BIM技術在裝配式建筑中的應用探究

劉俊娥　高思　郭章林

摘要：裝配式建筑已經(jīng)成為我國現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的主要潮流，而作為建筑信息化主要工具的BIM （ Building Information Modeling，建筑信息模型）技術也大大促進了建筑業(yè)的發(fā)展。通過對近幾年來裝配式建筑以及BIM技術應用的綜述性文章進行研究，文章綜合分析了裝配式建筑和BIM技術各自的優(yōu)勢，并且對 BIM技術在裝配式建筑中的應用進行探究，旨在實現(xiàn)裝配式建筑項目全壽命周期管理的合理化和科學化，最終在裝配式建筑中形成一個連貫的信息平臺。

Abstract： The fabricated building has become the main trend of the development of modern construction industry in China. As the main tool of building information， BIM （building information modeling） has greatly promoted the development of construction industry. Based on the review of the papers about the fabricated buildings and BIM technology in recent years， this paper analyzes the advantages of fabricated architecture and BIM technology， then explores the application of BIM technology in fabricated architecture. It aims to realize the rationalization and scientification of project lifecycle management in fabricated construction project， and finally form a coherent information platform in the fabricated building.

關鍵詞：裝配式建筑；BIM；信息管理；全壽命周期管理

Key words： fabricated building；BIM；information management；lifecycle management

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0161-03

0 引言

在我國現(xiàn)階段，隨著可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保等理念的不斷深入，裝配式建筑正在逐步成為人們關注的焦點。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑有節(jié)約成本、縮短工期、減輕噪音、施工污染少等特點。而BIM技術在信息化時代對建筑業(yè)的發(fā)展也有很大的推動作用。

近年來許多學者將BIM技術在新型裝配式建筑中的可行性應用進行了研究：我國早期對BIM技術與裝配式建筑進行結合的是周文波等人；隨后齊寶庫等對BIM技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用進行了探討，通過具體的案例分析，闡述了BIM在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用前景；常春光、吳飛飛把BIM和RFID技術在裝配式建筑施工過程管理中進行了推廣；白庶等人分析了BIM在裝配式建筑各階段的應用價值。本文通過對裝配式建筑的實際情況進行分析，結合BIM技術的發(fā)展，從裝配式建筑的設計、生產(chǎn)、施工、運維等階段著手，探討了BIM技術在裝配式建筑整個全壽命周期管理中的應用，使得裝配式建筑在BIM技術的結合下有更好的發(fā)展前景。

1 裝配式建筑的優(yōu)勢

裝配式建筑顧名思義就是指在工地上用預制的構件裝配而成的建筑。從20世紀初，裝配式建筑就初露頭角得到了人們的關注，直到60年代英國、蘇聯(lián)、法國等國家做了首次嘗試，裝配式建筑才得以實現(xiàn)。裝配式建筑之所以能夠迅速在世界各地發(fā)展開，因為它有建造時間短，成本低等的優(yōu)勢。

1.1 建設工期短

根據(jù)裝配式建筑的定義可知，裝配式建筑是把在工廠中預制好的構件直接在工地上進行裝配，大部分都是用機械進行作業(yè)，取代了好多手工作業(yè)，從而節(jié)省時間。在工廠進行預制構件的時間并不包含在建設工期中，在工地上的操作就是把構件進行裝配，節(jié)省了鋼筋捆綁、抹灰等工序，從而大大節(jié)省了施工時間。

1.2 節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)

現(xiàn)在國家一直提倡節(jié)約能源，保護環(huán)境，而裝配式建筑正是符合了這一要求才得以迅速發(fā)展。在裝配式建筑中好多材料可以循環(huán)利用，如鋼模板，木模板等，這樣就達到了節(jié)約資源的目的。另外，由于是工廠中生產(chǎn)好的預制構件直接運輸?shù)焦さ剡M行裝配，所以在施工現(xiàn)場減少了施工噪音，同時還避免了塵土飛揚，使環(huán)境污染得到有效控制。

1.3 提高工程質量和安全

在傳統(tǒng)建筑的現(xiàn)場施工中，經(jīng)常會進行高空作業(yè)。由于施工人員素質不夠高，并且技術水平有限，導致了施工過程中施工質量出現(xiàn)問題，甚至還存在很多安全隱患。這就使得施工現(xiàn)場人員的人身安全受到威脅。而在裝配式建筑中就大大減少了以上問題的出現(xiàn)，在工廠進行預制構件的生產(chǎn)大都是低空作業(yè)，不存在高空墜物等現(xiàn)象，在工地進行預制構件的裝配是由專業(yè)人員操作的，并且大部分都是機械化操作，因此施工質量得到了保證。所以說裝配式建筑能夠很好地提高工程質量，減少安全隱患。

1.4 提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約成本

因為裝配式建筑的預制構架都是大批量的在工廠進行生產(chǎn)，然后直接運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝，所以對腳手架和模板的使用就大大減少了，這樣不僅節(jié)約了施工成本，還減少了傳統(tǒng)建筑中的一些現(xiàn)場施工流程，縮短了工期，從而使得勞動生產(chǎn)率大大提高。

1.5 便于施工，受氣候條件制約小

傳統(tǒng)的建筑施工由于受到氣候條件的制約，冬季施工時好多工序必須停止，在雨季也有許多條件的制約，所以會影響整個施工進度。而裝配式建筑的大部分作業(yè)是可以在室內進行操作的，外墻板、內墻板、預制梁、預制柱等在工廠中進行生產(chǎn)，不受外界氣候的影響，再將這些預制構件運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝。

2 BIM技術原理及其特點

BIM技術的基礎就是建筑工程項目中的各種相關信息數(shù)據(jù)，然后再通過建立建筑模型，來模擬建筑物的真實信息，換言之就是一種數(shù)字信息的仿真。BIM技術具有可視化，協(xié)調性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點。

2.1 BIM技術的可視化

可視化顧名思義就是能夠看見、能夠得到的形式，可視化在建筑行業(yè)的運用中有可觀的前景。傳統(tǒng)的讀圖就是拿到施工圖紙，看著這些線條進行空間的想象，對于今天復雜多變、形式不一的建筑來說不太現(xiàn)實。而BIM技術把圖紙中的這些平面化的線條進行三維立體的展示，讓工作人員一目了然，能夠形成一種通構件之間的互動性和反饋性可視。不僅如此，在BIM技術的幫助下，工程中的設計、建造、運營等都可以在可視化的狀態(tài)下進行。

2.2 BIM技術的協(xié)調性

在建筑業(yè)中協(xié)調性是非常重要的內容之一。在整個項目的實施過程中，設計單位、施工單位以及業(yè)主之間都要時時刻刻進行配合，做好協(xié)調工作。BIM技術的協(xié)調性能夠很好地解決各方溝通不到位的問題。BIM技術可以提供協(xié)調數(shù)據(jù)，具體操作就是對建筑物建造前期存在的不同專業(yè)間的碰撞問題進行協(xié)調，然后生成數(shù)據(jù)。另外BIM技術還可以解決電梯井布置與其他設計布置及凈空要求之間的協(xié)調，地下排水布置與其他設計布置之間的協(xié)調等等。

2.3 BIM技術的模擬性

BIM技術的模擬性并不是單單的對建筑物模型進行模擬，還能夠對虛擬的事物進行模擬。在設計階段可以進行節(jié)能模擬、熱能傳導模擬、日照模擬等等；在招投標階段可以進行4D模擬（三維模型+項目的發(fā)展時間），就是依據(jù)施工組織設計來進行實際施工的模擬；另外還有5D模擬（基于3D模型的造價控制），來對整個工程的成本進行控制；在整個工程的后期運營階段也可以進行模擬，例如對一些突發(fā)情況人員的緊急疏散進行模擬。

2.4 BIM技術的優(yōu)化性

BIM技術在整個工程的設計、施工、運營過程中可以做到更好的優(yōu)化。在工程中，優(yōu)化受到時間、信息和復雜程度的制約。合理地優(yōu)化是在準確信息的基礎上做出來的，而這一點就是BIM技術的優(yōu)勢所在，它不僅可以提供建筑物實際的所有信息，還可以提供建筑物發(fā)生變化后的信息。對于現(xiàn)在復雜程度高的建筑物，BIM與其配套的各種優(yōu)化工具可以對其實現(xiàn)優(yōu)化。

2.5 BIM技術的可出圖性

BIM技術的可出圖性并不是指出一些建筑設計圖紙，而是對建筑物進行了可視化展示、協(xié)調、模擬和優(yōu)化后，出一些關于綜合管線、綜合結構留洞的圖，以此來消除一些錯誤，甚至可以做一些建議改進的方案。

3 BIM技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用

裝配式建筑作為建筑業(yè)未來發(fā)展的一個趨勢，同樣也面臨著許多困難和問題，最突出的就是在全壽命周期管理中遇到的問題。首先在現(xiàn)代建筑業(yè)中會涉及到多種多樣的預制構件。而且整個項目的參與方較多，導致信息不集中，在預制構件的制作、運輸和組裝中就會出現(xiàn)配合不協(xié)調。其次是在施工過程中，很難準確及時的收集到各構件的信息，使得整個工程的施工進度不能被很好的把握，增加了管理的難度。最后對于已經(jīng)完成好的裝配式建筑，當出現(xiàn)某個構件損壞或者不合格的情況時，由于信息難以及時收集和處理，導致整個建筑物的損壞。而把BIM技術應用到裝配式建筑的全壽命周期管理中，就會很好的幫助解決以上問題。

3.1 BIM技術在裝配式建筑設計規(guī)劃階段的應用

在這個階段BIM技術發(fā)揮了很大的作用，它的主要優(yōu)勢是協(xié)同一致、相互關聯(lián)、參數(shù)化，這就可以很好地解決傳統(tǒng)建筑中出現(xiàn)的一些設計沖突造成的設計變更問題。第一，BIM技術在該階段可以進行選址的規(guī)劃和場地分析。在整個項目中起著關鍵作用的就是場地分析，它影響著建設項目的定位。而傳統(tǒng)的方法沒有足夠的定量分析，也不能對大量的數(shù)據(jù)進行科學處理等等，但是在BIM技術的幫助下與地理信息系統(tǒng)相結合，根據(jù)擬建建筑物的空間信息和場地條件，對其進行數(shù)據(jù)建模。這樣就可以更好的幫助決策者進行場地分析和規(guī)劃選址；第二，可以利用BIM技術繪制圖紙和建立模型。與傳統(tǒng)圖紙相比，BIM技術最大的好處就是它所繪制的圖紙中的每一個圖元都是由工程含義的，例如構件的空間尺寸、材料的屬性等等，這樣就有了模型參數(shù)的關聯(lián)性。在BIM建立的模型中，任何一個構件的模型參數(shù)發(fā)生變化，隨即構件也會發(fā)生變化。BIM模型還可以進行實際的施工模擬，在模擬過程中發(fā)現(xiàn)問題及時改進。同時根據(jù)BIM技術的可視化特征，各個參與方就設計方案可以進行溝通；第三，BIM技術可以解決設計的沖突檢查。傳統(tǒng)的方法都是根據(jù)設計圖紙通過想象來對建筑物的立體圖進行還原，沒有科學的方法必然會產(chǎn)生一定的誤差，這就導致在施工的時候會出現(xiàn)與設計不符現(xiàn)象，導致方案重新修改，工期延長，成本增加。而結構師利用BIM技術，如果設計過程中出現(xiàn)管線沖突，在BIM模型中就會顯示出來，可以進行及時修改；第四，利用BIM技術可以進行工程造價計算。傳統(tǒng)的造價還是用人工來進行工程量的統(tǒng)計和計算，這樣就會出現(xiàn)計算失誤，而有了BIM軟件，可以為造價人員提供大量的工程量信息以及定額信息，既節(jié)省時間也降低錯誤率，并且預算和實際的誤差。

3.2 BIM技術在裝配式建筑生產(chǎn)制造階段的應用

在裝配式建筑的構件生產(chǎn)制作階段，把BIM技術和RFID（無線射頻識別）技術相結合，將含有構件的材料種類、幾何尺寸、安裝位置等信息的RFID芯片植入到各類預制構件中。又因為RFID標簽編碼具有唯一性原則，所以在構件的生產(chǎn)、存儲、運輸、吊裝等過程中可以保證信息的準確性。BIM的作用體現(xiàn)在不僅可以為構件的生產(chǎn)管理子系統(tǒng)提供構件的有關數(shù)據(jù)，還可以把每個預制構件的存儲、質量監(jiān)測、生產(chǎn)等信息返回給BIM數(shù)據(jù)庫。這樣在BIM與FRID技術的完美結合下，可以實現(xiàn)預制構件零缺陷、零庫存的目標。

3.3 BIM技術在裝配式建筑施工建造階段的應用

在裝配式建筑施工階段，BIM技術的主要應用價值有以下方面：第一，能夠隨預制構件的庫存和現(xiàn)場管理進行改善。在實際的施工現(xiàn)場構件找不到或者構件找錯等情況是時有發(fā)生的，所以只有嚴格對施工現(xiàn)場進行管理才可以防止此類事件的發(fā)生。而在這個階段利用BIM技術和RFID技術的有效結合，就可以對這些構件實時追蹤控制。它們結合的優(yōu)勢就在于獲得信息準確且傳遞速度快，能夠減少人工引起的誤差；第二，利用5D施工模擬對施工、成本計劃進行優(yōu)化，對工程質量的進度進行控制?；?D-BIM模型，又引入了時間和資源維度形成5D-BIM模型，以此來對裝配式建筑的各種資源投入情況和整個施工過程進行模擬，形成一個動態(tài)的施工規(guī)劃。另外在模擬的過程中，對原有的施工規(guī)劃存在的問題進行優(yōu)化，避免工期延長和成本增加。5D-BIM模擬還可以使整個項目的施工流程和成本資源的投入更加直觀的展現(xiàn)在施工人員和技術人員面前。

3.4 BIM技術在裝配式建筑運營維護階段的應用

在裝配式建筑的運營維護階段，BIM技術的主要作用就是提供建筑物的使用情況，各構件運行情況以及財務等方面的數(shù)據(jù)和信息。第一，在物業(yè)管理方面BIM技術發(fā)揮了很大的作用，通過和相關設備進行連接，BIM軟件可以提供建筑物的各項參數(shù)來判斷其運行情況，這樣物業(yè)管理人員可以及時做出科學的管理決策。另外BIM技術和RFID技術結合在設施管理和門禁系統(tǒng)方面還有很多的應用，各個構建安裝上電子標簽后，工作人員在進行維修的時候就可以通過閱讀器很快找到相關設備的位置，在維修過后把相應的數(shù)據(jù)再次記錄到電子標簽內，把這些信息數(shù)據(jù)在存儲到BIM的物業(yè)管理系統(tǒng)中，通過“提供數(shù)據(jù)——維修操作——維修記錄——信息集成”這樣一個過程，使得工作人員可以更加直觀的了解建筑物設備的運營情況。第二，裝配式建筑在進行擴建或拆除的時候，運用BIM技術針對建筑結構的各項指標進行分析檢測，可以避免結構的損傷。同時還能起到很好的資源回收作用，運用BIM技術可以了解到壽命結束的建筑物中哪些構建還可以進行二次利用，既減少能源的消耗，又順應可持續(xù)發(fā)展的潮流。

4 結語

為了響應我國綠色、可持續(xù)發(fā)展的理念，裝配式建筑正在逐步成為21世紀建筑業(yè)發(fā)展的風向標，而BIM技術的融入彌補了裝配式建筑中信息難以收集、處理等缺點。把BIM技術應用在裝配式建筑的全壽命周期管理中使得裝配式建筑有了更好的發(fā)展前景。在BIM技術的應用過程中結合RFID技術可以更有效的提高裝配式建筑的設計、生產(chǎn)、施工、維護的管理效率。所以對BIM技術在裝配式建筑中的應用進行更加深入的研究探討是我們今后的主要研究方向。

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