BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用

通訊作者：周暉，1981年12月，男，漢族，上海人，現(xiàn)任上海建科工程咨詢有限公司高級顧問，本科。研究方向：BIM在工程建設中的應用。

摘要：裝配式建筑結構已經成為現(xiàn)代建筑工程建設的主要形式，相比傳統(tǒng)結構其在施工以及管理上具有更大優(yōu)勢，不僅工藝簡單、施工效率以及安全性高，工程建設的經濟效益也更高，因此得到廣泛地應用。將BIM技術應用到裝配式建筑全壽命周期中，可以對設計、生產、施工以及運維各個階段工作的開展提供技術指導，真正實現(xiàn)工程建設過程的系統(tǒng)化、專業(yè)化以及高效化，能夠通過統(tǒng)一平臺更及時的發(fā)現(xiàn)存在的問題，加強不同專業(yè)之間的聯(lián)系溝通，在第一時間采取措施解決問題，保證工程以最少的資源達到預期施工效果。

關鍵詞：BIM技術;裝配式建筑;全壽命周期;施工管理

Abstract： Prefabricated building structure has become the main form of modern construction engineering construction. Compared with traditional structures， it has greater advantages in construction and management. The process is simple， the construction efficiency and safety are high， and the economic benefits of the project construction are great. Therefore， it is widely used. The application of BIM technology to the whole life cycle of prefabricated buildings can provide technical guidance for the work in various stages of design， production， construction， operation and maintenance. The systemization， specialization and efficiency of the engineering construction process are truly realized. Existing problems can be discovered timely through a unified platform. The communication between different professions was strengthened， and measures were taken to solve problems in the first time to ensure that the project achieved the expected construction effect with minimal resources.

Keywords： BIM technology; prefabricated building; full life cycle; construction management

一、前言

面對快速發(fā)展的建筑行業(yè)，各項施工技術與施工工藝在不斷地更新，目前裝配式建筑規(guī)模正在持續(xù)不斷地擴大，對應的技術工藝也日益成熟。與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑現(xiàn)場作業(yè)更加簡單，各結構按照設計要求在工廠加工完成，運輸?shù)綀龊筮M行組配安裝即可，施工效率更高，且施工成本更低。而BIM技術在裝配式建筑中的應用，可以進一步來加快施工進度，對工程整個建設周期提供技術指導，加強設計、生產、施工以及運維各階段的聯(lián)系，并以同一平臺為支持，不同專業(yè)項目之間相互配合，達到最佳施工狀態(tài)，為施工質量、進度以及成本等各方面的控制管理提供可靠保障，提高工程建設綜合效益。

二、裝配式建筑特點

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑相比，最大的差別在于其是在現(xiàn)場完成預制構件的裝配施工，施工周期更短，且成本更低，可進一步提高工程建設經濟效益。為滿足社會發(fā)展要求，建筑工程規(guī)模越來越大，且出現(xiàn)了大量的高層以及超高層建筑，存在大量的高空作業(yè)，所需現(xiàn)場人力資源更多。

相比來講，裝配式建筑工程現(xiàn)場作業(yè)優(yōu)勢更大，專業(yè)人員可通過機械化操作完成各構件組裝，施工效率以及安全性均得到了提升。同時，因為人力資源的減少，相應的成本投資也有所減少。

裝配式建筑所有構件均是在工廠預制生產完成，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場作業(yè)，這樣就大大降低了現(xiàn)場施工噪音，避免了現(xiàn)場飛塵，對環(huán)境帶來的影響大大降低，環(huán)保效果更強[1]。另外，鋼模板、木模板還可以進行循環(huán)使用，減少資源的浪費，以及成本投入更低。對于傳統(tǒng)建筑工程來講，現(xiàn)場作業(yè)很大程度上受限于氣候環(huán)境，包括低溫降雨天氣不允許作業(yè)，會對施工進度造成一定影響。

而裝配式建筑大部分作業(yè)可以在工廠或倉房內完成，外墻板與預制梁柱則是運輸?shù)綀龊笾苯影惭b即可，外部氣候條件對施工作業(yè)產生的影響較小。裝配式建筑具有眾多優(yōu)勢，更貼合綠色建筑的發(fā)展理念，而想要進一步提高工程施工質量，則可以將BIM技術作為支持，對整個工程建設全周期進行管理，為每項工作的開展提供可靠的技術指導，減少常見問題的發(fā)生。

三、BIM技術在裝配式建筑中應用優(yōu)勢

BIM技術作為數(shù)據(jù)信息仿真，具有模擬性、協(xié)調性以及可視化的特點。

（一）模擬性

并不僅是對建筑模型進行模擬設計，同時能夠實現(xiàn)對無法在真實世界操作的事物進行模擬。在建筑工程設計階段，可以完成各項內容的模擬，包括節(jié)能模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等[2]。而在施工階段則可以根據(jù)施工組織來對現(xiàn)場施工情況進行模擬，進而能夠為實際作業(yè)提供指導。

（二）協(xié)調性

建筑工程涉及的專業(yè)內容非常多，存在很強的系統(tǒng)性與專業(yè)性，想要達到與設計一致的施工效果，就需要不同專業(yè)之間保持高效的配合。BIM技術可以通過統(tǒng)一的平臺來實現(xiàn)不同專業(yè)之間的密切聯(lián)系，所有專業(yè)均可以在平臺上獲取所需信息，真正做到信息的共享，實現(xiàn)不同部門的有效溝通，及時就存在的問題進行協(xié)商處理，為正式施工打好基礎，避免施工階段的變更發(fā)生，提高施工綜合效率[3]。

（三）可視化

BIM技術的應用可以實現(xiàn)工程管理的可視化，即在工程中可以將傳統(tǒng)的二維圖紙轉變?yōu)槿S立體形象，為工作人員提供更加直觀的圖紙形象，進而能夠更全面的掌握工程施工情況。將BIM技術應用到裝配式建筑全壽命中，無論是設計、生產、施工以及運營等各可以在可視化狀態(tài)下展開管理，為工程質量以及進度管理提供了可靠保障[4]。

基于BIM技術的特點，將其應用到裝配式建筑全壽命周期中，可以全面獲取建筑工程所有信息數(shù)據(jù)，并在內部實現(xiàn)信息共享，所有部門均可以獲取所需信息，避免因信息孤島而造成的合作不暢問題，大大減少了后期變更的可能性。BIM技術在建筑工程中的應用，是作為一種數(shù)字化工具存在，以參數(shù)化模型來對各類信息進行歸納集合，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞共享，為工程管理提供信息支持，以便于可以根據(jù)建筑信息實時作出應對[5]。BIM技術的存在，使得多方單位加強了協(xié)作，提高了生產效率，減少了系列不必要的問題的產生，為工程進度以及成本控制創(chuàng)造更為有利的條件。

四、BIM技術在裝配式建筑全周期中應用

（一）設計階段應用

1. 提高設計圖紙質量

建筑工程的建設效果如何，很大程度上取決于前期的規(guī)劃設計，規(guī)劃決定了建筑的定位，而設計則關系著建筑的建造方向。BIM技術建立有信息數(shù)據(jù)庫，且建筑模型中對所有構件屬性進行了說明，可以直接通過搜查構件屬性來獲得構件類型、尺寸以及材質等所有參數(shù)信息，為工程設計施工提供依據(jù)。尤其是可針對類似板塊進行合并及歸類，增加重復率，提高施工效率，較少開模種類[6]。相比傳統(tǒng)的二維設計圖紙，BIM技術實現(xiàn)了建筑的三維設計，設計人員能夠更加直觀的觀察到工程結構，如果需要對其中的參數(shù)進行修改調整，則整個模型會自動進行調整更改，完全避免了因圖紙間錯、漏造成的信息不一致問題的發(fā)生，降低了設計變更的可能性，提高了工程設計綜合效率。裝配式建筑存儲信息種類的規(guī)范并不統(tǒng)一，基于此應用BIM技術來對裝配式建筑構件進行分編碼，設計BIM構件分類與構件編碼體系，為裝配式建筑全壽命周期管理提供可靠支持。并且，BIM技術的應用，還可以檢測及消除項目施工方工作過程中的碰撞，強化項目執(zhí)行階段的協(xié)同性。

2.減少設計誤差

通過BIM技術可以實現(xiàn)所有建筑預制構件的優(yōu)化設計，包括構件幾何尺寸、內部鋼筋直徑、間距、鋼筋保護層厚度等，提高每項參數(shù)設計的準確性，為精細化生產的實現(xiàn)打好基礎，同時也為后期現(xiàn)場安裝的提供了便利，避免因為設計不標準而造成裝配偏差過大。另外，應用BIM技術還可以對模型進行碰撞檢測，可以發(fā)現(xiàn)設計中隱藏的問題，對存在碰撞問題的部分進行相應修改，相比傳統(tǒng)2D管線綜合對比，三維管線綜合設計優(yōu)勢更加明顯，以免在實際組裝時遇到問題進行變更與返工，避免了工期延誤[7]。在設計階段，通過BIM技術的可視化特點，可直接觀察確認不同構件之間的契合度，確定節(jié)點連接的可靠性，從設計階段就排除不合適的可能性，將誤差控制到最小，以免延誤工期和產生不必要的成本。

3.加強成本控制

除了對構件設計提供支持以外，BIM技術的應用還能夠進一步優(yōu)化工程成本的控制。以往工程造價設計階段需要花費大量的時間來進行工程量的統(tǒng)計，且容易出現(xiàn)人為失誤。而BIM技術的應用，則完全可以通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)來進行分析，不僅能夠降低工作強度，還可以避免人為失誤，使得造價精度得到進一步提高。尤其是基于BIM技術工程設計得到了優(yōu)化，避免了構件沖突、碰撞等問題，大大消除了相關方面的成本投入。在針對裝配式建筑設計時，首先需要明確項目隨著時間維度變化的5D模型，確定工程施工所需的各種材料數(shù)量及材料對應的定額信息，并應用廣聯(lián)達、魯班等算量軟件與模型對接，計算得到材料造價、人工等信息，基于此來實現(xiàn)工程施工成本的管理。

（二）制作階段應用

1. 優(yōu)化制作流程

生產階段對裝配式建筑工程建設也有著重大影響，必須要提高對其的重視，作為關聯(lián)設計與施工階段的重要環(huán)節(jié)，需要采取措施加強管理。相比通過二維圖紙間接獲取設計信息，直接通過BIM模型來獲得各構件數(shù)據(jù)可靠性與精確性更高，能夠有效避免因為讀圖錯誤產生的生產誤差。如果在生產階段構件尺寸產生錯誤，則會導致后續(xù)的現(xiàn)場安裝完全無法進行。目前可以通過BIM技術直接將建筑模型的各項信息數(shù)據(jù)發(fā)送給廠家，獲取所有構件產品的尺寸、材料、鋼筋等級等系列參數(shù)，確保了生產加工的準確性，同時還可以提高預制構件生產的自動化水平[8]。

2.指導模型試制

可對建筑構件進行擬生產，以及預拼裝，以一種更加直接的方式將建筑模型展示出來，確認預拼裝過程的施工工序與作業(yè)進度，為實際施工提供一定指導，保證 工程施工進度與質量。并且通過預拼裝，可以及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題與不足，更好的檢驗設計方案的合理性，為工程的高效化施工提供支持。

（三）施工階段應用

1. 施工過程模擬

應用BIM技術對裝配式建筑施工過程進行模擬和仿真，可以為實際施工提供有效的技術指導，提高各環(huán)節(jié)操作的協(xié)調性，為施工流程與作業(yè)方案的調整提供支持，確保了所有構件安裝的準確性與有效性。同時，基于BIM技術還可以實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的科學布置，完成垂直機械、構配件以及臨時設施的合理安排，為道路運輸創(chuàng)造了有利條件，更便于預制構件運輸?shù)綀觯粌H可以降低二次搬運的難度，同時也可以降低多次搬運對預制構件造成的損壞[9]。以及合理的布置位置，為吊裝提供了便利，提高現(xiàn)場施工效率，加快實際裝配進度。另外，基于BIM技術的可視化特點，來實現(xiàn)技術交底，提高了技術交底的直觀性，提升了不同部門之間溝通的有效性，即便是遇到問題也可以以最短的時間來協(xié)商解決，將損失控制到最小。

2. 材料動態(tài)管理

通過BIM技術還可以對施工材料進行動態(tài)管理，即提前對現(xiàn)場各條件進行分析研究，制定科學的計劃，確定構件采購上限，以滿足實際施工需求為基礎，快速測算不同施工階段預制構件的需求量[10]。同時，完成各項準備工作，做好所有材料的規(guī)劃布置，盡量排除不同類型材料以及設備之間的相互干擾，減少二次搬運與堆放過多問題，為現(xiàn)場施工創(chuàng)造最為有利的條件。同時，還可以結合施工進度來對材料進行靈活調整，保證為不同區(qū)域的構件需求提供保障。

3.進度與質量管理

施工質量和施工進度是影響建筑工程建設綜合效益的關鍵，同時也是施工管理的核心要點。以BIM技術為支持，對整個施工技術進行科學分析，并創(chuàng)建4D施工模型，對現(xiàn)場施工進度與質量進行動態(tài)跟蹤。將收集反饋的實際信息與計劃數(shù)據(jù)進行比對，計算兩者之間的偏差，及時采取措施進行調整，解決存在的各種突出問題，爭取達到最優(yōu)化的施工條件[11， 12]。通過BIM5D的應用，將全專業(yè)模型作為載體，實現(xiàn)工程施工全過程中進度、合同、成本、質量、安全、圖紙以及材料等各方面信息，作為項目管理的數(shù)據(jù)支持，進一步實現(xiàn)精細化管理，確保每一項決策制定的科學性與可行性，減少施工變更，合理控制工期，提高質量以及成本管理效率。

五、結束語

將BIM技術應用到裝配式建筑的全生命周期中優(yōu)勢巨大，可進一步實現(xiàn)設計、生產、施工以及運維各階段管理的優(yōu)化，在提高工程施工質量與施工效率的同時，獲取最高經濟效益，提高工程建設綜合效果。

參考文獻：

[1]張浩.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用[J].建材與裝飾， 2019（29）：33-34.

[2]王成元，徐理，曾海明，郭秋蘭，廖菲菲，蔡運芳.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用[J].合作經濟與科技， 2019（16）：128-130.

[3]曾浩，黃雯婷.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用研究[J].綠色環(huán)保建材， 2019（01）：190+192.

[4]許釗.淺析BIM技術在裝配式建筑中的應用價值[J].中國住宅設施， 2018（07）：70-71.

[5]劉瑩瑩，張樹懿.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用[J].山西建筑， 2018，44（18）：217-219.

[6]席慧.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用分析[J].科技創(chuàng)新導報， 2018，15（12）：183-184.

[7]邱忠昊，葉航.BIM與RFID技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用研究[J].建材與裝飾， 2018（07）：136-137.

[8]張迎春，潘捷.BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用研究[J].中國住宅設施， 2017（03）：47-49.

[9]蔡敏華.BIM技術在裝配式建筑全生命周期中的應用[J].門窗， 2017（07）：241.

[10]周冰潔.BIM技術在裝配式建筑中的應用[J].中國住宅設施， 2017（06）：12-13.

[11]白庶，張艷坤，韓鳳，張德海，李微.BIM技術在裝配式建筑中的應用價值分析[J].建筑經濟， 2015，36（11）：106-109.

[12]張家昌，馬從權，劉文山.BIM和RFID技術在裝配式建筑全壽命周期管理中的應用探討[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版）， 2015，17（02）：39-41.