BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究綜述

(山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250101)

引言

當(dāng)前，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速發(fā)展，但是由環(huán)境發(fā)展而帶來的環(huán)境問題日益突出。傳統(tǒng)建筑行業(yè)資源浪費率高、環(huán)境污染重使得整個工程受到很大的威脅。與此同時，建筑工業(yè)化工程由于其施工污染小、施工速度快、資源利用率高等優(yōu)點越來越受到建筑行業(yè)人士的歡迎。中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年5月印發(fā)《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出加快BIM應(yīng)用、推動信息化建設(shè)的總體目標(biāo)。2016年印發(fā)《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出要大力使用BIM技術(shù)。與現(xiàn)場施工建成的傳統(tǒng)建筑相比，由于構(gòu)件在預(yù)制工廠采用工業(yè)化的方式生產(chǎn)，可在現(xiàn)場拼裝并行實施，能大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力資源，縮短生產(chǎn)周期，因此，裝配式建筑代表了我國建筑工業(yè)化發(fā)展的方向[1]。我國許多學(xué)者對BIM技術(shù)在裝配式建筑中的發(fā)展和應(yīng)用做出了大量研究，本文在搜集外部資料的前提下，分析BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用并針對如何使得BIM技術(shù)更好的在裝配式建筑建設(shè)過程中發(fā)揮作用提出了合理化建議，對未來做出展望，以期為后來BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用的理論研究和實踐研究奠定基礎(chǔ)。

一、BIM技術(shù)及裝配式建筑的發(fā)展

BIM為建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡稱，該模型的創(chuàng)建以建筑項目中的各類數(shù)據(jù)、信息為基礎(chǔ)，再通過數(shù)字信息虛擬仿真建筑物的實際真實信息，呈現(xiàn)的方式是數(shù)據(jù)庫和三維模型，具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等特點[2]。其概念最初起源于1975年，由美國喬治亞理工大學(xué)建筑與計算機(jī)學(xué)院(Georgia Tech College of Architecture and Computing)的查克伊士曼(Chuck Eastman)博士提出。我國于2002年引進(jìn)BIM技術(shù)，但發(fā)展較為緩慢。在國內(nèi)，直到2005年，Autodesk進(jìn)入中國為了推廣它的軟件在國內(nèi)宣傳BIM，BIM的概念才逐步在國內(nèi)被認(rèn)知。到2007年的時候，建設(shè)部發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《建筑對象數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)》。

2008年開始，上海的標(biāo)志建筑上海中心決定在該項目采納BIM技術(shù)，BIM技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展開始加速。2011年，中國出現(xiàn)第一個BIM研究中心(華中科技大學(xué))。2012年開始，政府部門逐步開始接觸并推廣BIM，2016年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要，文件中多次強(qiáng)調(diào)使用BIM技術(shù)[3]，2017年國務(wù)院辦公廳指導(dǎo)意見提出要推廣智能和裝配式建筑?，F(xiàn)階段很多高校、企業(yè)開始成立BIM研究中心，積極進(jìn)行BIM人才的相關(guān)培養(yǎng)。

BIM技術(shù)的使用剛開始是在傳統(tǒng)建筑物中，后來由于裝配式建筑的興起，逐漸應(yīng)用于裝配式建筑中。BIM技術(shù)現(xiàn)在裝配式建筑設(shè)計階段、施工階段以及后期運維階段都得到了廣泛應(yīng)用。包勝從建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品生產(chǎn)工業(yè)化、施工安裝裝配化、生產(chǎn)經(jīng)營信息化和建筑項目生產(chǎn)集成化五個方面研究BIM理念與建筑工業(yè)化的相關(guān)性，系統(tǒng)詳實地描述如何將BIM應(yīng)用至建筑工業(yè)化的過程進(jìn)行分析并提出意見，以促進(jìn)BIM在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用[4]。

二、BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用理論研究

(一)BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

在傳統(tǒng)建筑設(shè)計階段會出現(xiàn)很多問題，例如：建筑信息都是基于二維圖紙，設(shè)計人員不能清楚明白的了解圖建筑物內(nèi)部的一些細(xì)節(jié)，導(dǎo)致信息在轉(zhuǎn)換、傳遞的過程中，錯誤率增大；在裝配式建筑中涉及到的各種預(yù)制配件較多，后期方案不統(tǒng)一，各專業(yè)修改起來比較麻煩。信息技術(shù)的落后導(dǎo)致裝配式建筑在施工的過程中存在很多問題，這就使得在建設(shè)過程中存在很大的風(fēng)險。魏辰等在如何借助BIM技術(shù)實現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計中的信息在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的有效傳遞做了深入研究[5]。蔣劍以一個實際工程為例，主要探討分析了BIM兩款代表設(shè)計軟件Revit、Tekla在工程中的具體應(yīng)用與價值[6]。學(xué)者們對BIM在裝配式建筑設(shè)計階段的使用做了大量研究。

(二)BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)、安裝的過程即為施工階段。在此階段涉及到的部門較多，專業(yè)技術(shù)還不成熟，相關(guān)的管理模式還存在一定的缺陷，以及構(gòu)建在生產(chǎn)和運輸安裝的過程中會出現(xiàn)破損、漏裝的情況等都會造成裝配式建筑在施工過程中存在一定的風(fēng)險。將BIM應(yīng)用于本階段是BIM技術(shù)和RFID(無線射頻識別)技術(shù)相結(jié)合，將含有構(gòu)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(yù)制構(gòu)件中。又因為RFID標(biāo)簽編碼具有唯一性原則，所以在構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲、運輸、吊裝等過程中可以保證信息的準(zhǔn)確性。

BIM的作用體現(xiàn)在不僅可以為構(gòu)件的生產(chǎn)管理子系統(tǒng)提供構(gòu)件的有關(guān)數(shù)據(jù)，還可以把每個預(yù)制構(gòu)件的存儲、質(zhì)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(shù)的完美結(jié)合下，可以實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件零缺陷、零庫存的目標(biāo)[7]。萬越針對目前建筑工業(yè)化大力推廣及發(fā)展的趨勢，將BIM技術(shù)與裝配式建筑結(jié)合，從BIM技術(shù)的價值分析著手，對BIM在協(xié)同設(shè)計、深化設(shè)計、工廠預(yù)制加工、吊裝工藝模擬等在建筑中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析總結(jié)，論證了BIM技術(shù)對裝配式建筑工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)具有重大作用。此外裝配式建筑施工進(jìn)度安排是一個非?？量毯秃臅r的過程[8]。建筑信息模型為規(guī)劃和調(diào)度提供了重要支持。

(三)BIM技術(shù)在裝配式建筑運營維護(hù)階段的應(yīng)用

建筑物在其生命周期的費用消耗中，80%的部分都是在使用階段。在建筑物的平均使用年限達(dá)到7年之后，使用階段發(fā)生的費用會超過該建筑物最初的建筑安裝的總造價，伺候就會以一種不均衡的太高比例增長。因此，專業(yè)化的運維管理將會給業(yè)主和運營商帶來極大地經(jīng)濟(jì)效益[9]。

齊寶庫等人表示在運營維護(hù)階段的管理中，BIM技術(shù)可以提供建造施工階段與運營維護(hù)階段的無縫交接和提供運營維護(hù)階段所需要的詳細(xì)數(shù)據(jù)，以及物業(yè)管理和門禁系統(tǒng)性中，實時對建筑物進(jìn)行監(jiān)控。此外在裝配式建筑改(擴(kuò))建過程中，利用BIM技術(shù)也可以進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性檢驗[10]。而運用BIM技術(shù)，可以建立建筑從生產(chǎn)階段到運維階段的全部信息管理系統(tǒng)。在建筑日常運行時，可對設(shè)備動態(tài)監(jiān)測，極早發(fā)現(xiàn)危害；在災(zāi)害發(fā)生時，及時定位構(gòu)件破壞點，減小災(zāi)害損失；在發(fā)生質(zhì)量問題時，還可追究具體相關(guān)人的責(zé)任。陳青青表示BIM技術(shù)在裝配式建筑的運行維護(hù)期間可以增強(qiáng)運行維護(hù)時期設(shè)備保養(yǎng)管理能力以及加強(qiáng)運行維護(hù)時期的質(zhì)量和減少能源的消耗[11]。

三、研究結(jié)論與啟示

(一)研究結(jié)論

為了響應(yīng)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(jì)建筑業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，而BIM技術(shù)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(shù)應(yīng)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。學(xué)者們的文章研究在BIM技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計和施工階段的應(yīng)用較多，相比之下后期運行和維護(hù)的相關(guān)研究較少。對于BIM技術(shù)在裝配式建筑在設(shè)計和施工階段的應(yīng)用，主要是建立模型以輔助設(shè)計和施工人員的工作。但是對于后期裝配式建筑的運營和維護(hù)，BIM技術(shù)也是必不可少的，使用建筑信息模型可以有效地增強(qiáng)設(shè)為在運行維護(hù)期間的保養(yǎng)管理能力，加強(qiáng)維護(hù)時期的質(zhì)量并且減少能源的消耗。

(二)研究啟示

相比于西方發(fā)達(dá)國家，我國的建筑工業(yè)化程度還不高，使用信息化手段來輔助裝配式建筑的發(fā)展是必不可少的。我國的裝配式建筑之所以發(fā)展程度較滿，是因為在建筑工業(yè)化背景之下我國建筑行業(yè)BIM技術(shù)普及程度較低，現(xiàn)如今我國建筑工業(yè)化的普及率僅僅在5%左右，只有接近4%的設(shè)計人員使用過BIM軟件還只是停留在初級的建模階段。大部分設(shè)計和施工人員并沒有理解BIM技術(shù)的真正內(nèi)涵。其次是BIM技術(shù)的應(yīng)用缺少專業(yè)性人才，建筑工業(yè)化BIM技術(shù)的應(yīng)用與推廣面臨著嚴(yán)重的人才不足問題，由于建筑工業(yè)化對于BIM技術(shù)的應(yīng)用不足，導(dǎo)致對BIM技術(shù)的重要性認(rèn)識不足，從而打擊對BIM技術(shù)應(yīng)用于推廣的積極性，造成專業(yè)技術(shù)人才短缺。因此建立基于BIM能力的土建應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系是一個非常重要的環(huán)節(jié)，基于此BIM技術(shù)才能真正在裝配式建筑中得到廣泛應(yīng)用，才能更快的推動建筑工業(yè)化的發(fā)展。