裝方案，以期實效最佳的吊裝效果。在BIM技術(shù)的施工管理中增加時間和成本兩個因素，實現(xiàn)BIM施工5D管理，實時掌握項目的時間和費用，在保證施工質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)施工時間和施工成本的最佳組合，進一步優(yōu)化裝配式建筑構(gòu)件的施工方案。而在裝配式構(gòu)件安裝階段，施工員可以利用無線射頻技術(shù)自動調(diào)出構(gòu)件信息，以便確認(rèn)構(gòu)件的安裝位置及安裝方式，提高預(yù)制裝配式構(gòu)件的施工質(zhì)量和管理水平。對影響工程施工安全的安全事件進行模擬，并有針對性地制訂相應(yīng)的施工安全方案，減少或杜絕裝配式建筑構(gòu)件施工過程中安全事件的發(fā)生，通過模擬仿真施工技術(shù)，對施工過程中優(yōu)化調(diào)整材料場地和加工場地，優(yōu)化調(diào)整施工現(xiàn)場道路及車輛行駛路線，避免構(gòu)件的二次搬運，提高施工的自動化程度和機械施工效率，縮短施工時間。

（五）裝配式建筑運維管理階段BIM技術(shù)的應(yīng)用。將BIM技術(shù)與無線射頻技術(shù)相結(jié)合，針對特定的裝配式項目建立項目運營維護系統(tǒng)，進而監(jiān)測項目中的預(yù)制構(gòu)件及設(shè)備。如，裝配式建筑物出現(xiàn)火情時，滅火人員可以利用運行維護系統(tǒng)對火情點進行定位，讀取相應(yīng)火情點的建筑材質(zhì)及性能，根據(jù)不同的材質(zhì)或性能，消防人員可以采取不同的滅火措施控制火情。在裝配式建筑使用過程中出現(xiàn)問題需要維修時，在BIM模型信息系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確調(diào)出裝配式構(gòu)件或設(shè)備的生產(chǎn)廠家、性能型號等信息，大大縮短維修時間，提高維修效率。根據(jù)裝配式建筑構(gòu)件中安裝的RFID芯片，利用BIM技術(shù)讀取并監(jiān)測裝配式建筑構(gòu)件的能耗，在大數(shù)據(jù)中進行分析定位能耗高的構(gòu)件，為裝配式建筑的綠色運營管理提供幫助。

四、結(jié)語

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑，能夠全方位加速和優(yōu)化裝配式建筑各個階段的情況，BIM技術(shù)和裝配式建筑兩者的完美結(jié)合，既能滿足社會發(fā)展需要、順應(yīng)時代要求，也能夠在低碳、環(huán)保、高效、資源節(jié)約等方面為社會做出積極貢獻(xiàn)，相信在不久的將來，通過廣大技術(shù)人員的不斷實踐和改進，建筑業(yè)必將迎來新的發(fā)展時期。

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