論裝配式建筑項(xiàng)目在全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)的問題及對策

張悅 盧彥峰 符惠萍 茍強(qiáng) 孫拴虎

摘 要：BIM技術(shù)通過構(gòu)建可視化數(shù)字模型，可提取建筑各構(gòu)建的參數(shù)信息，為裝配式建筑提供可視化操作平臺，強(qiáng)大的信息協(xié)同處理能力為裝配式建筑全生命周期管理的運(yùn)營和發(fā)展提供了新的途徑。通過對BIM技術(shù)與裝配式建筑全生命周期管理的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探尋現(xiàn)階段裝配式建筑項(xiàng)目在全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題，提出解決措施，以期能促進(jìn)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;全生命周期;BIM技術(shù)

我國傳統(tǒng)建筑方式以磚木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為主，這種建筑方式消耗大量木材、土地資源及勞動力資源且施工周期長，制約著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展。黨的十八大報告提出要把生態(tài)文明建設(shè)放在首要位置，近年來，我國人口老齡化問題日益突出，人口紅利的優(yōu)勢逐漸消失，勞動力成本的快速攀升，傳統(tǒng)施工模式將難以為繼。裝配式建筑作為一種集約化建筑方式，現(xiàn)場濕作業(yè)工作量降低，勞動力大幅減少，產(chǎn)業(yè)鏈高度機(jī)械化，對生態(tài)環(huán)境影響小，綠色節(jié)能，節(jié)約工期，體現(xiàn)了生態(tài)與經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展的“四節(jié)一環(huán)保”要求。然而，當(dāng)前環(huán)境我國裝配式建筑的研究發(fā)展還停留在技術(shù)革新階段，相關(guān)的制度及配套規(guī)范、措施還存在一定的疏漏和不足，裝配式項(xiàng)目管理模式還在延續(xù)傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式，導(dǎo)致信息傳遞鏈無法連接，項(xiàng)目各個階段無法相互協(xié)同操作，管理混亂效率低下等問題。因此，如何使各階段項(xiàng)目信息融合搭接、各參與方互聯(lián)互通、設(shè)計和施工有效協(xié)調(diào)是解決裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵[1]。

BIM技術(shù)以其強(qiáng)大的協(xié)同性、可視化和交互性為建設(shè)項(xiàng)目各參與方在各階段進(jìn)行多維度綜合管理提供了操作平臺，通過BIM技術(shù)構(gòu)建多維系統(tǒng)平臺為裝配式建筑全生命周期管理的運(yùn)營和發(fā)展提供了新的途徑。

本文主要通過分析結(jié)合BIM技術(shù)的裝配式建筑的全壽命周期管理應(yīng)用現(xiàn)狀，探討當(dāng)前模式推廣的限制因素，探索問題解決辦法，為促進(jìn)我國裝配式建筑的發(fā)展提供思路。

1 BIM技術(shù)與裝配式建筑全生命周期管理的現(xiàn)狀

住建部在《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中提出，工程可于規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)等階段充分運(yùn)用BIM技術(shù)完成各個階段各個參與方的數(shù)據(jù)交換和共享，通過虛擬建造實(shí)現(xiàn)各專業(yè)進(jìn)行協(xié)同工作，項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督、安全管理、進(jìn)度控制、成本節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、能耗分析等各項(xiàng)功能通過精細(xì)化管理達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。而裝配式建筑當(dāng)前顯現(xiàn)出最大的隱患就是現(xiàn)階段無法實(shí)現(xiàn)全過程的信息化協(xié)同管理。構(gòu)建設(shè)計、安裝、施工階段無法實(shí)現(xiàn)信息兼容，發(fā)生施工碰撞和沖突，導(dǎo)致設(shè)計變更數(shù)量增多現(xiàn)象，最終造成工期拖延[2]。因此，運(yùn)用BIM技術(shù)可以建立各參與方協(xié)調(diào)鏈接的平臺，這種全過程信息化管理模式對裝配式建筑進(jìn)行全生命周期管理具有重要的實(shí)施意義。BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的使用情況，可歸納總結(jié)到圖1。

即從項(xiàng)目的規(guī)劃階段到運(yùn)營維護(hù)階段建設(shè)方可推行全參與方協(xié)同管理的BIM監(jiān)管平臺，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過程的信息共享，通過BIM平臺對項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全、環(huán)境等目標(biāo)進(jìn)行多維管理，實(shí)現(xiàn)建筑高質(zhì)量高效率要求，充分發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢。

1.1 規(guī)劃設(shè)計階段

在這個階段，各方可通過BIM技術(shù)信息共享，從而協(xié)同合作進(jìn)行項(xiàng)目的規(guī)劃選址與勘察設(shè)計。主要體現(xiàn)在：

（1）規(guī)劃：這個階段主要有選址和場地模擬分析兩部分工作，可采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)獲得空間信息數(shù)據(jù)，同時使用BIM技術(shù)構(gòu)建擬建建筑物的模型。與此同時，勘察單位通過BIM構(gòu)建模型，進(jìn)行空間模擬[3]，計算分析，建立巖土信息資源庫;

（2）設(shè)計：設(shè)計單位通過BIM技術(shù)繪制圖紙，協(xié)同設(shè)計，對建筑模型進(jìn)行場地布置和施工模擬。

同時，三維視圖較傳統(tǒng)的二維視圖在沖突檢查時具有明顯優(yōu)勢。特別是設(shè)備設(shè)計中，BIM模型可以直觀地反應(yīng)管道形態(tài)，最大程度避免因設(shè)計沖突造成的工期延誤。

1.2 生產(chǎn)制造階段

生產(chǎn)單位可通過BIM模型進(jìn)行進(jìn)度分析和數(shù)據(jù)模擬，計算所需的構(gòu)件數(shù)量，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，對裝配式構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、生產(chǎn)流程、運(yùn)輸及管理進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 建造施工階段

BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段主要用于對施工方案優(yōu)化設(shè)計、質(zhì)量安全的跟蹤監(jiān)控、施工進(jìn)度模擬分析、預(yù)制構(gòu)件的檢查及存儲管理、數(shù)字化虛擬建造等。在這個階段，通過施工單位搭建BIM協(xié)同管理平臺，構(gòu)建三維模型，通過現(xiàn)場實(shí)際施工情況與計劃數(shù)據(jù)作對比分析，及時查找問題沖突，可盡快調(diào)整偏差，得到最優(yōu)方案[4]。此外，預(yù)制構(gòu)件從入場進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、存儲和錄入，可為后期施工查找構(gòu)件節(jié)約大量的人力物力。

1.4 運(yùn)營維護(hù)階段

BIM技術(shù)在運(yùn)營維護(hù)階段通過平臺進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控，物業(yè)管理，進(jìn)行數(shù)字分析和評估，提高運(yùn)營維護(hù)效率質(zhì)量，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)建筑以人為本功能。

2 現(xiàn)階段裝配式建筑項(xiàng)目在全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題

當(dāng)前，通過對施工現(xiàn)場的實(shí)踐情況數(shù)據(jù)匯總，裝配式建筑還較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、多樣化建設(shè)、裝配化施工及全面數(shù)字化管理，因此，現(xiàn)階段裝配式建筑的建造成本比現(xiàn)澆施工的成本每平方米要高500元[5]。究其原因，由于裝配式建筑的發(fā)展與信息化的發(fā)展未同步進(jìn)行，產(chǎn)生了一系列問題：設(shè)計單位缺乏裝配式建筑設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，增加構(gòu)件生產(chǎn)成本;構(gòu)件的制造單位沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的最大化利用，不能完成企業(yè)的規(guī)模效益;而施工方可能缺乏工業(yè)化施工的管理能力降低項(xiàng)目的生產(chǎn)效率等問題[6]。裝配式建筑的進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵在于全面全過程信息化，因此，裝配式建筑在未來發(fā)展過程中需要進(jìn)一步運(yùn)用好BIM技術(shù)，然而，當(dāng)前還有很多問題存在于裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合中，需要進(jìn)行更深入的剖析研究。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

目前，現(xiàn)有裝配式建筑有關(guān)規(guī)程，包括《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1—2014）、《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51231—2016）等僅能滿足基礎(chǔ)需求，對于構(gòu)配件（如板連接件、疊合板、密封膠等）的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺，對于專業(yè)功能性構(gòu)件（如保溫材料、阻燃材料等）的評估標(biāo)準(zhǔn)由于專業(yè)性較高，目前還未完成編制。首先，BIM技術(shù)在繪制模型時面臨多級別標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)量

龐雜，而且各個標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。其次，我國對于BIM技術(shù)現(xiàn)階段無法形成上下對應(yīng)的系統(tǒng)化標(biāo)準(zhǔn)體系[7]。由于對模型的交付標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，各單位對BIM模型的深化程度存在區(qū)別，影響著裝配式建筑的整體施工效率。政府部門、運(yùn)營維護(hù)單位較少使用建設(shè)信息模型，施工單位根據(jù)自身BIM技術(shù)水平搭建的平臺規(guī)模各不相同，建設(shè)單位大部分依托施工單位的BIM信息平臺，而設(shè)計單位仍習(xí)慣于傳統(tǒng)的設(shè)計形式，各單位進(jìn)行成果交付時存在大量的模型沖突檢查工作，依托不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型構(gòu)建導(dǎo)致一個建設(shè)項(xiàng)目不能進(jìn)行整體性建造。

2.2 軟件有待完善升級

現(xiàn)階段，BIM軟件種類繁多但各有利弊，如REVIT是當(dāng)前應(yīng)用較廣的操作軟件，但操作較為復(fù)雜，對于鋼筋、模板、腳手架等圖的繪制還有一定難度，對于技術(shù)工人的素質(zhì)、精力和操作水平都有一定要求，繪圖效率較低;而一部分軟件由于研發(fā)時間不長，雖然操作較智能，但繪制精度不高，且不同軟件公司的軟件繪制出模型較難兼容，需要進(jìn)行大量的參數(shù)校核工作，造成大量的人力、時間的耗費(fèi)，使用單位需要花費(fèi)較大的成本和人力資源，使用效率低，信息化共享難以實(shí)現(xiàn)。

2.3 人才、技術(shù)資源缺乏

BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑需要大量懂?dāng)?shù)字化建造技術(shù)的專業(yè)人才，而現(xiàn)階段部分高校及職業(yè)院校還存在產(chǎn)教脫節(jié)的情況，而社會上大量的BIM教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)存在管理混亂、質(zhì)量良莠不齊等問題，師資水平不能保證。通過建筑工地實(shí)踐培育成長的建筑工人又具有高流動性的特點(diǎn)，不能系統(tǒng)全面的提高裝配式建筑工人的整體素質(zhì)。因此，現(xiàn)階段對建筑裝配專業(yè)、工程總承包管理專業(yè)及智能制造專業(yè)的知識都能掌握的綜合技術(shù)型人才培養(yǎng)難度較大，市場還存在很大的人才資源缺口。

裝配式建筑使用大量的預(yù)制構(gòu)件，構(gòu)件的進(jìn)場、確認(rèn)、存儲、使用過程較為復(fù)雜。現(xiàn)階段在制作構(gòu)件時可運(yùn)用RFID技術(shù)將每個構(gòu)件的信息通過RFID標(biāo)簽植入構(gòu)件[8]，每個構(gòu)件相當(dāng)于擁有了唯一的身份證明，可大大提高構(gòu)件從生產(chǎn)到起運(yùn)安裝的管理效率。但目前還未推廣普及，且各地區(qū)還未形成健全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫，單純利用RFID技術(shù)會產(chǎn)生生產(chǎn)與制造信息分裂，無法對接構(gòu)件信息，各參與方在構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)、建造過程中還無法實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息的共享，增加了項(xiàng)目綜合成本。

3 裝配式建筑全生命周期中推廣應(yīng)用BIM技術(shù)的措施

裝配式建筑在未來若想降低綜合成本，提高生產(chǎn)效率，必須在全生命周期中推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，提高項(xiàng)目的信息化水平。因此，我們需要探索出切實(shí)可行的解決方法，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的快速發(fā)展。

3.1 完善裝配式構(gòu)件及BIM技術(shù)的政策標(biāo)準(zhǔn)

政府相關(guān)部門需繼續(xù)出臺推行裝配式建筑的構(gòu)件與BIM技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的政策措施，使建筑行業(yè)通過提升技術(shù)、優(yōu)化管理達(dá)到降低成本提高效率的目標(biāo)，通過企業(yè)自身革新促進(jìn)整個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的升級，從而推進(jìn)建筑業(yè)信息化、智能化發(fā)展。同時，行業(yè)應(yīng)對相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合統(tǒng)一，細(xì)化勘察設(shè)計、生產(chǎn)制造、實(shí)施建造和運(yùn)營管理各相關(guān)單位的BIM模型構(gòu)建和交付標(biāo)準(zhǔn)，從而使裝配式項(xiàng)目可進(jìn)行整體式建造，通過應(yīng)用BIM技術(shù)使裝配式項(xiàng)目在全生命周期內(nèi)全面實(shí)現(xiàn)信息化。

3.2 完善裝配式構(gòu)件數(shù)據(jù)庫及BIM技術(shù)平臺的構(gòu)建

在推廣RFID技術(shù)廣泛使用在預(yù)制構(gòu)件中的同時，利用BIM技術(shù)搭建裝配式構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫，生產(chǎn)單位與各參與方均可通過BIM技術(shù)對提取構(gòu)件信息，也可將后續(xù)的質(zhì)量監(jiān)測信息反饋到數(shù)據(jù)庫中。通過兩個技術(shù)的結(jié)合使用可杜絕缺陷構(gòu)件的使用，由于信息絕對透明，生產(chǎn)單位可通過數(shù)據(jù)庫及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件零庫存的目標(biāo)，從而降低生產(chǎn)成本，提高工程質(zhì)量。完善BIM技術(shù)平臺的建立，當(dāng)前市場還沒有一個真正可以實(shí)現(xiàn)各方共同參與對項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期的5D管理平臺，需要各個使用單位根據(jù)自身科研團(tuán)隊(duì)兼容不同軟件搭建的個性化平臺。因此亟須政府及市場引導(dǎo)并激勵企業(yè)研發(fā)出各參與方可信息交流共享的全生命周期BIM技術(shù)管理平臺。

3.3 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈條

校企協(xié)同，書證融合，提高建筑工人信息化建造專業(yè)技能[9]。在裝配式建筑全生命周期的各個階段都需要具備多種專業(yè)背景的復(fù)合型人才。因此，作為培養(yǎng)高素質(zhì)新型建筑人才的高校，需要提升教學(xué)水平。深入工地與時俱進(jìn)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)聯(lián)動，與社會接軌、與企業(yè)對接，提升師資能力。施工企業(yè)、軟件企業(yè)與高校聯(lián)合，響應(yīng)國家百萬擴(kuò)招政策，將建筑工人從刻板的“農(nóng)民工”培養(yǎng)為懂施工技術(shù)、精軟件操作、會現(xiàn)場管理的專業(yè)技術(shù)人才，同時企業(yè)協(xié)助高校進(jìn)行軟件升級，形成產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的全產(chǎn)業(yè)鏈條。

結(jié)語

綜上所述，裝配式建筑在全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)是建筑業(yè)未來發(fā)展的方向。但是裝配式建筑在推廣中還存在一系列問題，BIM技術(shù)如何在裝配式建筑全生命周期中進(jìn)行深度融合，還需要在政府相關(guān)部門的政策推動下，建筑行業(yè)持續(xù)引領(lǐng)思路轉(zhuǎn)變，在智能建造人才大力培養(yǎng)等方面繼續(xù)努力，通過勘察設(shè)計單位、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位、施工單位、軟件開發(fā)方及政府、高校的多方協(xié)同、深化發(fā)展，相信各參與方的效益會隨著建筑信息化的進(jìn)一步發(fā)展有更大的提高，也會推動裝配式建筑全生命周期管理健康成熟發(fā)展。

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作者簡介：張悅（1992— ），女，漢族，山西大同人，碩士，助教，研究方向：建筑與土木工程。