BIM技術(shù)在裝配式建筑綠色施工的應(yīng)用研究

徐 勤 沈 巍

(武漢工程大學(xué) 湖北 武漢 430205)

目前人們對節(jié)約資源能源的認識以及保護環(huán)境意識的提高，降低建筑活動對資源的消耗及環(huán)境的危害也已愈發(fā)受到大眾的重視，人們對于建筑業(yè)的要求也不僅僅只是期望得到綠色建筑，施工作為建筑業(yè)中對資源及環(huán)境有著重要影響的一環(huán)——綠色施工的概念也逐漸形成并且被提上了日程。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，BIM 技術(shù)儼然已成為促進綠色指標的落實，促進整個行業(yè)的進一步資源整合優(yōu)化的重要手段。

一、BIM技術(shù)、裝配式建筑與綠色施工的概括

對于傳統(tǒng)的建造方式來說，一般都是在施工現(xiàn)場進行，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場進行現(xiàn)澆，那么這種方式必然會有相應(yīng)的局限性，例如其制作的污染會對環(huán)境產(chǎn)生較大影響，同時也需要在施工現(xiàn)場配置大量的勞動力，既不環(huán)保也不經(jīng)濟劃算。而對于本文所闡述的裝配式建筑來說，是對傳統(tǒng)建造方式的一種革新。

目前隨信息化的推進，BIM 技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的三維信息(如建筑的長度、寬度、高度等幾何信息)拓展至四維(施工進度模擬)、五維(造價分析)乃至六維(建筑全生命周期運營維護)。利用BIM建筑信息技術(shù)，結(jié)合裝配式建筑依靠預(yù)制構(gòu)件工廠加工現(xiàn)場組織的建造方式，在BIM 中將構(gòu)件建成“族”庫，從而為工程建造階段的統(tǒng)籌和資源優(yōu)化提供了可能性，并對工程中的碰撞檢測和施工流程影響進行提前的風險預(yù)判，從而優(yōu)化組合綠色施工方案。

綠色節(jié)能技術(shù)在建筑行業(yè)中不斷被推廣和應(yīng)用。但是，一些企業(yè)仍然不了解新綠色節(jié)能技術(shù)的使用情況，使其沒有在實際運行中取得預(yù)期效果，這對建設(shè)項目的質(zhì)量有很大影響。我國在進行建設(shè)的過程中，能源消耗問題尤為突出，隨著時代的不斷進步，綠色節(jié)能技術(shù)也得到了更加廣泛的推廣和應(yīng)用。

二、BIM技術(shù)在裝配式建筑綠色施工的流程

(一)節(jié)水

節(jié)水作為綠色施工中的“四節(jié)一環(huán)保”的重要環(huán)節(jié)之一，在幾年的施工探索和實踐中已取得了一定的成效，例如采用地下水、雨水循環(huán)使用進行沖洗、養(yǎng)護、合理利用中水進行混凝土的養(yǎng)護、綠化、道路澆灑，采用雨水、污水、廢水的分流排放等措施來提高水資源的利用率，對裝配式建筑來說，生產(chǎn)用水量的減少主要體現(xiàn)在現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護以及濕作業(yè)用水的減少上，同時由于建筑管理及施工人員的減少，生活用水量也隨之下降，對裝配式建筑來說，生產(chǎn)用水量的減少主要體現(xiàn)在現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護以及濕作業(yè)用水的減少上，同時由于建筑管理及施工人員的減少，生活用水量也隨之下降。

利用BIM技術(shù)，優(yōu)化平面布置，現(xiàn)場結(jié)合排水點位置進行管線線路和閥門預(yù)設(shè)位置設(shè)計，并采取管網(wǎng)和用水器具防滲漏措施。設(shè)計規(guī)劃雨水等非傳統(tǒng)水源收集，循環(huán)利用。在項目初期建立BIM臨水模型，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入臨水方案設(shè)計軟件驗證，精確計算用水量、水箱容積、合理選擇管徑、管路走向、水泵型號等，從而從源頭有效的減少管網(wǎng)和用水器具的漏損，達到節(jié)約用水的目的。

(二)節(jié)材

節(jié)約資源是預(yù)制裝配式建筑的總體指導(dǎo)原則，施工總承包單位要對項目所需要的資源有很好的把握，避免在施工中對材料等的浪費?；?BIM 技術(shù)的功能，實現(xiàn)對工程量的精準計算以及動態(tài)化控制，能夠提高成本控制水平。同時聯(lián)合BIM報表數(shù)據(jù)，能夠?qū)ρb配式構(gòu)件安裝作業(yè)中極易被遺漏的問題進行排查，以免出現(xiàn)遺漏情況，保證工程量計算的準確性。除此之外，能夠優(yōu)化配置工程施工資源，減少材料資源的浪費，保障工程的經(jīng)濟效益。

運用BIM精確地計算出工程消耗量，使資源消耗得到有效控制。通過BIM統(tǒng)計每一階段的工程量，制定資源配給計劃，優(yōu)化資源的使用，能夠避免材料浪費和積壓,Cloud-BIM

技術(shù)和RFID技術(shù)應(yīng)用于綠色建筑材料管理中，可以有效提高綠色建筑材料的管理水平，實現(xiàn)其全生命周期的協(xié)同化管理。運用GIS技術(shù)審核主要材料生產(chǎn)廠家距施工現(xiàn)場的距離，盡量減少材料運距，降低運輸能耗和材料運輸損耗。

(三)節(jié)能

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，建筑領(lǐng)域的能耗量還在不斷上漲。在建設(shè)階段，有關(guān)部門的監(jiān)管和綠色施工的執(zhí)行程度并不理想，施工單位往往以浪費能源為代價來滿足其自身利益，在大量資源不合理消耗的同時還伴隨著住宅生產(chǎn)周期長、綜合性能差等缺點。發(fā)展預(yù)制裝配式建筑，在工廠統(tǒng)一預(yù)制構(gòu)件并在施工現(xiàn)場快速拼裝，有利于節(jié)約能源資源，尤其在降低場內(nèi)的耗油耗電量方面效果明顯。

在項目中可以充分利用太陽能，通過 BIM 技術(shù)進行太陽光實時模擬，合理地在施工現(xiàn)場臨時用房頂架設(shè)太陽能集熱板，供生產(chǎn)生活使用。BIM + 5D 技術(shù)可以實現(xiàn)任意時間段內(nèi)自動更新并進行工程量動態(tài)查詢，實現(xiàn)施工資源動態(tài)管理。

(四)節(jié)地

我國城市化建設(shè)不斷推進，可用耕地面積呈逐年遞減的趨勢，人均土地嚴重不足，節(jié)約用地已經(jīng)成為城市化發(fā)展過程中不可回避的問題。裝配式建筑由于構(gòu)件工廠化生產(chǎn)而大大減少了現(xiàn)場占用的堆場面積，同時施工作業(yè)人員的減少也降低了現(xiàn)場生活辦公區(qū)的土地占有率。結(jié)合BIM 模型，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、員工數(shù)量、材料機具 需用計劃及現(xiàn)場條件，控制臨時設(shè)施的用地面積; 所有墻體采用裝配式結(jié)構(gòu)，減少建筑垃圾，保護土地。

在項目中，BIM 結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)，對現(xiàn)場及擬建的建筑物空間數(shù)據(jù)進行建模分析，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，做出合理規(guī)劃，在綠色施工的過程中，注意材料堆場內(nèi)構(gòu)件的合理擺放以及材料的有序進場，充分利用原有建筑物、構(gòu)筑物、道路、管線為施工服務(wù)。

(五)環(huán)境保護

建筑施工難以避免的會給城市環(huán)境帶來污染，其中包括大氣污染、噪聲、水污染、固體垃圾等，綠色施工要求盡量降低施工過程對環(huán)境的負面影響，對裝配式建筑來說，通過BIM 優(yōu)化設(shè)計，構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，減少現(xiàn)場手工濕作業(yè)帶來的建筑垃圾、污水排放、固體廢棄物棄置，基于 Cloud-BIM 平臺，加強監(jiān)管，在施工現(xiàn)場根據(jù)污染源的分布情況，設(shè)置多個監(jiān)控點，實時對各因素進行動態(tài)監(jiān)測，對于不利情況，應(yīng)及時采取措施。

通過BIM優(yōu)化設(shè)計，通過構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，減少現(xiàn)場手工濕作業(yè)帶來的建筑垃圾、污水排放、固體廢棄物棄置?；?Cloud-BIM 平臺，加強監(jiān)管，在施工現(xiàn)場根據(jù)污染源的分布情況，設(shè)置多個監(jiān)控點，實時對各因素進行動態(tài)監(jiān)測，對于不利情況，應(yīng)及時采取措施。

三、BIM技術(shù)在裝配式建筑綠色施工的應(yīng)用

BIM、預(yù)制裝配式建筑、綠色施工三者是形成一個閉環(huán)的，預(yù)制裝配式建筑作為最終載體作為最終的成果展示，在預(yù)制裝配式建筑設(shè)計中要運用 BIM 技術(shù)，所產(chǎn)生的成果交付用來指導(dǎo)綠色施工，綠色施工的最終形成了預(yù)制裝配式建筑。所以預(yù)制裝配式建筑是載體，BIM 是設(shè)計的具體手段和方法，綠色施工可以實現(xiàn)最終的成果內(nèi)容。

(一)施工進度優(yōu)

利用BIM(BIM5D，Navisworks 等軟件)建立與進度結(jié)合的4D施工模型，不斷優(yōu)化施工組織設(shè)計; 同時實時跟蹤計劃施工與實際施工的進度偏差、資源計劃偏差，經(jīng)過對比分析策劃最優(yōu)施工方案，不斷優(yōu)化調(diào)整，在保證質(zhì)量情況下進一步提升工廠、現(xiàn)場的施工進度，通過 BIM 技術(shù)將裝配式建筑進度優(yōu)勢發(fā)揮到淋漓盡致。不僅僅對整個項目的進度進行模擬分析，對于一些復(fù)雜節(jié)點的支撐措施、吊裝埋件等模擬施工可輔助施工人員現(xiàn)場安裝，提升施工作業(yè)水平。

通過BIM 統(tǒng)計每一階段的工程量，制定資源配給計劃，優(yōu)化資源的使用，能夠避免材料浪費和積壓。BIM 可以給出更優(yōu)的施工方案，減少設(shè)計上的失誤，實現(xiàn)“零碰撞，零沖突、零返工”，減少因返工增加的成本。5D 模擬即以 BIM 三維建筑模型為基礎(chǔ)，利

用進度時間軸，實現(xiàn)進度管理從傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計劃、橫道圖等平面靜態(tài)分析管理轉(zhuǎn)變?yōu)楦又庇^形象的、虛擬建造的可視化與動態(tài)控制，使得工程進度管理精細化、信息化，通過 BIM5D 平臺分析計算出各分區(qū)所需的各種人機料，實現(xiàn)了對木方、模板、腳手架等周轉(zhuǎn)材料的合理調(diào)配，讓管理者對此進度時的資源配置一目了然。這樣可幫助管理人員不斷優(yōu)化方案最終做更可行的決策，既降低了材料成本又保障了項目效益。BIM 技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了對整個施工過程的空間、時間、資源的動態(tài)統(tǒng)一管理，提高施工生產(chǎn)效率，降低能耗，促進綠色施工。

(二)施工現(xiàn)場平面布置

施工現(xiàn)場平面布置隨著城市的發(fā)展可臨時布置的場地越來越緊張，前期場地規(guī)劃的難度提高，施工所需的各種材料加工場地、成品堆場、施工道路、臨建等場地必然隨著工程進度需要不斷的變換調(diào)整，屬于動態(tài)調(diào)整的過程。利用BIM技術(shù)在項目初期，結(jié)合工程周邊的環(huán)境建立三維現(xiàn)場平面，可直觀地顯示出各個臨時建筑之間的關(guān)系，對潛在的問題提前進行排查，合理布置施工場地，做好設(shè)備人員調(diào)度，確保足夠的施工安全措施。通過施工模擬可以提前規(guī)劃起重機、腳手架、大型設(shè)備等施工器材的進出場時間，并模擬各階段現(xiàn)場施工時各種材料堆場的布置，材料進出場線路，以及場區(qū)內(nèi)材料周轉(zhuǎn)和人員流動的路線，進行方案比選，使得現(xiàn)場平面布置更加趨于合理。

(三)建立Cloud-BIM綠色施工管理平臺

Cloud-BIM 是指將云計算技術(shù)及 BIM 技術(shù)有機結(jié)合在一起，運用Cloud-BIM技術(shù)，將 BIM 所需的軟件、運算能力、存儲能力分布于云端，這有利于克服傳統(tǒng)模式下 BIM 技術(shù)應(yīng)用存在的問題，充分發(fā)揮 BIM 技術(shù)優(yōu)勢。

綠色施工是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及政府、業(yè)主、施工方等諸多主體，建立統(tǒng)一的信息化集成平臺，有利于各參與方的高效協(xié)作。設(shè)計方本著綠色設(shè)計的理念，在設(shè)計過程中對設(shè)計方案的可實施性、主要材料和樓宇設(shè)備的綠色性能等進行全面把握，進行施工圖綠色施工設(shè)計。業(yè)主雇傭 BIM 咨詢服務(wù)單位與設(shè)計方進行有效的信息溝通，建立 BIM模型，進行碰撞檢測，并與施工參與各方實時共享數(shù)據(jù)。工程各參與方建立自己的私有云端，通過網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)權(quán)限從公有云端獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，進行綠色施工相關(guān)規(guī)劃，實施有效管理。

四、結(jié)語

可以預(yù)見的是，在不久的將來，有了 BIM 技術(shù)大力支持與幫助下，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人員將能夠非常清晰明了比較出不同設(shè)計方案的耗能情況及其優(yōu)缺點等，進而可快速地做出最優(yōu)方案的選擇，從而給低碳環(huán)保的綠色施工提供了一定的技術(shù)支持。

綠色施工現(xiàn)場裝配式化立足現(xiàn)在，放眼未來，秉持著綠色建造的理念，為建筑行業(yè)節(jié)約資源減少污染改善作業(yè)環(huán)境條件、減輕勞動力壓力強度做出了積極的努力貢獻，解決大環(huán)境保護問題，減少廢物排放，最大限度保護資源和環(huán)境，生產(chǎn)綠色建筑產(chǎn)品，也不會給工程周邊地區(qū)環(huán)境帶來污染且建筑質(zhì)量更有保障，在一定程度上可以提升施工企業(yè)的經(jīng)濟效益，貫徹了可持續(xù)發(fā)展原則。