“十四五”規劃下裝配式建筑與BIM技術的結合發展研究

汪俊橋，申云龍，李 臣，李林杰

（中國建筑一局（集團）有限公司西南分公司，四川 成都 611730）

1 裝配式建筑

1.1 裝配式建筑特點

裝配式建筑是由工廠生產的預制構件在工地裝配而成的建筑，按照預制構件形式及施工方法可分為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升層建筑等5種類型。裝配式建筑特點如下。

1）部分構件由生產車間加工完成，常見構件種類主要包括：外墻板、內墻板、陽臺板、空調板、樓梯等。

2）采用建筑裝修一體化設計、施工，理想狀態下裝修可隨主體結構同步進行。

3）設計標準化和管理信息化可有效提高生產效率與裝配式建筑性價比。

4）節能環保，符合綠色建筑要求。

1.2 裝配式建筑發展概況

1.2.1 各省、市政策發布情況

1）人社部 2020年2月25日，人社部等三部門印發《關于發布智能制造工程技術人員等職業信息的通知》提到裝配式建筑施工員定義，即在裝配式建筑施工過程中從事構件安裝、進度控制和項目現場協調的人員，并公布裝配式建筑施工員的主要工作任務。

2）國家衛健委與住建部 2020年2月8日，國家衛健委與住建部印發《新型冠狀病毒肺炎應急救治設施設計導則（試行）》，其中建議：新冠肺炎應急救治設施鼓勵優先采用裝配式建造方式，新建工程項目宜采用整體式、模塊化結構。結構形式選擇優先考慮輕型鋼結構等裝配式建筑。

1.2.2 人才資源情況

隨著中央及地方裝配式政策的出臺，裝配式建筑已進入高速發展期，圍繞國家低能耗、環保、綠色、增效的要求，建筑行業正面臨一場新的產業革命。與此同時產生變化的還有行業內對人才的需求。

由于裝配式建筑是在工廠內進行構配件制作生產，施工現場進行安裝，傳統工種用工量大量減少。但在淘汰部分工種的同時，也將產生另外的技術人才缺口，相應的裝配式設計人員、現場吊裝人員、管理人員等崗位用人需求也不斷增加，預計到2025年，全國裝配式建筑工程人員的需求量將達到50萬。

2 裝配式建筑與傳統工藝對比

2.1 質量與安全

傳統施工質量與工人水平有很大關系，現場施工質量參差不齊，各種混凝土構件問題頻頻出現，無法杜絕，造成后期大量的整改與返工，也對建筑物質量造成永久性影響。同時，傳統施工方法需大量人員進行作業，并存在穿插施工現象，導致工作面狹窄，人員密集，易導致事故頻發，如高處墜落、高空拋物、粉塵超標等，安全問題十分嚴峻。

裝配式建筑的構件制作大部分集中于工廠進行加工處理，并有嚴格的制作與驗收標準，構件質量有保障。在施工現場，可按照施工深化方案進行吊裝、拼裝等工序，減少施工工序穿插，同時減少現場用工量，一定程度上降低安全事故發生幾率。

2.2 進度與成本

傳統混凝土施工工序為模架搭設、鋼筋綁扎、模板拼裝、澆筑混凝土、養護、拆除模板等，一系列工序下來建造1層需要4～7d的施工時間，同時涉及的工種有架子工、鋼筋工、木工、水電工等，施工現場為確保工程進度，會增加用工量，人工費用不斷提高，造成工程造價提高。

裝配式建筑工序簡單，一般建造1層只需1～2d即可完成預制構件安裝，施工效率高，現場采用機械化吊裝，安裝工人用工量小，可有效降低人工成本。

2.3 四節一環保

1）節地 裝配式構件采用工廠預制+現場安裝，現場不需要按照傳統模式設置模板、鋼筋等材料堆場，僅需根據吊裝工序合理設置構件堆場，有利于現場合理布置工作面，減少安全隱患。

2）節材 傳統施工工藝中三大主材（鋼筋、模板、混凝土）的使用與現場管理和施工水平密切相關，鋼筋下料、模板切割及拼裝、混凝土澆筑及振搗，每道工序環環相扣，一旦其中一道工序出現問題，通常會導致材料浪費，如模板支設不到位導致脹模、漏漿等問題時有發生，造成現場材料浪費和質量問題。裝配式建筑采用標準化設計與標準化生產，可使用定制規格的鋼模板，其重復使用率高且不易損壞，構件質量控制水平高，并在極大程度上減少施工現場木模、木方等木制品的使用，在節材方面有顯著效果。

3）節水 裝配式建筑在生產建造過程中所使用的水資源可循環利用，同時現場安裝完成后不需進行灑水養護，構配件在工廠生產，現場進行安裝，不用進行灑水降塵，可有效減少水資源浪費。

4）環境保護 施工現場通常存在噪聲、揚塵、固體廢棄物、廢水等污染，嚴重影響環境。裝配式建筑主要構配件在工廠進行加工生產，施工現場幾乎不存在揚塵、廢棄物排放等情況，可實現文明施工和綠色施工。

3 BIM技術下的裝配式建筑發展

3.1 建筑行業信息化發展

1）背景情況 根據麥肯錫研究表明，對比全球各行業的信息化水平，建筑行業信息化水平排在倒數第二，僅略高于農業。建筑行業各細分領域基本上處于信息化嚴重不足的狀態，項目各部門之間協同程度不夠，管理方式過于粗獷。另一方面，建筑行業在應用技術和創新管理上處于明顯遲緩的狀態，對新技術進行前期投入的研發費用不足收入的1%，投入水平相較其他行業處于較低水平。而建筑行業不僅亟待信息化產業升級謀求成本降低，也需在當下發展受阻的情況下探索新的管理模式。

2）國內形勢 住建部、科技部、工信部、自然資源部等九部門聯合發布的《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》，從9個方面提出37條措施，從設計、施工、信息技術融合等方面，對新型建筑工業化的發展提出明確要求。其中包含推廣裝配式混凝土建筑、大力推廣建筑信息模型（BIM）技術2條措施。2020年是國家建筑業信息化“十三五”計劃的收官之年，轉型風口之下，行業對裝配式建筑技術人才需求急劇增加，BIM和裝配式工程師人才缺口巨大。未來幾年，裝配式建筑擁有1.6萬億市場以及130萬BIM工程師缺口。

3.2 國內BIM技術發展歷程

1）BIM技術1.0時代 在BIM技術剛引入國內時，行業對于BIM技術的概念僅停留在可視化階段，用三維模型進行一些簡單的可視化應用，對于各參建方來說BIM技術只是一個可視化工具。

2）BIM技術2.0時代 在2.0時代，已有參建方開始利用BIM模型進行各專業協同深化設計，提前解決設計中出現的問題，但較大部分仍停留在管線綜合方面，未能將各參建方協同起來，模型利用率低，對各方來說BIM技術仍是一個成本大于收益的負擔。

3）BIM技術3.0時代 通過BIM模型將建筑、結構、機電、裝修各專業有效串聯，形成BIM一體化設計，BIM信息化模型集合各專業協同、設計變更，對后期裝配式施工、運維管理提供全套信息支持。項目各參建方都與中心模型有關系，這個模型符合大家共同的標準，能隨時在自己權限范圍內對模型信息進行更新，以及調用自己權限內的信息以完成自己的工作。同時基于BIM的信息管理平臺作為工程項目全過程的運算服務支持，可形成企業資源數據庫，并實現協同辦公，對裝配式建筑設計、生產、裝配全過程的采購、成本、進度、合同、物料、質量和安全的信息化管理，最終實現項目資源全過程的有效配置。

3.3 BIM技術與裝配式建筑的結合

1）設計階段 利用BIM技術可視化、及時化優勢，依靠BIM模型進行設計工作，提前解決各專業之間的問題，模擬建造過程，合理規劃空間，優化設計內容，進行多方面方案比選，在設計階段實現建設項目投資成本創效，對整個項目的成本有直接的把控。由于目前國內建筑行業信息化程度較低，為提高效率，大多趨向于標準化設計，在如今人們審美越來越挑剔的時代，過度標準化無疑會是裝配式建筑面臨的一大難題，但BIM技術可恰當解決這類問題，其模型的建筑信息足以滿足各類異形結構的設計建造，參數化的構件模型可配合設計進行復雜結構的設計，并進行相應節點數據的生成。

2）構件生產階段 裝配式建筑廠商可依靠設計院給出的BIM模型進行參數提取，依靠自動化生產車間進行數據分析，自動生產相匹配的構件，做到“3D打印”的效果，將構件進行合理排序運往現場進行現場組裝。

3）施工階段 現場管理人員在現場接收構件前，可提前依靠BIM模型進行現場構件固定支模架的組裝，利用BIM模型進行構件組裝順序模擬，合理分配工作面及勞動力。待構件抵達現場后，可根據構件附帶的二維碼進行構件信息確認，確認構件完整無損后，可組織工人按照方案依次進行吊裝安裝。

3.4 BIM+裝配式全產業鏈協同工作

上海市浦東新區惠南新市鎮項目是上海市工業化住宅示范項目。該項目的改造開始于項目設計和規劃審批已結束，因此各項改造均需在原設計基礎上進行，為工業化改造設計造成一定約束和難度。通過方案比選，最終采用雙面疊合板式混凝土剪力墻體系，單體預制率達30%，項目采用BIM技術，將建筑、結構、機電一體化設計，實現建設全過程控制。該項目統一預制構件包含陽臺、墻板、樓板、樓梯等，節材約70%，節水36%，節能30%。利用BIM技術按照標準化進行套型設計，通過車間流水段高效施工，現場進行“搭積木”式拼裝，整棟建筑僅用82d完成建設，建設速度為平均6d/層，節省人工的同時有效縮短工期。

4 結語

2020年底住建部發布的新版《工程總承包合同（示范文本）》，將BIM服務納入其中，BIM技術作為一種有效提高建筑行業信息化的管理手段，已逐漸融入建設工程項目各階段，也代表著正式吹響了建筑行業信息化全面改革的號角。而裝配式建筑也注定會隨著建筑行業一體化、信息化的提高而步入正軌，實現與建筑強國接軌的目標。