基于BIM信息化建設與管理系統的裝配式建筑發展研究

楊 威，鄭菘序

(1.十九冶成都建設有限公司，四川成都 610091；2.中國十九冶集團有限公司，四川成都 610031)

裝配式建筑是由預制構件在現場裝配而成的建筑，與傳統的現場施工方式相比，由于構件在預制工廠中采用工業化方式生產，可在現場拼裝并實施，能夠大量節約資源、節約時間、提高生產效率，實現綠色、文明施工[2]。

當前，國家在大力推廣裝配式建筑，施工企業也正在積極地參與研究和應用裝配式建筑技術。但過程中仍存在一系列困難和問題，例如項目建設過程中多單位之間的協調難度大、建筑信息化程度較低等問題。裝配式建筑的發展，要求解決的不僅是裝配式施工技術難題，同時要轉變建造流程和組織管理方式，需要將信息化與建設過程融合，在建設過程中滲透信息化技術。當前，建筑業正在大力推廣應用的BIM技術，為建筑業進一步向工業化、信息化發展提供了重要技術支撐。

1 裝配式建筑技術發展現狀

1.1 國外裝配式建筑發展現狀

日本在發展裝配式建筑過程中制定了完善的制度體系。在不斷探索裝配式技術體系后，形成了KSI建筑體系(都市再生機構骨架+填充住宅建筑體系)，裝配式建筑已占市場比例達50 %以上[3]。

美國在發展裝配式建筑過程中，以低層木結構和輕鋼結構住宅為主，且主要以市場機制為主導，早在1976年就對裝配式建筑的設計、施工、節能和耐久性等進行了規范。目前，裝配式部品部件可以通過標準目錄進行按需選取。

此外，新加坡、英國、瑞典等國家也在裝配式建筑的發展過程中形成了完善的體系，而且混凝土預制構件已廣泛用于民用和工業建筑[4]。

1.2 國內裝配式建筑發展現狀

我國從20世紀90年代開始，提出了發展裝配式建筑。近年來，隨著推廣裝配式建筑的政策不斷出臺，以北京、上海、深圳、成都為代表的城市陸續要求在房建中采用裝配式構件。在政策支持和市場導向的情況下，開發商和施工企業已經開始自發參與裝配式建筑技術的研究和實施[5]。

2 BIM技術與裝配式建筑技術的融合

2.1 BIM技術

國內近年來加大了推動BIM技術在規劃、勘察、設計、施工和運維階段的應用。通過BIM技術，實現設計階段的可視化、施工階段的協同性、建造過程的模擬性、方案的優化性、可出圖性以及數據的高度集成性。

2.2 裝配式建筑技術

與傳統建筑方式相比，裝配式建筑施工中減少了混凝土泵送和振搗、鋼筋加工和焊接、模板腳手架安拆等過程噪音，節約施工場地，實現綠色施工。同時，由于施工過程大大降低了傳統施工中作業人員水平不規范的影響，裝配式建筑能有效地減少質量通病，建筑保溫隔熱性能顯著提升，施工效率得到明顯提高，施工工期也會縮短。因此，通過裝配式建筑技術能夠更好地實現綠色施工和節能減排。

2.3 BIM技術與裝配式建筑的融合

2.3.1 BIM在設計階段應用

傳統的裝配式建筑設計，是基于CAD二維圖紙，不同專業之間的設計互相獨立，溝通協調效率低，容易產生專業碰撞等設計問題，導致后期施工過程風險和成本增加。同時，由于圖紙信息不直觀、信息量大，導致信息在轉換和傳遞過程中出現錯誤的概率較大。在裝配式建筑中，PC預制構件的種類和數量多，使得過程管理復雜程度非常高。

如圖1所示，建筑業的數字化發展正在經歷從二維設計到三維設計，從單一數據到多維數據的集成管理。在設計階段，通過BIM構建三維模型，各專業之間可以協同設計，能夠避免各專業之間的設計沖突，提高設計信息的傳遞和共享效率，減少設計變更，進而為施工階段資源和成本的節約提供保障。利用BIM技術在裝配式建筑設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段以及內裝修等各階段協同設計應用，是當前的研究熱點[6]。大量的研究結果表明，BIM技術在建筑設計階段直至運營和拆除全生命周期的應用是當前設計院、建設方和施工單位都在關注的方向[7-10]。

圖1 建筑業數字工具發展階段(圖片來源：中國BIM門戶)

2.3.2 BIM在施工階段的應用

在施工階段，由于涉及的人員多、工藝復雜、技術不成熟，缺乏對于裝配式建筑的管理經驗，導致較多潛在風險。在實際生產過程中，PC構件的生產和運輸效率，專業技術人才和專業工人的數量不足，都直接影響著施工進度，構件破損、錯裝、漏裝、偏差等情況時有發生。

通過BIM技術的運用，同時配套RFID技術，可以實現在裝配式建筑施工階段的高效和準確運行。通過BIM搭建三維模型，將三維模型與進度計劃相關聯，成為4D模型，進一步與成本進行關聯，成為5D模型，通過將實際進度與計劃進度對比，實際成本與計劃成本對比，實時對結果進行研判，為管理層提供決策依據，能夠很好地保證質量、進度和成本可控。將BIM技術與RFID技術結合，將PC構件生產、施工階段信息進行關聯，通過構件編碼并將信息存儲在BIM模型中，能夠對PC構件進行準確的跟蹤管理，對出現問題的構件作出及時決策，并進行反饋和快速更新，大幅提高施工效率[11]。

2.3.3 BIM在運維階段的應用

在整個建筑設計、施工和運營維護階段，近80 %的成本發生在建筑的使用階段。當建筑物使用約7年之后，其發生的成本費用會超過建筑物建設時期的成本，隨著時間延長，運維成本不斷提高。因此，若在運維階段實現精細化管理將給業主帶來巨大經濟效益。當前，裝配式建筑的維修，需要進行信息再收集，但由于信息量大，難以保證信息的完整性，這些問題進而影響了運維階段管理的順利開展，例如，由于信息的缺失，建筑中的管線破損和老化，可能導致事故的發生，致使建筑使用年限縮短。

通過BIM技術，可以為運維階段管理提供準確、完整的數據信息，運維階段的信息管理系統是解決上述問題的主要手段。在建筑日常運行中，可對設備動態監測，提前發現危險源，在災害發生時，通過BIM技術進行定位，發現故障問題所在位置，安排專業人員前往予以處置。在運維階段，BIM技術與RFID技術的結合，能夠在設備運行和維護過程中發揮關鍵作用。有研究結果顯示，用BIM對設備監測和分析，發現高能耗設備并進行及時維修或調整，通過BIM模型找出可回收利用或二次開發的設備，能夠節約資源，實現綠色運維[12]。

3 裝配式建筑信息化建設發展趨勢

裝配式建筑的信息化建造，依然面臨不少挑戰。一是裝配式建筑發展仍然以政府主導，市場自發推廣應用裝配式建筑的氛圍沒有完全形成，二是BIM技術在建筑領域的應用主要集中在設計和施工階段，僅有很少的重大項目進入了BIM運維階段，而且BIM技術應用普及水平和應用深度不夠。

當前，以BIM技術為代表的信息化手段正在建筑領域得到越來越廣泛應用，但在裝配式建筑設計階段BIM的應用的研究遠高于在施工和運維階段的應用。今后一個時期，著手解決BIM 在建筑全壽命周期的綜合應用，加大對BIM 技術的系統性研究、在工程中拓展與其他技術結合的應用研究，是企業需要加大力度重視的方向。我國裝配式建筑業的發展需要在政策的支持和保障下，通過市場化手段逐漸實現裝配式建筑的推廣，不斷積累相關專業技術經驗和培養專業技術人才。同時，需要對 BIM 技術作深入地研究應用，探索出符合本國市場發展規律的裝配式建筑的信息化建造之路。