BIM技術支持下的建筑模塊化和工業化建設

岳文娟

傳統施工方式存在現場生產率低，資源消耗高和環境污染嚴重等問題，上世紀50年代以來，建設工業化逐步得到認可。但直到近期，工業化進程并不發達。近幾年，建筑信息模型（BIM）應用激增，業界已經看到虛擬設計和施工的好處。將BIM技術融入工業化建設，能有效提高模塊化和工業化建設。

建設工業化 模塊化 BIM

引言

建設工業化始于20世紀50年代初，以滿足二次世界大戰和內戰后設施重建需求。第一輪工業化重點是設計標準化、施工構配件件大規模預制和現場施工機械化。80年代，工業化觀念隨著經濟改革逐漸消失。經濟發展，人均收入水平和住房需求都大幅上升。但因過度強調標準化，房屋樣式偏少。有限的技術和建筑材料致使預制件質量差，出現房屋質量偏低等問題。不能滿足快速擴張的房屋市場的需求。因此，自90年代以來，定制設計和鑄造施[一直占主導地位。

過去幾年，工業化再次被業界關注，源于兩點。一是勞工短缺，勞動力成本上升。隨著經濟發展，服務行業提供很多新的職位吸引更多年輕人。相比之下建筑業工作條件惡劣，從事建筑勞務的年輕人變少。同時，從2000年到2009年，建筑工人的平均工資增長了31%，遠高于建筑材料價格和其他行業的平均工資水平。因此，建筑業面臨老齡化的勞動力結構，急需尋求工業化發展模式，減少對勞務的需求。二是對可持續建筑和可持續建筑過程的需求。工業化建設在現場組裝預制構件，相比之下，降低能源消耗，減少灰塵；另外，一些新型材料的預制板更能滿足環保節能需求。

建筑信息模型（BIM）在建筑行業的應用飆升。借助建筑模型和業務流程之間的數據集成，BIM技術為推動建設工業化和模塊化提供了巨大潛力。

建筑的模塊化和工業化建設

中國每年的新建筑20億m2，占世界新建總量50%以上。但是，中國建設工業化并沒有得到市場認可，只有不到1%的新建筑是以工業化的方式建成的。主要有幾個問題。一是缺乏政府的財政支持。政府鼓勵建設工業化，但沒有實際資本投資或相應稅收減免政策。其次，建筑規范落后于工業化技術，許多工業化建筑項目需要特別審查批準，因為施工方法超出現行建筑規范。第三，建筑業在招投標、施工安全管理等諸多方面尚未為工業化進程做好準備。最后，每個公司都是利潤驅動的，而工業化建筑的成本還會高于傳統方式。例如，制造的PC墻板比磚砂墻更貴。如果沒有政府的適當干預和工業化成熟商業鏈帶來實際經濟效益，很難說服企業實行模塊化和工業化建設。

好在政府認為工業化是建筑業實現可持續發展必經道路。未來三十年新建筑將達到200-300億m'。到2030年以前，所有住房項目都應由工業化建設建成。

BIM在中國的發展

中國建筑業在2002年左右就了解了BIM。直到幾年前，BIM的優勢才得到認可。團M應用自2012年激增。但其使用仍不成熟。早期，BIM應用主要在設計階段。過去幾年，建筑業開始將BIM與項目管理結合。BIM在中國最成熟的應用是碰撞檢測和集成優化，用BIM模型來分析可構建性問題，并評估其對成本和進度影響。將各參與方創建的多個BIM模型加載到一個軟件中協調，Navisworks目前是中國市場領導者oBIM執行指南和BIM專家缺乏是兩個重大挑戰。由于BIM優勢日益顯著，但國內尚無系統的執行指南，許多項目采用類似項目或國外BIM指南作為參考。與此同時，BIM專業人才也極度缺乏。除了管理挑戰之外，缺乏本地BIM軟件工具也是一項挑戰。

基于BIM的模塊化設計

BIM模塊化設計基于建筑組件模塊化。適合具有類似布局或單元組合的建筑物，例如經濟適用住房開發，由于總面積和單位面積成本限制，經濟適用住房布局選擇較少，唯一的變化是標準層數量和住房單元布局。BIM支持不同模塊級別參數化設計，模塊化第一級是單元布局，再將單元模塊拆卸到如浴室模塊的房間中。下一級模塊包括建筑部件，如墻板或管道系統。

基于BIM的工業化建設和安裝

BIM在工業化中首次應用是施工前的碰撞檢測和施工能力分析。PC建筑中有幾百萬個預制構件，傳統縮影繪圖審查和會議協調方式，很難確保施工中沒有沖突。特別是PC組件中鋼筋或嵌入式零件造成的一些沖突，比現澆施工更難處理。為每個組件開發數字模型，并將所有模型放在虛擬施工過程中，通過動態可視化模擬施工中出現的問題。

一些大型MEP承包商已經開始實踐工業化安裝。BIM模型為MEP承包商提供了建筑項目服務體系的準確幾何信息。雖然MEP系統的設計信息在BIM模型中非常準確，但由于混凝土結構質量不同，物理安裝條件不如計算機理想。最近，一些有經驗的MEP承包商開始采用3D激光掃描設備來創建結構系統的點云模型。然后用它校準MEP系統的設計模型以產生精確制圖。MEP承包商還將機器人全站儀與BIM模型結合，確保MEP系統的快速準確布局。

結論

中國建筑業需要健康可持續發展。BIM廣泛應用被認為是加決模塊化和工業化建設發展的有效途徑。研究表明，BIM的模塊化設計、碰撞檢測和可構造性研究方面的創新使BIM模型有助于建造過程，通過BIM模型檢索的數據進行建造管理，并使用3D激光掃描技術確保精確的幾何MEP系統的信息。建筑行業實施BIM，將會發現節約物料、提高施工質量、縮短工期、創造安全工作環境等模塊化和工業化建設的更多好處。

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