BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

高暢 戴金 張朋

摘要：裝配式建筑以其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化施工得到了建筑業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注及重視，是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的建筑生產(chǎn)方式。而BIM技術(shù)作為建筑領(lǐng)域的一種信息化技術(shù)，具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)。本文將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑，從建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期的角度看，可以極大的提高建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的工作質(zhì)量、效率及管理水平，推動(dòng)新型建筑業(yè)向工業(yè)化和信息化方向的發(fā)展和融合。

Abstract： The prefabricated building has received extensive attention from the construction industry for its standardized design， factory production and mechanized construction. It is an environmentally friendly， energy-saving and efficient construction method. As an information technology in the field of architecture， BIM technology has the characteristics of visualization， simulation， coordination， optimization， and portability. This paper applies BIM technology to prefabricated buildings. From the perspective of the life cycle of construction projects， it can greatly improve the quality， efficiency and management level of construction project design， construction， operation and maintenance， and promote the new construction industry developing towards industrialization and informatization.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);裝配式建筑;施工模擬

Key words： BIM technology;fabricated building;construction simulation

中圖分類號(hào)：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）21-0190-02

0? 引言

當(dāng)前我國建筑傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比較于國外的建筑方式還相對(duì)落后，不注重建筑信息集成一體化，設(shè)計(jì)階段與施工環(huán)節(jié)配合不契合，導(dǎo)致了建筑材料消耗大、建設(shè)工程施工效率低、建筑施工周邊環(huán)境污染嚴(yán)重等突出問題，急需在國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的政策背景下走產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)模式。裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化施工正好打破了傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式的詬病，得到了建筑業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注及重視，是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的建筑生產(chǎn)方式。

與現(xiàn)澆式建筑生產(chǎn)相比，裝配式建筑的建筑構(gòu)件可在構(gòu)件工廠內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后可直接用吊裝設(shè)備進(jìn)行安裝，即方便又快捷，建筑構(gòu)件的質(zhì)量也更容易得到有效控制，還可縮短建筑工程施工工期;周轉(zhuǎn)料具的投入量減少，料具租賃費(fèi)用也大大降低;施工現(xiàn)場濕作業(yè)量也有顯著下降，即有利于環(huán)境保護(hù)，也可在一定程度上降低建筑材料的浪費(fèi);并且構(gòu)件的機(jī)械化成度提高，可最大限度的減少現(xiàn)場施工人員配備。

但是，裝配式建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到建筑構(gòu)件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等方面的各種實(shí)際問題，以及各個(gè)施工項(xiàng)目方面的協(xié)調(diào)問題，如果這些不能得到有效解決，將會(huì)產(chǎn)生各方面的設(shè)計(jì)沖突，導(dǎo)致大范圍的施工、設(shè)計(jì)變更，從而影響工程施工進(jìn)度，導(dǎo)致工程施工成本的增加。

然而，我國裝配式建筑目前還不能做到完全的標(biāo)準(zhǔn)化一體設(shè)計(jì)，不能夠滿足建筑工業(yè)化的自動(dòng)生產(chǎn)模式，施工現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件安裝的效率低下，施工項(xiàng)目的各個(gè)參與方協(xié)調(diào)溝通能力較差，建筑資料信息化管理水平還有待提高，這些問題嚴(yán)重阻礙了裝配式建筑的在我國的快速發(fā)展。

2017年2月24日，國家為了推動(dòng)預(yù)制裝配式建筑在我國的快速發(fā)展，國務(wù)院特別印發(fā)了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，《意見》中指出，國家將大力推廣裝配式建筑，力爭用10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%。發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變更，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息工業(yè)化深度融合。而為了增強(qiáng)建筑業(yè)信息化發(fā)展能力，加快推動(dòng)信息技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，住建部早在2016年就印發(fā)《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，《綱要》中明確指出：“研究開發(fā)基于BIM的集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)及協(xié)同工作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等專業(yè)的信息集成與共享。”

2004年，我國建筑業(yè)正式引入BIM技術(shù)，并在2011年將BIM技術(shù)納入第十二個(gè)五年計(jì)劃。近年來，我國將近百分之八十的世界百強(qiáng)設(shè)計(jì)企業(yè)都已將BIM技術(shù)納入應(yīng)用范圍。為了促進(jìn)BIM技術(shù)在我國的快速發(fā)展，很多大型設(shè)計(jì)的單位還專門成立了BIM技術(shù)研究中心，廣泛開展BIM技術(shù)的應(yīng)用和推廣，甚至還開展了建筑全生命周期的信息技術(shù)服務(wù)。

BIM技術(shù)其本質(zhì)就是建筑信息模型，它與傳統(tǒng)的二維建筑圖紙不同，傳統(tǒng)的建筑CAD圖紙就只是將建筑物以點(diǎn)、線、面的方法呈現(xiàn)出來，而BIM技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將建筑建成后的基本圖像以三維立體模型的方式展現(xiàn)，還在其中儲(chǔ)存了大量的建筑工程項(xiàng)目施工信息，真正的實(shí)現(xiàn)了建筑信息集成化協(xié)同處理。

本文從四個(gè)階段分析BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。

1? 設(shè)計(jì)階段

工程設(shè)計(jì)是建設(shè)項(xiàng)目的龍頭。在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)的設(shè)計(jì)工程師可以基于BIM技術(shù)進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)可以讓二維平面圖紙和3D立體模型隨時(shí)隨地的進(jìn)行轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)方將建設(shè)項(xiàng)目三維模型設(shè)計(jì)出來以后，將三維模型交給建設(shè)方和施工方，若有不滿意或者不符合要求的地方，建設(shè)方和施工方不需要將圖紙?jiān)俳贿€給設(shè)計(jì)方更改，而是可以利用BIM技術(shù)直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行更改，這個(gè)更改將會(huì)同步到每一個(gè)設(shè)計(jì)方，減少了交回圖紙并進(jìn)行更改的時(shí)間。

BIM技術(shù)可以對(duì)建筑工程的選址及場地進(jìn)行規(guī)劃和分析，比如建筑面積分析，建筑性能分析，能源消耗分析，采光、日照分析等，建筑場地的選址關(guān)乎到隨后施工時(shí)的各種構(gòu)件運(yùn)輸和構(gòu)件吊裝機(jī)械的安裝，十分重要。

BIM建模中運(yùn)用到了“族”的設(shè)計(jì)，將整個(gè)建筑工程施工中所需要的異形建筑構(gòu)件名稱、類型、數(shù)量、尺寸進(jìn)行逐一創(chuàng)建，并進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)每個(gè)建筑材料的大概使用時(shí)間，不僅可以讓技術(shù)人員在3D立體模型中觀察各個(gè)構(gòu)建之間的契合度，還可以使施工階段不因?yàn)檫^多過早的材料堆放、建筑材料尺寸不契合等方面造成建筑材料的浪費(fèi)，或者建筑工程施工工期的延遲。

碰撞檢查是BIM技術(shù)另一重要功能。它利用建好的3D立體模型可以進(jìn)行不同專業(yè)之間的以及專業(yè)本身的多種碰撞檢查，主要包括硬碰撞和間隙碰撞，也有少數(shù)的單專業(yè)碰撞和多專業(yè)碰撞。硬碰撞主要是指建筑實(shí)體結(jié)構(gòu)在空間上有一定的交叉重合，特別是在沒有同一標(biāo)高的情況下，主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)梁、柱構(gòu)件和空調(diào)、通風(fēng)、給排水管道等處。間隙碰撞則是指兩個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)上并不存在交叉重合，但他們之間的距離不符合設(shè)計(jì)要求的距離，一般出于安全考慮，都被認(rèn)定為此處碰撞，主要發(fā)生在不同管道之間。通過碰撞檢查可以在設(shè)計(jì)階段，即施工之前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的碰撞點(diǎn)，并及時(shí)的對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，直到消除所有碰撞點(diǎn)為止。這在一定程度上大大的減少了施工階段的設(shè)計(jì)變更，從而提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量、縮短了施工的工期、節(jié)約了施工的成本。

2? 施工階段

通常建筑工程施工進(jìn)度緩慢，施工效率都得不到很好的掌控，很容易因?yàn)樘鞖?、交通等種種問題延誤工期，導(dǎo)致建筑工程無法如期交付，造成資金等方面的損失。BIM技術(shù)恰恰充分考慮到了這一點(diǎn)，我們可以將實(shí)現(xiàn)規(guī)劃好的施工日期、進(jìn)度、工程量等輸入構(gòu)建好的3D立體模型中，即可對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行虛擬演示，并可以隨時(shí)隨地將建筑工程施工現(xiàn)場的實(shí)際進(jìn)度與BIM技術(shù)的虛擬計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，觀察現(xiàn)場施工進(jìn)度是否合理，可對(duì)當(dāng)前施工進(jìn)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，減少因?yàn)楦鞣N原因造成的施工工期延誤。

建筑工程項(xiàng)目施工過程中最重要的就是施工安全問題。安全是一個(gè)建筑施工企業(yè)的效益表現(xiàn)，沒有了安全，也就沒有了效益。傳統(tǒng)的建筑施工現(xiàn)場的安全交底，通常就是項(xiàng)目技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場施工人員的耳口相傳，施工人員通常都不太能接受并記住，而BIM技術(shù)的虛擬建模可以顯示出建筑工程施工現(xiàn)場的易發(fā)生危險(xiǎn)的區(qū)域，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以此來減少建筑施工安全事故的發(fā)生。

BIM技術(shù)還可以對(duì)建筑工程施工現(xiàn)場進(jìn)行合理的劃分，對(duì)施工現(xiàn)場的建筑材料進(jìn)行三維布置，能夠有效減少建筑材料進(jìn)行二次運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，還可以防止因?yàn)榻ㄖ牧隙逊e而造成的建筑施工操作空間的過度狹小。

3? 管理階段

通常在一個(gè)建筑工程項(xiàng)目中建筑工程成本管理也是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作，這其中包括建筑材料資金管理、建筑設(shè)備租賃購置資金管理、建筑工人工資管理等，這些項(xiàng)目管理的復(fù)雜之處就在于管理時(shí)需要將其逐一拆分，精確到一種構(gòu)件、一件設(shè)備或者一個(gè)人上，這個(gè)過程是繁瑣而易錯(cuò)的。這個(gè)時(shí)候就要想到BIM技術(shù)，運(yùn)用BIM技術(shù)并結(jié)合計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的通訊技術(shù)，以建筑工程施工項(xiàng)目當(dāng)時(shí)所處的社會(huì)市場環(huán)境作為基礎(chǔ)依據(jù)，對(duì)建筑工程施工中所涉及的建筑材料費(fèi)、材料運(yùn)輸費(fèi)、大型設(shè)備租賃費(fèi)、建筑工人住宿飲食費(fèi)以及建筑工人工資等費(fèi)用進(jìn)行處理，并且在需要時(shí)可以一件提取某一項(xiàng)建筑費(fèi)用進(jìn)行系統(tǒng)查看，使得建筑工程成本管理變得簡單化、智能化。

4? 運(yùn)營階段

一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目竣工后，由施工方將符合要求的竣工模型提交建設(shè)單位，供后期的運(yùn)營維護(hù)階段使用。在運(yùn)營維護(hù)階段，管理方就不僅可以根據(jù)設(shè)計(jì)和竣工圖紙，還可以根據(jù)反應(yīng)真實(shí)情況的BIM模型，模型里包括了施工時(shí)的具體過程、建筑材料的使用情況、各種建筑用設(shè)備的租賃與調(diào)試記錄以及工程中的各種設(shè)計(jì)變更情況，同時(shí)還可以加載運(yùn)維階段的資產(chǎn)信息、空間信息、設(shè)備設(shè)施信息等豐富BIM運(yùn)維模型。當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別情況需要進(jìn)行后期維護(hù)與管理時(shí)，管理方就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修，減少問題發(fā)現(xiàn)與處理的時(shí)間，降低不必要的資金支出。

BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段中的應(yīng)用，都是基于其可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性的特點(diǎn)，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行三維可視化的協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)進(jìn)行施工方案的設(shè)計(jì)及模擬，基于運(yùn)維模型進(jìn)行空間、資產(chǎn)、設(shè)備設(shè)施等管控，從建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期的角度看，極大的提高了建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的質(zhì)量及管理水平，推動(dòng)了建筑業(yè)的信息化。

重視BIM技術(shù)的發(fā)展，建立健全相關(guān)制度規(guī)定，大力培養(yǎng)更多BIM的技術(shù)型人才，國家應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)政策法規(guī)，扶持BIM技術(shù)的發(fā)展，改善BIM技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用環(huán)境，增強(qiáng)建筑企業(yè)發(fā)展BIM技術(shù)的積極性。同時(shí)BIM技術(shù)的快速發(fā)展也推動(dòng)著我國裝配式建筑走向成熟，走向新型建筑產(chǎn)業(yè)化。

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