BIM技術(shù)支持下的建筑模塊化和工業(yè)化建設(shè)

岳文娟

傳統(tǒng)施工方式存在現(xiàn)場生產(chǎn)率低，資源消耗高和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，上世紀(jì)50年代以來，建設(shè)工業(yè)化逐步得到認(rèn)可。但直到近期，工業(yè)化進(jìn)程并不發(fā)達(dá)。近幾年，建筑信息模型（BIM）應(yīng)用激增，業(yè)界已經(jīng)看到虛擬設(shè)計(jì)和施工的好處。將BIM技術(shù)融入工業(yè)化建設(shè)，能有效提高模塊化和工業(yè)化建設(shè)。

建設(shè)工業(yè)化 模塊化 BIM

引言

建設(shè)工業(yè)化始于20世紀(jì)50年代初，以滿足二次世界大戰(zhàn)和內(nèi)戰(zhàn)后設(shè)施重建需求。第一輪工業(yè)化重點(diǎn)是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、施工構(gòu)配件件大規(guī)模預(yù)制和現(xiàn)場施工機(jī)械化。80年代，工業(yè)化觀念隨著經(jīng)濟(jì)改革逐漸消失。經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人均收入水平和住房需求都大幅上升。但因過度強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化，房屋樣式偏少。有限的技術(shù)和建筑材料致使預(yù)制件質(zhì)量差，出現(xiàn)房屋質(zhì)量偏低等問題。不能滿足快速擴(kuò)張的房屋市場的需求。因此，自90年代以來，定制設(shè)計(jì)和鑄造施[一直占主導(dǎo)地位。

過去幾年，工業(yè)化再次被業(yè)界關(guān)注，源于兩點(diǎn)。一是勞工短缺，勞動(dòng)力成本上升。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，服務(wù)行業(yè)提供很多新的職位吸引更多年輕人。相比之下建筑業(yè)工作條件惡劣，從事建筑勞務(wù)的年輕人變少。同時(shí)，從2000年到2009年，建筑工人的平均工資增長了31%，遠(yuǎn)高于建筑材料價(jià)格和其他行業(yè)的平均工資水平。因此，建筑業(yè)面臨老齡化的勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)，急需尋求工業(yè)化發(fā)展模式，減少對勞務(wù)的需求。二是對可持續(xù)建筑和可持續(xù)建筑過程的需求。工業(yè)化建設(shè)在現(xiàn)場組裝預(yù)制構(gòu)件，相比之下，降低能源消耗，減少灰塵；另外，一些新型材料的預(yù)制板更能滿足環(huán)保節(jié)能需求。

建筑信息模型（BIM）在建筑行業(yè)的應(yīng)用飆升。借助建筑模型和業(yè)務(wù)流程之間的數(shù)據(jù)集成，BIM技術(shù)為推動(dòng)建設(shè)工業(yè)化和模塊化提供了巨大潛力。

建筑的模塊化和工業(yè)化建設(shè)

中國每年的新建筑20億m2，占世界新建總量50%以上。但是，中國建設(shè)工業(yè)化并沒有得到市場認(rèn)可，只有不到1%的新建筑是以工業(yè)化的方式建成的。主要有幾個(gè)問題。一是缺乏政府的財(cái)政支持。政府鼓勵(lì)建設(shè)工業(yè)化，但沒有實(shí)際資本投資或相應(yīng)稅收減免政策。其次，建筑規(guī)范落后于工業(yè)化技術(shù)，許多工業(yè)化建筑項(xiàng)目需要特別審查批準(zhǔn)，因?yàn)槭┕し椒ǔ霈F(xiàn)行建筑規(guī)范。第三，建筑業(yè)在招投標(biāo)、施工安全管理等諸多方面尚未為工業(yè)化進(jìn)程做好準(zhǔn)備。最后，每個(gè)公司都是利潤驅(qū)動(dòng)的，而工業(yè)化建筑的成本還會(huì)高于傳統(tǒng)方式。例如，制造的PC墻板比磚砂墻更貴。如果沒有政府的適當(dāng)干預(yù)和工業(yè)化成熟商業(yè)鏈帶來實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，很難說服企業(yè)實(shí)行模塊化和工業(yè)化建設(shè)。

好在政府認(rèn)為工業(yè)化是建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必經(jīng)道路。未來三十年新建筑將達(dá)到200-300億m'。到2030年以前，所有住房項(xiàng)目都應(yīng)由工業(yè)化建設(shè)建成。

BIM在中國的發(fā)展

中國建筑業(yè)在2002年左右就了解了BIM。直到幾年前，BIM的優(yōu)勢才得到認(rèn)可。團(tuán)M應(yīng)用自2012年激增。但其使用仍不成熟。早期，BIM應(yīng)用主要在設(shè)計(jì)階段。過去幾年，建筑業(yè)開始將BIM與項(xiàng)目管理結(jié)合。BIM在中國最成熟的應(yīng)用是碰撞檢測和集成優(yōu)化，用BIM模型來分析可構(gòu)建性問題，并評估其對成本和進(jìn)度影響。將各參與方創(chuàng)建的多個(gè)BIM模型加載到一個(gè)軟件中協(xié)調(diào)，Navisworks目前是中國市場領(lǐng)導(dǎo)者oBIM執(zhí)行指南和BIM專家缺乏是兩個(gè)重大挑戰(zhàn)。由于BIM優(yōu)勢日益顯著，但國內(nèi)尚無系統(tǒng)的執(zhí)行指南，許多項(xiàng)目采用類似項(xiàng)目或國外BIM指南作為參考。與此同時(shí)，BIM專業(yè)人才也極度缺乏。除了管理挑戰(zhàn)之外，缺乏本地BIM軟件工具也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

基于BIM的模塊化設(shè)計(jì)

BIM模塊化設(shè)計(jì)基于建筑組件模塊化。適合具有類似布局或單元組合的建筑物，例如經(jīng)濟(jì)適用住房開發(fā)，由于總面積和單位面積成本限制，經(jīng)濟(jì)適用住房布局選擇較少，唯一的變化是標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)量和住房單元布局。BIM支持不同模塊級別參數(shù)化設(shè)計(jì)，模塊化第一級是單元布局，再將單元模塊拆卸到如浴室模塊的房間中。下一級模塊包括建筑部件，如墻板或管道系統(tǒng)。

基于BIM的工業(yè)化建設(shè)和安裝

BIM在工業(yè)化中首次應(yīng)用是施工前的碰撞檢測和施工能力分析。PC建筑中有幾百萬個(gè)預(yù)制構(gòu)件，傳統(tǒng)縮影繪圖審查和會(huì)議協(xié)調(diào)方式，很難確保施工中沒有沖突。特別是PC組件中鋼筋或嵌入式零件造成的一些沖突，比現(xiàn)澆施工更難處理。為每個(gè)組件開發(fā)數(shù)字模型，并將所有模型放在虛擬施工過程中，通過動(dòng)態(tài)可視化模擬施工中出現(xiàn)的問題。

一些大型MEP承包商已經(jīng)開始實(shí)踐工業(yè)化安裝。BIM模型為MEP承包商提供了建筑項(xiàng)目服務(wù)體系的準(zhǔn)確幾何信息。雖然MEP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息在BIM模型中非常準(zhǔn)確，但由于混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量不同，物理安裝條件不如計(jì)算機(jī)理想。最近，一些有經(jīng)驗(yàn)的MEP承包商開始采用3D激光掃描設(shè)備來創(chuàng)建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的點(diǎn)云模型。然后用它校準(zhǔn)MEP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型以產(chǎn)生精確制圖。MEP承包商還將機(jī)器人全站儀與BIM模型結(jié)合，確保MEP系統(tǒng)的快速準(zhǔn)確布局。

結(jié)論

中國建筑業(yè)需要健康可持續(xù)發(fā)展。BIM廣泛應(yīng)用被認(rèn)為是加決模塊化和工業(yè)化建設(shè)發(fā)展的有效途徑。研究表明，BIM的模塊化設(shè)計(jì)、碰撞檢測和可構(gòu)造性研究方面的創(chuàng)新使BIM模型有助于建造過程，通過BIM模型檢索的數(shù)據(jù)進(jìn)行建造管理，并使用3D激光掃描技術(shù)確保精確的幾何MEP系統(tǒng)的信息。建筑行業(yè)實(shí)施BIM，將會(huì)發(fā)現(xiàn)節(jié)約物料、提高施工質(zhì)量、縮短工期、創(chuàng)造安全工作環(huán)境等模塊化和工業(yè)化建設(shè)的更多好處。

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