基于BIM信息化建設(shè)與管理系統(tǒng)的裝配式建筑發(fā)展研究

楊 威，鄭菘序

(1.十九冶成都建設(shè)有限公司，四川成都 610091；2.中國十九冶集團有限公司，四川成都 610031)

裝配式建筑是由預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場裝配而成的建筑，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工方式相比，由于構(gòu)件在預(yù)制工廠中采用工業(yè)化方式生產(chǎn)，可在現(xiàn)場拼裝并實施，能夠大量節(jié)約資源、節(jié)約時間、提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)綠色、文明施工[2]。

當(dāng)前，國家在大力推廣裝配式建筑，施工企業(yè)也正在積極地參與研究和應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)。但過程中仍存在一系列困難和問題，例如項目建設(shè)過程中多單位之間的協(xié)調(diào)難度大、建筑信息化程度較低等問題。裝配式建筑的發(fā)展，要求解決的不僅是裝配式施工技術(shù)難題，同時要轉(zhuǎn)變建造流程和組織管理方式，需要將信息化與建設(shè)過程融合，在建設(shè)過程中滲透信息化技術(shù)。當(dāng)前，建筑業(yè)正在大力推廣應(yīng)用的BIM技術(shù)，為建筑業(yè)進(jìn)一步向工業(yè)化、信息化發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐。

1 裝配式建筑技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

日本在發(fā)展裝配式建筑過程中制定了完善的制度體系。在不斷探索裝配式技術(shù)體系后，形成了KSI建筑體系(都市再生機構(gòu)骨架+填充住宅建筑體系)，裝配式建筑已占市場比例達(dá)50 %以上[3]。

美國在發(fā)展裝配式建筑過程中，以低層木結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)住宅為主，且主要以市場機制為主導(dǎo)，早在1976年就對裝配式建筑的設(shè)計、施工、節(jié)能和耐久性等進(jìn)行了規(guī)范。目前，裝配式部品部件可以通過標(biāo)準(zhǔn)目錄進(jìn)行按需選取。

此外，新加坡、英國、瑞典等國家也在裝配式建筑的發(fā)展過程中形成了完善的體系，而且混凝土預(yù)制構(gòu)件已廣泛用于民用和工業(yè)建筑[4]。

1.2 國內(nèi)裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國從20世紀(jì)90年代開始，提出了發(fā)展裝配式建筑。近年來，隨著推廣裝配式建筑的政策不斷出臺，以北京、上海、深圳、成都為代表的城市陸續(xù)要求在房建中采用裝配式構(gòu)件。在政策支持和市場導(dǎo)向的情況下，開發(fā)商和施工企業(yè)已經(jīng)開始自發(fā)參與裝配式建筑技術(shù)的研究和實施[5]。

2 BIM技術(shù)與裝配式建筑技術(shù)的融合

2.1 BIM技術(shù)

國內(nèi)近年來加大了推動BIM技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運維階段的應(yīng)用。通過BIM技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計階段的可視化、施工階段的協(xié)同性、建造過程的模擬性、方案的優(yōu)化性、可出圖性以及數(shù)據(jù)的高度集成性。

2.2 裝配式建筑技術(shù)

與傳統(tǒng)建筑方式相比，裝配式建筑施工中減少了混凝土泵送和振搗、鋼筋加工和焊接、模板腳手架安拆等過程噪音，節(jié)約施工場地，實現(xiàn)綠色施工。同時，由于施工過程大大降低了傳統(tǒng)施工中作業(yè)人員水平不規(guī)范的影響，裝配式建筑能有效地減少質(zhì)量通病，建筑保溫隔熱性能顯著提升，施工效率得到明顯提高，施工工期也會縮短。因此，通過裝配式建筑技術(shù)能夠更好地實現(xiàn)綠色施工和節(jié)能減排。

2.3 BIM技術(shù)與裝配式建筑的融合

2.3.1 BIM在設(shè)計階段應(yīng)用

傳統(tǒng)的裝配式建筑設(shè)計，是基于CAD二維圖紙，不同專業(yè)之間的設(shè)計互相獨立，溝通協(xié)調(diào)效率低，容易產(chǎn)生專業(yè)碰撞等設(shè)計問題，導(dǎo)致后期施工過程風(fēng)險和成本增加。同時，由于圖紙信息不直觀、信息量大，導(dǎo)致信息在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中出現(xiàn)錯誤的概率較大。在裝配式建筑中，PC預(yù)制構(gòu)件的種類和數(shù)量多，使得過程管理復(fù)雜程度非常高。

如圖1所示，建筑業(yè)的數(shù)字化發(fā)展正在經(jīng)歷從二維設(shè)計到三維設(shè)計，從單一數(shù)據(jù)到多維數(shù)據(jù)的集成管理。在設(shè)計階段，通過BIM構(gòu)建三維模型，各專業(yè)之間可以協(xié)同設(shè)計，能夠避免各專業(yè)之間的設(shè)計沖突，提高設(shè)計信息的傳遞和共享效率，減少設(shè)計變更，進(jìn)而為施工階段資源和成本的節(jié)約提供保障。利用BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段以及內(nèi)裝修等各階段協(xié)同設(shè)計應(yīng)用，是當(dāng)前的研究熱點[6]。大量的研究結(jié)果表明，BIM技術(shù)在建筑設(shè)計階段直至運營和拆除全生命周期的應(yīng)用是當(dāng)前設(shè)計院、建設(shè)方和施工單位都在關(guān)注的方向[7-10]。

圖1 建筑業(yè)數(shù)字工具發(fā)展階段(圖片來源：中國BIM門戶)

2.3.2 BIM在施工階段的應(yīng)用

在施工階段，由于涉及的人員多、工藝復(fù)雜、技術(shù)不成熟，缺乏對于裝配式建筑的管理經(jīng)驗，導(dǎo)致較多潛在風(fēng)險。在實際生產(chǎn)過程中，PC構(gòu)件的生產(chǎn)和運輸效率，專業(yè)技術(shù)人才和專業(yè)工人的數(shù)量不足，都直接影響著施工進(jìn)度，構(gòu)件破損、錯裝、漏裝、偏差等情況時有發(fā)生。

通過BIM技術(shù)的運用，同時配套RFID技術(shù)，可以實現(xiàn)在裝配式建筑施工階段的高效和準(zhǔn)確運行。通過BIM搭建三維模型，將三維模型與進(jìn)度計劃相關(guān)聯(lián)，成為4D模型，進(jìn)一步與成本進(jìn)行關(guān)聯(lián)，成為5D模型，通過將實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度對比，實際成本與計劃成本對比，實時對結(jié)果進(jìn)行研判，為管理層提供決策依據(jù)，能夠很好地保證質(zhì)量、進(jìn)度和成本可控。將BIM技術(shù)與RFID技術(shù)結(jié)合，將PC構(gòu)件生產(chǎn)、施工階段信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過構(gòu)件編碼并將信息存儲在BIM模型中，能夠?qū)C構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤管理，對出現(xiàn)問題的構(gòu)件作出及時決策，并進(jìn)行反饋和快速更新，大幅提高施工效率[11]。

2.3.3 BIM在運維階段的應(yīng)用

在整個建筑設(shè)計、施工和運營維護階段，近80 %的成本發(fā)生在建筑的使用階段。當(dāng)建筑物使用約7年之后，其發(fā)生的成本費用會超過建筑物建設(shè)時期的成本，隨著時間延長，運維成本不斷提高。因此，若在運維階段實現(xiàn)精細(xì)化管理將給業(yè)主帶來巨大經(jīng)濟效益。當(dāng)前，裝配式建筑的維修，需要進(jìn)行信息再收集，但由于信息量大，難以保證信息的完整性，這些問題進(jìn)而影響了運維階段管理的順利開展，例如，由于信息的缺失，建筑中的管線破損和老化，可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，致使建筑使用年限縮短。

通過BIM技術(shù)，可以為運維階段管理提供準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)信息，運維階段的信息管理系統(tǒng)是解決上述問題的主要手段。在建筑日常運行中，可對設(shè)備動態(tài)監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)危險源，在災(zāi)害發(fā)生時，通過BIM技術(shù)進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)故障問題所在位置，安排專業(yè)人員前往予以處置。在運維階段，BIM技術(shù)與RFID技術(shù)的結(jié)合，能夠在設(shè)備運行和維護過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。有研究結(jié)果顯示，用BIM對設(shè)備監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)高能耗設(shè)備并進(jìn)行及時維修或調(diào)整，通過BIM模型找出可回收利用或二次開發(fā)的設(shè)備，能夠節(jié)約資源，實現(xiàn)綠色運維[12]。

3 裝配式建筑信息化建設(shè)發(fā)展趨勢

裝配式建筑的信息化建造，依然面臨不少挑戰(zhàn)。一是裝配式建筑發(fā)展仍然以政府主導(dǎo)，市場自發(fā)推廣應(yīng)用裝配式建筑的氛圍沒有完全形成，二是BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在設(shè)計和施工階段，僅有很少的重大項目進(jìn)入了BIM運維階段，而且BIM技術(shù)應(yīng)用普及水平和應(yīng)用深度不夠。

當(dāng)前，以BIM技術(shù)為代表的信息化手段正在建筑領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用，但在裝配式建筑設(shè)計階段BIM的應(yīng)用的研究遠(yuǎn)高于在施工和運維階段的應(yīng)用。今后一個時期，著手解決BIM 在建筑全壽命周期的綜合應(yīng)用，加大對BIM 技術(shù)的系統(tǒng)性研究、在工程中拓展與其他技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用研究，是企業(yè)需要加大力度重視的方向。我國裝配式建筑業(yè)的發(fā)展需要在政策的支持和保障下，通過市場化手段逐漸實現(xiàn)裝配式建筑的推廣，不斷積累相關(guān)專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才。同時，需要對 BIM 技術(shù)作深入地研究應(yīng)用，探索出符合本國市場發(fā)展規(guī)律的裝配式建筑的信息化建造之路。