“BIM+云技術(shù)”在裝配式建筑全壽命周期中的數(shù)字化研究*

范 香 杜金陽 楊麗琪

（1.西南財經(jīng)大學天府學院，四川 綿陽 621000；2.圣弘建設(shè)股份有限公司，四川 成都 61000；3.四川海辰建筑設(shè)計有限公司，四川 綿陽 621000）

隨著建筑行業(yè)工業(yè)化、現(xiàn)代化及可持續(xù)發(fā)展的需要，國家大力提倡建筑減排與綠色建筑，全面推進人工智能、大數(shù)據(jù)、BIM技術(shù)等信息化技術(shù)與建筑融合，建筑產(chǎn)業(yè)建造方式面臨著從勞動密集型轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。國家“十三五”規(guī)劃綱要指出，未來建筑產(chǎn)業(yè)將大力發(fā)展新型建造方式，大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚塵污染，縮短建造工期，提升工程質(zhì)量，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%，積極推動裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，在具備條件的地區(qū)倡導發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比，裝配式建筑具有環(huán)保節(jié)能、綠色施工、節(jié)約勞動力、建造速度快等優(yōu)點，能最大限度地滿足“四節(jié)一環(huán)?！钡囊骩1]。在實際工程中，裝配式建筑從設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)到施工與普通現(xiàn)澆建筑差異性較大。目前我國裝配式建筑設(shè)計規(guī)范、圖集、標準不夠完善，設(shè)計過程與生產(chǎn)過程、施工過程嚴重脫節(jié)，許多設(shè)計人員按照現(xiàn)澆建筑設(shè)計，后期通過生產(chǎn)廠家再次進行深化設(shè)計，甚至導致構(gòu)件生產(chǎn)、安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)尺寸不符合，管線碰撞問題嚴重，最終影響裝配式建筑施工階段及后期運營的使用。因此，如何做好設(shè)計、生產(chǎn)、采購與施工之間的關(guān)系，使各階段、各參與方之間信息暢通，成為解決裝配式建筑過程中數(shù)字化管理的關(guān)鍵。

近年來，國內(nèi)外建筑行業(yè)BIM相關(guān)技術(shù)和方法推廣已取得一定成果，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)概念的出現(xiàn)與發(fā)展，為裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、采購、施工及運維等階段共享工程信息提供了技術(shù)平臺，更好地實現(xiàn)了信息的收集、傳遞與反饋，對裝配式建筑全生命周期管理起到了有益的推動作用。本文基于數(shù)字BIM技術(shù)，結(jié)合當前“云計算”“云平臺”“物聯(lián)網(wǎng)”等信息化手段，在裝配式建筑全壽命周期中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)、信息模型，實現(xiàn)多專業(yè)在設(shè)計-生產(chǎn)-施工-運營維護階段實時處理及管理數(shù)據(jù)，這對整個裝配式建筑全壽命周期的管理有著重大應用價值。

1 數(shù)字建筑的核心理念

數(shù)字建筑是以數(shù)字化集成、仿真、分析、控制手段為依托，結(jié)合BIM、VR、AR、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過建立虛實的建筑信息模型，實現(xiàn)建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運營維護等各過程的數(shù)字化、在線化和智能化，其中數(shù)字化是數(shù)字建筑的基礎(chǔ)。本文利用數(shù)字BIM技術(shù)將裝配式建筑結(jié)構(gòu)與建模，構(gòu)建與實體映射的數(shù)字化模型，實現(xiàn)建筑本體、全過程、全要素、參與各方主體的三方面的數(shù)字化，見圖1。將各種數(shù)字信息傳到裝配式建筑數(shù)據(jù)云平臺，簡稱云平臺，使裝配式建筑全壽命周期的各參與主體共享、管理建筑信息，有效地提高裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)及施工的效率，促進裝配式建筑這一新型建筑形式更好、更快地推廣。

圖1 裝配式建筑全壽命周期建筑本體、全過程、各參與方數(shù)字化模型

2 “BIM+云技術(shù)”在裝配式建筑全壽命周期中的數(shù)字化應用

裝配式建筑全壽命周期數(shù)字化研究關(guān)鍵是實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、采購、施工、運維的一體化。在裝配式建筑中基于BIM數(shù)據(jù)模型，可以從進度、資源配置、現(xiàn)場安全管理等方面，實現(xiàn)各參與主體的數(shù)字化、信息化、協(xié)同化管理。

2.1 業(yè)主決策、監(jiān)管數(shù)字化

根據(jù)ISO19650標準，BIM技術(shù)應用的目標是實現(xiàn)項目全壽命周期的信息共享和全員參與，在這過程中最大的受益方是業(yè)主，如業(yè)主可以將工程項目發(fā)放給工程項目管理總承包，簡稱EPC管理，實現(xiàn)EPC管理模式下BIM技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期中的信息化管理。在決策階段，利用無人機拍攝現(xiàn)有的地形、地貌狀況，利用BIM建模軟件在將設(shè)計理念表達在實景三維模型，完成基地分析、空間規(guī)劃、歷程規(guī)劃等初期工作。通過BIM其他軟件完成項目的投資估算、提前將設(shè)計可視化仿真模擬，這對業(yè)主投資決策及后期監(jiān)管提供了一定的參考依據(jù)。

2.2 協(xié)同設(shè)計數(shù)字化、標準化、精細化

裝配式建筑的設(shè)計包括深化設(shè)計和正向設(shè)計兩種。深化設(shè)計是設(shè)計院按照普通建筑設(shè)計生成圖紙，由生產(chǎn)廠家將BIM技術(shù)融入二次設(shè)計中，通過Revit建立構(gòu)件模型圖，設(shè)計人員將新的設(shè)計模型圖導入計算機中，充分考慮預制構(gòu)件的尺寸、形狀、大小以及預埋地連接處設(shè)計參數(shù)等以減少誤差進行的拆分設(shè)計。由于受軟件、人員素質(zhì)等原因，目前國內(nèi)許多實際工程采用深化設(shè)計。而基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計，在設(shè)計階段，設(shè)計人員首先將擬建裝配式的樓棟、戶型、功能分區(qū)、構(gòu)件、部品、工藝、工序進行數(shù)字化拆分解構(gòu)，如圖2建筑數(shù)字化解構(gòu)過程。其次建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)、水電等各專業(yè)利用BIM技術(shù)構(gòu)建與實體映射的數(shù)字化模型，形成不同專業(yè)的協(xié)同模型，各專業(yè)利用模型提資，進行虛擬建造、碰撞及運維，并及時自由的重構(gòu)與搭配實現(xiàn)方案優(yōu)化。出圖時將每個標準BIM構(gòu)件編號，并不斷增加BIM虛擬構(gòu)件的數(shù)量、種類和規(guī)格，逐步構(gòu)建標準化預制構(gòu)件庫。此過程中的所有信息均傳上“云平臺”儲備，項目參與方后期可通過GPS、北斗、IOT終端、手機端等設(shè)備查閱、調(diào)配和使用構(gòu)件庫的信息。

圖2 建筑數(shù)字化解構(gòu)過程

由圖2可以看出，裝配式建筑采用BIM三維正向設(shè)計，從模型中出圖，在滿足傳統(tǒng)出圖圖紙內(nèi)容的基礎(chǔ)上，研究增加部分三維立體圖紙表達，達到建筑設(shè)計、建筑設(shè)備、裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計成果的可視化直觀表達，形成新的圖紙系列。BIM的正向精細化設(shè)計實現(xiàn)項目可視化、可操控信息化管理，提升建筑構(gòu)件品質(zhì)，提高裝配式建筑全過程設(shè)計的效率和質(zhì)量，與裝配式建筑高度集成及精細化設(shè)計要求非常契合。

2.3 預制構(gòu)件生產(chǎn)-運輸-庫房堆放數(shù)字化

在生產(chǎn)、采購運輸階段，裝配式建筑生產(chǎn)廠家可以通過已建立的BIM信息云平臺獲取裝配式建筑BIM數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型中包括工程項目的基本信息、預制構(gòu)件信息等，廠商可以調(diào)取標準預制構(gòu)件庫的預制構(gòu)件的信息，或者根據(jù)甲方的需求進行個性定制，實行柔性化生產(chǎn)和采購管理。使用RFID標簽編碼和二維碼相當于給每個構(gòu)件標上個性標簽，信息具有唯一性，確保各階段構(gòu)件在生產(chǎn)、運輸、吊裝、運維過程中信息統(tǒng)一性，各參與主體可以對構(gòu)件存在的問題及時地進行溝通，解決了設(shè)計、生產(chǎn)、施工脫節(jié)的問題，同時采購者通過云平臺與生產(chǎn)廠家交流預制構(gòu)件的供應要求，減少現(xiàn)場大批量與之構(gòu)件堆放的壓力。

2.4 施工管理動態(tài)化、信息化

在裝配式建筑施工階段，施工人員利用“云平臺”直接調(diào)出預制構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)等相關(guān)信息，對此預制構(gòu)件的安裝位置、要求及注意事項等必要項目進行檢驗，實現(xiàn)施工過程中的動態(tài)管理?；贐IM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的項目信息管理平臺可以集中協(xié)同采集和管理工程信息，動態(tài)掌控構(gòu)件預制生產(chǎn)進度、倉儲情況以及現(xiàn)場施工進度。在整個施工階段，項目參建主體可以通過該平臺實現(xiàn)對預制構(gòu)件全過程進度、質(zhì)量、成本、管理進行識別跟蹤，同時緊密結(jié)合項目BIM模型，實現(xiàn)預制建筑構(gòu)件信息管理的可視化、信息化和動態(tài)化。

2.5 運維過程信息化、可追溯化

傳統(tǒng)運營管理工作中，一般是應用手寫記錄方式，工作量大，在裝配式建筑中，有多種類型的機械設(shè)備、自動化設(shè)備，監(jiān)控難度較大[3]。在BIM模型中，記錄著構(gòu)件的各類信息，方便相關(guān)人員的隨時調(diào)取、查閱，了解設(shè)備運行狀態(tài)。在運維階段，運維管理人員通過掃描FRID信息標簽或二維碼，利用“云平臺”預制構(gòu)件中的數(shù)字信息，及時跟蹤構(gòu)件的使用位置，一旦發(fā)生后期的質(zhì)量問題，運維人員及時調(diào)取相應的預制構(gòu)件型號、參數(shù)、生產(chǎn)廠商、安裝人員、運輸人員等的重要信息，可以將問題從運維階段追溯至生產(chǎn)階段，明確責任的歸屬，找出問題的原因并進行處理，可實現(xiàn)裝配式建筑的全壽命信息化。

3 結(jié)語

因此，本文利用“BIM+云技術(shù)”集成應用可實現(xiàn)項目的數(shù)字化管理，解決目前裝配式建筑中設(shè)計與施工脫節(jié)，構(gòu)件大批量生產(chǎn)與現(xiàn)場保管的壓力問題以及后期運維煩瑣的問題，建立數(shù)字監(jiān)管-數(shù)字設(shè)計-數(shù)字生產(chǎn)-數(shù)字施工管理-數(shù)字運維管理體系，最終實現(xiàn)設(shè)計標準化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、運維管理信息化，為我國建筑行業(yè)建造方式從勞動力密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)型及提高集約化和精細化管理水平提供一定的理論基礎(chǔ)。