辯證看待BIM技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用價值

尤文貴，張俊騰，曹文峰 （福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350119）

0 前言

在我國建筑行業(yè)大轉(zhuǎn)型的背景下，中央層面持續(xù)出臺相關(guān)政策大力推動建筑業(yè)工業(yè)化的改革發(fā)展。發(fā)展裝配式建筑和建筑信息模型（BIM）技術(shù)是實現(xiàn)建筑業(yè)工業(yè)化的重要途徑。在2016～2018期間國務(wù)院連續(xù)8次發(fā)布相關(guān)政策和指導(dǎo)意見，住建部連續(xù)9次發(fā)布相關(guān)政策和指導(dǎo)意見，31個省份出臺裝配式建筑發(fā)展規(guī)劃政策，26個省份出臺相應(yīng)補貼政策。同時，工信部、交通部和各地區(qū)等部門相繼出臺了裝配式建筑的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)、圖集、規(guī)范和BIM技術(shù)收費標(biāo)準(zhǔn)。相對于傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑具有減少人工消耗、生成效率高、受季節(jié)影響少、施工進度快和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。由于裝配式建筑采用的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件是在工廠提前制作再運輸?shù)浆F(xiàn)場進行拼裝的模式，因此其對預(yù)留孔洞和現(xiàn)場組裝的精度和各專業(yè)的協(xié)調(diào)要求較高。很顯然，裝配式建筑的設(shè)計和施工相對于傳統(tǒng)建筑更復(fù)雜，存在的風(fēng)險更高。因此需要采用BIM技術(shù)對其全壽命周期進行模擬推演，把可能存在的問題解決在施工之前的決策期。從某種意義上看，BIM技術(shù)的應(yīng)用是裝配式建筑的一場全新的技術(shù)革命。

1 BIM的概念

BIM技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，由“BIM 之父”的 ChuckEastman教授提出的“通過計算機將建筑設(shè)計產(chǎn)品可視化模擬的設(shè)想”。國際標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)施信息委員會（Facilities Information Council，F(xiàn)IC）認(rèn)為BIM技術(shù)是在全壽命周期對建筑的物理和功能屬性可視化和可計算的形式來表現(xiàn)。美國建筑師學(xué)會AIA認(rèn)為BIM技術(shù)是一種可視化的三維模型。張建平教授認(rèn)為BIM技術(shù)是一種各參建單位能夠通過BIM模型共享信息的現(xiàn)代信息技術(shù)。徐勇戈教授認(rèn)為BIM技術(shù)的核心價值是實現(xiàn)信息集成而不是可視化和數(shù)字化。目前BIM的軟件根據(jù)總體相互關(guān)系進行分類有建模軟件（revit，Civil3D）、分析軟件(navis?works，PKPM，YJK，Midas，Civil/Gen/FEA，ANSYS)和管理軟件(廣聯(lián)達(dá)，晨曦，魯班)三大類[1]。目前市場上最熱的軟件主要有用于土建、結(jié)構(gòu)、建筑、鋼結(jié)構(gòu)、機電、給排水等專業(yè)的建模軟件revit和用于碰撞檢查、施工模擬、進度管理、可視化navisworks軟件。

2 適用性分析

為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，需要采用結(jié)構(gòu)整體設(shè)計和預(yù)制構(gòu)件節(jié)點連接設(shè)計才能使得裝配式建筑的整體性能夠與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑相媲美。Haller M[2]對裝配式建筑在設(shè)計階段的適用性進行了研究，指出裝配式建筑由于設(shè)計過程增加了新的設(shè)計環(huán)節(jié)，使得設(shè)計難度大大加大。因此在設(shè)計階段需要綜合考慮構(gòu)件的內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)成本、運輸便捷性、管件預(yù)埋以及各專業(yè)的協(xié)調(diào)，因此迫切需要BIM新技術(shù)的應(yīng)用。裝配式建筑所需要的預(yù)制構(gòu)配件需要在工廠進行制造，其制造方式主要有流式制造和離散制造[3]。離散制造是指預(yù)制構(gòu)件的制造流程不固定，訂單更加靈活的生產(chǎn)方式。流式制造是指生產(chǎn)流程固定不變。Martin Haller[4]研究了預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板的生產(chǎn)過程，其具體過程可劃分成36項生產(chǎn)工序。Khaled M.[5]試圖探討預(yù)制建筑系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其解決利比亞住房條件的潛力。主要考慮當(dāng)?shù)亟ㄖI(yè)專家的觀點，利用訪談獲得的信息進行定性分析結(jié)果表明，預(yù)制建筑可以改善利比亞的住房產(chǎn)業(yè)；大多數(shù)受訪者也不能完全提供概念或政策指導(dǎo)，這可能成為利比亞預(yù)制建筑發(fā)展的起點。在裝配式建筑的施工階段借助BIM技術(shù)對施工場地的可視化管理在正式方案制定之前發(fā)現(xiàn)潛在問題進而壓縮成本[6]。此外，通過BIM數(shù)據(jù)庫可以加強設(shè)計單位、構(gòu)件廠家、施工單位、建設(shè)單位和運營單位的溝通，進而提高工作效率和節(jié)省成本。由此可見，BIM技術(shù)在裝配式的建筑的應(yīng)用的核心價值主要有提供全面的數(shù)據(jù)庫和協(xié)作平臺，進行施工模擬從而縮小建筑業(yè)與制造業(yè)的差距[7]。

3 風(fēng)險性分析

Aibinu A[8]研究了澳大利亞QS公司的BIM技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該公司的三維模型的完整性存在不確定性。Arensman[9]提出了BIM在應(yīng)用的時候存在一些法律上的不確定性。Elmualim[10]研究指出很多工程人員對BIM技術(shù)的基本操作流程和概念缺乏認(rèn)識。Zhang[11]認(rèn)為外國軟件無法適應(yīng)我國的規(guī)范，因此無法滿足我國的建筑項目需求。BIM技術(shù)應(yīng)用在一般的建筑項目時遇到的風(fēng)險主要有技術(shù)風(fēng)險[12]、管理風(fēng)險[13]、經(jīng)濟風(fēng)險[14]、法律風(fēng)險[15]、環(huán)境風(fēng)險[16]和政治風(fēng)險[17]。對于裝配式建筑項目，其風(fēng)險除了一般建筑項目的所有風(fēng)險外還多了人員風(fēng)險。LI M[18]指出由于傳統(tǒng)建筑占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位，公眾對裝配式建筑的認(rèn)識不足造成初期推廣難。Luo[19]指出裝配式建筑項目面臨的問題主要有缺乏施工機械、缺乏有經(jīng)驗的現(xiàn)場施工管理人員和缺乏穩(wěn)定的預(yù)制構(gòu)件制造商。Schmidt[20]指出裝配式建筑由于其復(fù)雜性，現(xiàn)場施工吊裝需要大型負(fù)荷的起重機進行施工作業(yè)，而現(xiàn)有的吊裝技術(shù)無法滿足其拼裝技術(shù)的要求，現(xiàn)有的有經(jīng)驗的設(shè)計師人員也無法滿足裝配式建筑項目的需求，現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范也無法適應(yīng)裝配式建筑的設(shè)計準(zhǔn)則。Wallace[21]指出裝配式建筑涉及新興的高新技術(shù)，在建筑工程項目管理時缺乏有效的管理。主要面臨的問題有：對項目的進展監(jiān)管力度不夠，項目的規(guī)劃不完善，缺乏成熟的商業(yè)案例經(jīng)驗。唐曉靈[22]介紹建筑信息模型在國內(nèi)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀;界定BIM技術(shù)擴散的范圍。以創(chuàng)新擴散理論為基礎(chǔ)結(jié)合擴散模型深入分析整個擴散過程,并提出EPC模式下BIM技術(shù)擴散的實現(xiàn)過程,探索加快BIM技術(shù)擴散的新方法。周毅[23]分析建筑信息模型(BIM)技術(shù)的基本功能與特點,對比國內(nèi)外在BIM應(yīng)用上的發(fā)展?fàn)顩r和差距,指出BIM在工程項目設(shè)計中的主要應(yīng)用障礙,從多個角度分析原因并提出掃除障礙的建議,并通過BIM技術(shù)推廣的案例,總結(jié)工程設(shè)計單位在推廣應(yīng)用BIM技術(shù)中通常遇到的問題,提出相應(yīng)的建議和對策。梅耿躍龍[24]從BIM技術(shù)的實施策略、服務(wù)團隊選擇和技術(shù)引進帶來的風(fēng)險分析等角度論述BIM技術(shù)如何在具體工程中實施,業(yè)主方如何規(guī)避風(fēng)險,獲得B IM技術(shù)的真正價值。王廣斌[25]對中國建筑業(yè)相關(guān)工作人員，就使用BIM的情況進行問卷調(diào)查分析，分析結(jié)果表明政府企業(yè)以及個人需要有階段性地有針對性地應(yīng)對并解決所面臨的問題,積極努力才能奠定中國建筑業(yè)BIM引進和應(yīng)用的基礎(chǔ)何清華[26]對典型工程BIM應(yīng)用存在問題進行比較分析,并對BIM軟件的信息交互性進行分析指出，BIM技術(shù)短期投入成本較高，投資回收期長。綜上，BIM專業(yè)技術(shù)人才短缺其技術(shù)的應(yīng)用投入成本較高，除了在招標(biāo)文件明確要求需要采用BIM技術(shù)外，開發(fā)商、設(shè)計單位和施工單位的積極性都不高[27]。

4 啟示

BIM技術(shù)的推廣進度是利益相關(guān)者的博弈結(jié)果。支持BIM技術(shù)的價值相關(guān)者主要有政府、軟件開發(fā)商和建筑院校。以“2021年馬保村棚戶區(qū)改造項目安置房地塊（福州高新區(qū)新馬花園）項目（設(shè)計）”招標(biāo)文件為例：該項目建設(shè)場地約5.8hm2（87 畝），總建筑面積不低于20萬m2，總投資16.3億元，其中設(shè)計費1083萬元。要求設(shè)計院應(yīng)用BIM技術(shù)進行施工圖設(shè)計，并在施工階段將BIM技術(shù)由設(shè)計向深化設(shè)計延伸，實施BIM場景漫游視頻，打造數(shù)字樣板房，向發(fā)包人提供BIM模型、數(shù)字樣板房模型、相應(yīng)的報告成果和優(yōu)化建議。附帶如此繁多內(nèi)容的設(shè)計費僅51.9元/m2必然造成流標(biāo)，于是發(fā)包者在2個月后便重新開標(biāo)（重新開標(biāo)刪除了BIM技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容）。目前市場上的BIM技術(shù)費用大約在20-50元/m2，與建筑設(shè)計階段的施工圖設(shè)計的費用相當(dāng)，根本不具備價格優(yōu)勢。因此，從設(shè)計院和建設(shè)單位的角度出發(fā)，如果僅僅考慮BIM技術(shù)保障工程進度和質(zhì)量的可靠性顯然不是明智的選擇。應(yīng)用BIM技術(shù)而投入的高額成本帶來的回報率遠(yuǎn)不如高質(zhì)量的施工圖和高水平的施工現(xiàn)場管理帶來的回報率。

對于建筑產(chǎn)品而言，其質(zhì)量和責(zé)任的保證是通過經(jīng)過各專業(yè)設(shè)計師簽字的具有法律效力的施工圖和施工現(xiàn)場的負(fù)責(zé)人通過科學(xué)的管理來實現(xiàn)，而BIM技術(shù)僅僅是錦上添花似的對其進行優(yōu)化。如果后者產(chǎn)生的費用與自身的地位無法匹配甚至與設(shè)計研發(fā)的費用相當(dāng)，顯然是不合理的。在BIM技術(shù)的成本還未達(dá)到合理的范圍前，過度推廣BIM技術(shù)其效果也只能停留在建設(shè)單位基于政治因素的作秀階段。由此，只能帶來更多的資源浪費。這種現(xiàn)象在建筑院校尤為明顯，諸如：BIM教學(xué)定位籠統(tǒng)不明確，凡是與軟件有關(guān)的課程都改成BIM+課程，BIM教學(xué)與課程分離即把過多的精力花在軟件的操作和學(xué)生競賽上而忽略了建筑空間和功能的研究。此外，國內(nèi)各大軟件開發(fā)商為了搶占市場份額也紛紛打著BIM技術(shù)的旗號說服建筑院校購買其軟件產(chǎn)品。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)還不夠成熟主要表現(xiàn)在其功能還不能滿足裝配式建筑全壽命周期的需求，特別是前期投入成本與回報率嚴(yán)重不匹配。如果BIM技術(shù)的投入成本能夠降低到設(shè)計研發(fā)成本的10%以內(nèi)，那么其推廣應(yīng)用遇到的阻礙便可大大降低。新技術(shù)的推廣需要一個過程，這個過程需要不斷地契合相關(guān)利益者的博弈程度。相信隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)定最終能成為信手拈來的好東西，為裝配式建筑產(chǎn)品提供服務(wù)。