基于BIM技術的裝配式建筑智慧建造

程文釧

(中國礦業大學徐海學院 江蘇 徐州 221008)

1 裝配式建筑的發展

目前，我國的建筑產業正在經歷一個重要的階段，既要完成轉型升級，又必須不斷開拓創新，走出一條新的道路。以現場手工作業為代表的依靠低廉的人力成本進行施工的模式已經逐漸沒落，隨著科技的發展，科技帶來的新成果也被不斷運用到建筑業當中。可裝配式建筑就是在這個趨勢中不斷發展的一項技術。裝配式體系具有綠色環保、效率較高等優點，非常適應我國當前人力資源成本提高、對環境保護的要求更加嚴格的狀態下建筑業升級的實際需要。

在我國，已在多個省市發展起了裝配式建筑產業相關的園區。這些產業化基地涵蓋方案設計、構件制造、建筑施工及相關裝配設施制造、裝修等各個環節，足以滿足裝配式建筑的建造需求，裝配式建筑產業及其配套產業的空間規劃已初見雛形[1]。

2 裝配式建筑的特點

可裝配式建筑具有一個非常突出的特點：設計、制造、裝配、維護整體化。在以往的建筑行業的工作模式下，設計、制造、裝配、維護幾個元素被失去了一致性，由不同的人員去進行。這種模式阻礙了信息的傳遞與交流，為不同環節之間的合作帶來了巨大的困難、專業間的協同配合帶來了阻礙，并且這是與建筑的工業化趨勢背向而行的。

裝配式體系解決了這個問題，它對于建筑業的各個環節之間的協同與合作提出了更高的標準，同時也對各個環節的技術能力進行了優化。

在裝配式體系的建筑模式下，設計占據了核心地位。在傳統建筑行業中，很多環節只有在施工的過程中才會進行考慮。但是在裝配式體系下，在設計之初就需要對施工過程中的很多問題進行提前考慮，這也是裝配式建造的一個重要特點。比如鋼筋的干預檢查，管線的布置，建筑的裝飾裝修等等。而在后續的施工過程中，設計人員也需要繼續提供必要的技術支持和指導。這就要求設計人員不僅僅能夠完成設計，還必須具有把控全局的思維方式和對整個產業鏈的深入理解[2]。

在裝配式體系的建筑模式中，自動化生產和“精益制造”是裝配件制造流程中體現的重要特征。裝配件的生產商會根據設計方提供的訂單需求來進行生產，這時會引入企業資源計劃系統(Enterprise Resource Planning，ERP)來高效地管理從購買，生產，物流，貯存等整個進程。而生產商同時也需要進行相應的研發工作，來匹配構件裝配環節的自動化生產加工技術來提升整體的品質。

另一方面，在功能上，裝配式的建筑模式采用系統化的思維方式。整個建筑系統由建筑結構系統、外圍防護系統、設備與管線系統、內裝系統四個子系統結合而成。在設計與裝配的過程中，各個部門需要嚴密合作協同，進行整體的技術優化，將裝配件以模擬與數字協同、模塊結合、接口連接、節點建造和施工方式等手段進行總體性的構建。可以說，裝配式建筑體系并不僅僅完成了建筑物的架構，而是在施工過程中就考慮到了建筑的各項功能并實現。

3 BIM技術在裝配式體系中的應用

我國的裝配式建筑體系經歷了二十多年的停滯。技術存在斷層、缺乏生產經驗，相對于其他國家具有更高的發展難度。當前，大多數研究聚焦于國外的發展經驗與技術體系，而對BIM系統與裝配式建筑之間的關聯缺少認識。實際上，BIM技術與裝配式體系在很多因素上存在共通之處。首先，裝配式建筑需要工程項目各個參與方的寫作，從設計到生產施工待機電裝修，都需要緊密配合。BIM可以滿足這個需求，實現各個專業的參與方的信息與資源集成；其次，在裝配式體系中存在很多數據與操作的復用，如果缺少合理的管理手段，很容易出現紕漏，而使用BIM軟件能處理這些困難；最后，裝配式體系的建筑最終的目標是環保建筑，強調在建筑物的整個使用階段中都實現良好的管控，這也符合BIM技術強調全周期生命應用的特點。

3.1 設計階段

在這個階段，BIM軟件起到主要的作用。利用BIM軟件可以對建筑、結構、機電進行建模，在軟件的協助下，能夠完成構件的拆分設計，而碰撞檢查功能可以協助排除構件與鋼筋和現澆部分、設備與管線之間的各種干涉問題。在完成建模后，BIM軟件還可以生成構件詳圖、統計工程量，并生成BOM清單等。

在設計階段引入BIM技術可以大大提高設計的效率與質量。BIM軟件參數化的設計方式和實時協同的工作模式可以協助各個參與方，在設計方案需要調整時降低人員之間的溝通成本。另外，BIM軟件平臺的搭建，可將重要的設計信息，BIM模型等上傳至服務器，從而完成模型與設計圖紙之間的自動更新，自動糾錯等功能。通過設定一定的模數規則，可以積累各類預制構件構件庫。利用各類標準化構件庫，不斷豐富和積累設計構件，能夠同時滿足建筑設計中標準化和多樣化的需求。

3.2 生產階段

新型建筑工業化的目標是在信息技術的幫助下，逐漸實現智能化的建造系統，使生產模式從大規模批量建造向大產量定制建造轉化。目前，裝配式體系下的構件生產，尤其是在部品部件加工環節上，仍然以依靠手工居多，浪費大量的時間與勞動力。在生產階段，BIM系統對構件生產帶來的升級主要在于研發基于BIM的部品部件計算機輔助制造(CAM)和生產管理系統——通過將構件的BIM建模轉換為MES系統在生產構件所需要的數據，由MES系統傳輸給設備端，并由CAM系統完成輸出。

3.3 施工階段

在建筑工業化中，施工階段是最重要的一個階段。裝配式體系下的施工方式并不僅僅是將現澆建筑拆分成構件，并在施工現場進行組裝。在建筑工業化的體系下，對整個項目的規劃布局，安裝時的精度都有更高的標準。

目前BIM系統主要用于場地管理管理、場地布局優化、構件施工模擬、3D可視化模型施工交底等，還有巨大的發展空間。在未來，可以與RDIF，激光掃描等技術相結合，從而在BIM系統的協助下，進行更加精細化的流程管控，質量核驗等工作。

4 結語

BIM技術在國內外的建筑領域得到了深入的應用，為裝配式建筑的發展提供了信息化集成保障。以BIM技術為核心，推動裝配式建筑的發展，可以體現裝配式建筑“集成”的思想。基于BIM技術的裝配式建筑集成體系打通了設計、制造、裝配、維護、管理等各個環節，將建筑業的集成化推向了新的高度，形成了一種多角度寬領域的集成。

但目前裝配式建筑及BIM技術的的合作運行仍在初期，缺少統一的設計規范和相關的人才。在實際實施時可能出現預期以外的問題。在后續的生產與研究中，還需要針對各個環節進行進一步優化，使結合了BIM技術的裝配式建筑體系可以取得長足的進步與運用。