BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用探究

劉俊娥　高思　郭章林

摘要：裝配式建筑已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的主要潮流，而作為建筑信息化主要工具的BIM （ Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)也大大促進(jìn)了建筑業(yè)的發(fā)展。通過對(duì)近幾年來裝配式建筑以及BIM技術(shù)應(yīng)用的綜述性文章進(jìn)行研究，文章綜合分析了裝配式建筑和BIM技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)，并且對(duì) BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探究，旨在實(shí)現(xiàn)裝配式建筑項(xiàng)目全壽命周期管理的合理化和科學(xué)化，最終在裝配式建筑中形成一個(gè)連貫的信息平臺(tái)。

Abstract： The fabricated building has become the main trend of the development of modern construction industry in China. As the main tool of building information， BIM （building information modeling） has greatly promoted the development of construction industry. Based on the review of the papers about the fabricated buildings and BIM technology in recent years， this paper analyzes the advantages of fabricated architecture and BIM technology， then explores the application of BIM technology in fabricated architecture. It aims to realize the rationalization and scientification of project lifecycle management in fabricated construction project， and finally form a coherent information platform in the fabricated building.

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；BIM；信息管理；全壽命周期管理

Key words： fabricated building；BIM；information management；lifecycle management

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）23-0161-03

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)階段，隨著可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保等理念的不斷深入，裝配式建筑正在逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑有節(jié)約成本、縮短工期、減輕噪音、施工污染少等特點(diǎn)。而BIM技術(shù)在信息化時(shí)代對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展也有很大的推動(dòng)作用。

近年來許多學(xué)者將BIM技術(shù)在新型裝配式建筑中的可行性應(yīng)用進(jìn)行了研究：我國(guó)早期對(duì)BIM技術(shù)與裝配式建筑進(jìn)行結(jié)合的是周文波等人；隨后齊寶庫等對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，通過具體的案例分析，闡述了BIM在裝配式建筑全壽命周期管理中的應(yīng)用前景；常春光、吳飛飛把BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑施工過程管理中進(jìn)行了推廣；白庶等人分析了BIM在裝配式建筑各階段的應(yīng)用價(jià)值。本文通過對(duì)裝配式建筑的實(shí)際情況進(jìn)行分析，結(jié)合BIM技術(shù)的發(fā)展，從裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等階段著手，探討了BIM技術(shù)在裝配式建筑整個(gè)全壽命周期管理中的應(yīng)用，使得裝配式建筑在BIM技術(shù)的結(jié)合下有更好的發(fā)展前景。

1 裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑顧名思義就是指在工地上用預(yù)制的構(gòu)件裝配而成的建筑。從20世紀(jì)初，裝配式建筑就初露頭角得到了人們的關(guān)注，直到60年代英國(guó)、蘇聯(lián)、法國(guó)等國(guó)家做了首次嘗試，裝配式建筑才得以實(shí)現(xiàn)。裝配式建筑之所以能夠迅速在世界各地發(fā)展開，因?yàn)樗薪ㄔ鞎r(shí)間短，成本低等的優(yōu)勢(shì)。

1.1 建設(shè)工期短

根據(jù)裝配式建筑的定義可知，裝配式建筑是把在工廠中預(yù)制好的構(gòu)件直接在工地上進(jìn)行裝配，大部分都是用機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，取代了好多手工作業(yè)，從而節(jié)省時(shí)間。在工廠進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的時(shí)間并不包含在建設(shè)工期中，在工地上的操作就是把構(gòu)件進(jìn)行裝配，節(jié)省了鋼筋捆綁、抹灰等工序，從而大大節(jié)省了施工時(shí)間。

1.2 節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)

現(xiàn)在國(guó)家一直提倡節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，而裝配式建筑正是符合了這一要求才得以迅速發(fā)展。在裝配式建筑中好多材料可以循環(huán)利用，如鋼模板，木模板等，這樣就達(dá)到了節(jié)約資源的目的。另外，由于是工廠中生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件直接運(yùn)輸?shù)焦さ剡M(jìn)行裝配，所以在施工現(xiàn)場(chǎng)減少了施工噪音，同時(shí)還避免了塵土飛揚(yáng)，使環(huán)境污染得到有效控制。

1.3 提高工程質(zhì)量和安全

在傳統(tǒng)建筑的現(xiàn)場(chǎng)施工中，經(jīng)常會(huì)進(jìn)行高空作業(yè)。由于施工人員素質(zhì)不夠高，并且技術(shù)水平有限，導(dǎo)致了施工過程中施工質(zhì)量出現(xiàn)問題，甚至還存在很多安全隱患。這就使得施工現(xiàn)場(chǎng)人員的人身安全受到威脅。而在裝配式建筑中就大大減少了以上問題的出現(xiàn)，在工廠進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)大都是低空作業(yè)，不存在高空墜物等現(xiàn)象，在工地進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的裝配是由專業(yè)人員操作的，并且大部分都是機(jī)械化操作，因此施工質(zhì)量得到了保證。所以說裝配式建筑能夠很好地提高工程質(zhì)量，減少安全隱患。

1.4 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約成本

因?yàn)檠b配式建筑的預(yù)制構(gòu)架都是大批量的在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，然后直接運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，所以對(duì)腳手架和模板的使用就大大減少了，這樣不僅節(jié)約了施工成本，還減少了傳統(tǒng)建筑中的一些現(xiàn)場(chǎng)施工流程，縮短了工期，從而使得勞動(dòng)生產(chǎn)率大大提高。

1.5 便于施工，受氣候條件制約小

傳統(tǒng)的建筑施工由于受到氣候條件的制約，冬季施工時(shí)好多工序必須停止，在雨季也有許多條件的制約，所以會(huì)影響整個(gè)施工進(jìn)度。而裝配式建筑的大部分作業(yè)是可以在室內(nèi)進(jìn)行操作的，外墻板、內(nèi)墻板、預(yù)制梁、預(yù)制柱等在工廠中進(jìn)行生產(chǎn)，不受外界氣候的影響，再將這些預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

2 BIM技術(shù)原理及其特點(diǎn)

BIM技術(shù)的基礎(chǔ)就是建筑工程項(xiàng)目中的各種相關(guān)信息數(shù)據(jù)，然后再通過建立建筑模型，來模擬建筑物的真實(shí)信息，換言之就是一種數(shù)字信息的仿真。BIM技術(shù)具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。

2.1 BIM技術(shù)的可視化

可視化顧名思義就是能夠看見、能夠得到的形式，可視化在建筑行業(yè)的運(yùn)用中有可觀的前景。傳統(tǒng)的讀圖就是拿到施工圖紙，看著這些線條進(jìn)行空間的想象，對(duì)于今天復(fù)雜多變、形式不一的建筑來說不太現(xiàn)實(shí)。而BIM技術(shù)把圖紙中的這些平面化的線條進(jìn)行三維立體的展示，讓工作人員一目了然，能夠形成一種通構(gòu)件之間的互動(dòng)性和反饋性可視。不僅如此，在BIM技術(shù)的幫助下，工程中的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)等都可以在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

2.2 BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性

在建筑業(yè)中協(xié)調(diào)性是非常重要的內(nèi)容之一。在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)單位、施工單位以及業(yè)主之間都要時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行配合，做好協(xié)調(diào)工作。BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性能夠很好地解決各方溝通不到位的問題。BIM技術(shù)可以提供協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，具體操作就是對(duì)建筑物建造前期存在的不同專業(yè)間的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，然后生成數(shù)據(jù)。另外BIM技術(shù)還可以解決電梯井布置與其他設(shè)計(jì)布置及凈空要求之間的協(xié)調(diào)，地下排水布置與其他設(shè)計(jì)布置之間的協(xié)調(diào)等等。

2.3 BIM技術(shù)的模擬性

BIM技術(shù)的模擬性并不是單單的對(duì)建筑物模型進(jìn)行模擬，還能夠?qū)μ摂M的事物進(jìn)行模擬。在設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行節(jié)能模擬、熱能傳導(dǎo)模擬、日照模擬等等；在招投標(biāo)階段可以進(jìn)行4D模擬（三維模型+項(xiàng)目的發(fā)展時(shí)間），就是依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)來進(jìn)行實(shí)際施工的模擬；另外還有5D模擬（基于3D模型的造價(jià)控制），來對(duì)整個(gè)工程的成本進(jìn)行控制；在整個(gè)工程的后期運(yùn)營(yíng)階段也可以進(jìn)行模擬，例如對(duì)一些突發(fā)情況人員的緊急疏散進(jìn)行模擬。

2.4 BIM技術(shù)的優(yōu)化性

BIM技術(shù)在整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過程中可以做到更好的優(yōu)化。在工程中，優(yōu)化受到時(shí)間、信息和復(fù)雜程度的制約。合理地優(yōu)化是在準(zhǔn)確信息的基礎(chǔ)上做出來的，而這一點(diǎn)就是BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在，它不僅可以提供建筑物實(shí)際的所有信息，還可以提供建筑物發(fā)生變化后的信息。對(duì)于現(xiàn)在復(fù)雜程度高的建筑物，BIM與其配套的各種優(yōu)化工具可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

2.5 BIM技術(shù)的可出圖性

BIM技術(shù)的可出圖性并不是指出一些建筑設(shè)計(jì)圖紙，而是對(duì)建筑物進(jìn)行了可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬和優(yōu)化后，出一些關(guān)于綜合管線、綜合結(jié)構(gòu)留洞的圖，以此來消除一些錯(cuò)誤，甚至可以做一些建議改進(jìn)的方案。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期管理中的應(yīng)用

裝配式建筑作為建筑業(yè)未來發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，同樣也面臨著許多困難和問題，最突出的就是在全壽命周期管理中遇到的問題。首先在現(xiàn)代建筑業(yè)中會(huì)涉及到多種多樣的預(yù)制構(gòu)件。而且整個(gè)項(xiàng)目的參與方較多，導(dǎo)致信息不集中，在預(yù)制構(gòu)件的制作、運(yùn)輸和組裝中就會(huì)出現(xiàn)配合不協(xié)調(diào)。其次是在施工過程中，很難準(zhǔn)確及時(shí)的收集到各構(gòu)件的信息，使得整個(gè)工程的施工進(jìn)度不能被很好的把握，增加了管理的難度。最后對(duì)于已經(jīng)完成好的裝配式建筑，當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)構(gòu)件損壞或者不合格的情況時(shí)，由于信息難以及時(shí)收集和處理，導(dǎo)致整個(gè)建筑物的損壞。而把BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑的全壽命周期管理中，就會(huì)很好的幫助解決以上問題。

3.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃階段的應(yīng)用

在這個(gè)階段BIM技術(shù)發(fā)揮了很大的作用，它的主要優(yōu)勢(shì)是協(xié)同一致、相互關(guān)聯(lián)、參數(shù)化，這就可以很好地解決傳統(tǒng)建筑中出現(xiàn)的一些設(shè)計(jì)沖突造成的設(shè)計(jì)變更問題。第一，BIM技術(shù)在該階段可以進(jìn)行選址的規(guī)劃和場(chǎng)地分析。在整個(gè)項(xiàng)目中起著關(guān)鍵作用的就是場(chǎng)地分析，它影響著建設(shè)項(xiàng)目的定位。而傳統(tǒng)的方法沒有足夠的定量分析，也不能對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理等等，但是在BIM技術(shù)的幫助下與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)擬建建筑物的空間信息和場(chǎng)地條件，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。這樣就可以更好的幫助決策者進(jìn)行場(chǎng)地分析和規(guī)劃選址；第二，可以利用BIM技術(shù)繪制圖紙和建立模型。與傳統(tǒng)圖紙相比，BIM技術(shù)最大的好處就是它所繪制的圖紙中的每一個(gè)圖元都是由工程含義的，例如構(gòu)件的空間尺寸、材料的屬性等等，這樣就有了模型參數(shù)的關(guān)聯(lián)性。在BIM建立的模型中，任何一個(gè)構(gòu)件的模型參數(shù)發(fā)生變化，隨即構(gòu)件也會(huì)發(fā)生變化。BIM模型還可以進(jìn)行實(shí)際的施工模擬，在模擬過程中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)改進(jìn)。同時(shí)根據(jù)BIM技術(shù)的可視化特征，各個(gè)參與方就設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)行溝通；第三，BIM技術(shù)可以解決設(shè)計(jì)的沖突檢查。傳統(tǒng)的方法都是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙通過想象來對(duì)建筑物的立體圖進(jìn)行還原，沒有科學(xué)的方法必然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，這就導(dǎo)致在施工的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符現(xiàn)象，導(dǎo)致方案重新修改，工期延長(zhǎng)，成本增加。而結(jié)構(gòu)師利用BIM技術(shù)，如果設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)管線沖突，在BIM模型中就會(huì)顯示出來，可以進(jìn)行及時(shí)修改；第四，利用BIM技術(shù)可以進(jìn)行工程造價(jià)計(jì)算。傳統(tǒng)的造價(jià)還是用人工來進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，這樣就會(huì)出現(xiàn)計(jì)算失誤，而有了BIM軟件，可以為造價(jià)人員提供大量的工程量信息以及定額信息，既節(jié)省時(shí)間也降低錯(cuò)誤率，并且預(yù)算和實(shí)際的誤差。

3.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑生產(chǎn)制造階段的應(yīng)用

在裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)制作階段，把BIM技術(shù)和RFID（無線射頻識(shí)別）技術(shù)相結(jié)合，將含有構(gòu)件的材料種類、幾何尺寸、安裝位置等信息的RFID芯片植入到各類預(yù)制構(gòu)件中。又因?yàn)镽FID標(biāo)簽編碼具有唯一性原則，所以在構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、吊裝等過程中可以保證信息的準(zhǔn)確性。BIM的作用體現(xiàn)在不僅可以為構(gòu)件的生產(chǎn)管理子系統(tǒng)提供構(gòu)件的有關(guān)數(shù)據(jù)，還可以把每個(gè)預(yù)制構(gòu)件的存儲(chǔ)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)等信息返回給BIM數(shù)據(jù)庫。這樣在BIM與FRID技術(shù)的完美結(jié)合下，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件零缺陷、零庫存的目標(biāo)。

3.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工建造階段的應(yīng)用

在裝配式建筑施工階段，BIM技術(shù)的主要應(yīng)用價(jià)值有以下方面：第一，能夠隨預(yù)制構(gòu)件的庫存和現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行改善。在實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件找不到或者構(gòu)件找錯(cuò)等情況是時(shí)有發(fā)生的，所以只有嚴(yán)格對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理才可以防止此類事件的發(fā)生。而在這個(gè)階段利用BIM技術(shù)和RFID技術(shù)的有效結(jié)合，就可以對(duì)這些構(gòu)件實(shí)時(shí)追蹤控制。它們結(jié)合的優(yōu)勢(shì)就在于獲得信息準(zhǔn)確且傳遞速度快，能夠減少人工引起的誤差；第二，利用5D施工模擬對(duì)施工、成本計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)工程質(zhì)量的進(jìn)度進(jìn)行控制。基于3D-BIM模型，又引入了時(shí)間和資源維度形成5D-BIM模型，以此來對(duì)裝配式建筑的各種資源投入情況和整個(gè)施工過程進(jìn)行模擬，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的施工規(guī)劃。另外在模擬的過程中，對(duì)原有的施工規(guī)劃存在的問題進(jìn)行優(yōu)化，避免工期延長(zhǎng)和成本增加。5D-BIM模擬還可以使整個(gè)項(xiàng)目的施工流程和成本資源的投入更加直觀的展現(xiàn)在施工人員和技術(shù)人員面前。

3.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的應(yīng)用

在裝配式建筑的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，BIM技術(shù)的主要作用就是提供建筑物的使用情況，各構(gòu)件運(yùn)行情況以及財(cái)務(wù)等方面的數(shù)據(jù)和信息。第一，在物業(yè)管理方面BIM技術(shù)發(fā)揮了很大的作用，通過和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，BIM軟件可以提供建筑物的各項(xiàng)參數(shù)來判斷其運(yùn)行情況，這樣物業(yè)管理人員可以及時(shí)做出科學(xué)的管理決策。另外BIM技術(shù)和RFID技術(shù)結(jié)合在設(shè)施管理和門禁系統(tǒng)方面還有很多的應(yīng)用，各個(gè)構(gòu)建安裝上電子標(biāo)簽后，工作人員在進(jìn)行維修的時(shí)候就可以通過閱讀器很快找到相關(guān)設(shè)備的位置，在維修過后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)再次記錄到電子標(biāo)簽內(nèi)，把這些信息數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)到BIM的物業(yè)管理系統(tǒng)中，通過“提供數(shù)據(jù)——維修操作——維修記錄——信息集成”這樣一個(gè)過程，使得工作人員可以更加直觀的了解建筑物設(shè)備的運(yùn)營(yíng)情況。第二，裝配式建筑在進(jìn)行擴(kuò)建或拆除的時(shí)候，運(yùn)用BIM技術(shù)針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析檢測(cè)，可以避免結(jié)構(gòu)的損傷。同時(shí)還能起到很好的資源回收作用，運(yùn)用BIM技術(shù)可以了解到壽命結(jié)束的建筑物中哪些構(gòu)建還可以進(jìn)行二次利用，既減少能源的消耗，又順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的潮流。

4 結(jié)語

為了響應(yīng)我國(guó)綠色、可持續(xù)發(fā)展的理念，裝配式建筑正在逐步成為21世紀(jì)建筑業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，而BIM技術(shù)的融入彌補(bǔ)了裝配式建筑中信息難以收集、處理等缺點(diǎn)。把BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑的全壽命周期管理中使得裝配式建筑有了更好的發(fā)展前景。在BIM技術(shù)的應(yīng)用過程中結(jié)合RFID技術(shù)可以更有效的提高裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、維護(hù)的管理效率。所以對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用進(jìn)行更加深入的研究探討是我們今后的主要研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]李天華，袁永，張明媛.裝配式建筑全生命周期管理中BIM與RFID的應(yīng)用[J].工程管理學(xué)報(bào)，2012，26（3）：28-32.

[2]王延魁，趙一潔，張睿奕，等.基于BIM與RFID的建筑設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2013，（11）：113-116.

[3]孟森，劉欣，張世洋.淺談基于BIM的工程造價(jià)管理[J].工程建設(shè)，2012，44（5）：74-78.

[4]齊寶庫，李長(zhǎng)福.基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問題研究[J].施工技術(shù)，2014（15）：25-29.

[5]常春光，吳飛飛，等.基于BIM和RFID技術(shù)的裝配式建筑施工過程管理[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2015（2）：170-174.

[6]白庶，張艷坤，等.BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價(jià)值分析[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2015（11）：106-109.

[7]蔣勤儉.國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土建筑發(fā)展綜述[J].建筑技術(shù)，2010，12.

[8]何關(guān)培，李剛（Elvis）.那個(gè)叫BIM的東西究竟是什么[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[9]周文波，蔣劍，等.BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2012（22）：72-74.

[10]紀(jì)博雅，戚振強(qiáng)，等.BIM技術(shù)在建筑運(yùn)營(yíng)管理中的應(yīng)用研究——以北京奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)村項(xiàng)目為例[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：68-72.

[11]王茜，毛曉松.淺談裝配式建筑的發(fā)展[J].建筑與工程，2012.