“十四五”規(guī)劃下裝配式建筑與BIM技術(shù)的結(jié)合發(fā)展研究

汪俊橋，申云龍，李 臣，李林杰

（中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司西南分公司，四川 成都 611730）

1 裝配式建筑

1.1 裝配式建筑特點(diǎn)

裝配式建筑是由工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在工地裝配而成的建筑，按照預(yù)制構(gòu)件形式及施工方法可分為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升層建筑等5種類型。裝配式建筑特點(diǎn)如下。

1）部分構(gòu)件由生產(chǎn)車間加工完成，常見(jiàn)構(gòu)件種類主要包括：外墻板、內(nèi)墻板、陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板、樓梯等。

2）采用建筑裝修一體化設(shè)計(jì)、施工，理想狀態(tài)下裝修可隨主體結(jié)構(gòu)同步進(jìn)行。

3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和管理信息化可有效提高生產(chǎn)效率與裝配式建筑性價(jià)比。

4）節(jié)能環(huán)保，符合綠色建筑要求。

1.2 裝配式建筑發(fā)展概況

1.2.1 各省、市政策發(fā)布情況

1）人社部 2020年2月25日，人社部等三部門印發(fā)《關(guān)于發(fā)布智能制造工程技術(shù)人員等職業(yè)信息的通知》提到裝配式建筑施工員定義，即在裝配式建筑施工過(guò)程中從事構(gòu)件安裝、進(jìn)度控制和項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)的人員，并公布裝配式建筑施工員的主要工作任務(wù)。

2）國(guó)家衛(wèi)健委與住建部 2020年2月8日，國(guó)家衛(wèi)健委與住建部印發(fā)《新型冠狀病毒肺炎應(yīng)急救治設(shè)施設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》，其中建議：新冠肺炎應(yīng)急救治設(shè)施鼓勵(lì)優(yōu)先采用裝配式建造方式，新建工程項(xiàng)目宜采用整體式、模塊化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式選擇優(yōu)先考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑。

1.2.2 人才資源情況

隨著中央及地方裝配式政策的出臺(tái)，裝配式建筑已進(jìn)入高速發(fā)展期，圍繞國(guó)家低能耗、環(huán)保、綠色、增效的要求，建筑行業(yè)正面臨一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命。與此同時(shí)產(chǎn)生變化的還有行業(yè)內(nèi)對(duì)人才的需求。

由于裝配式建筑是在工廠內(nèi)進(jìn)行構(gòu)配件制作生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，傳統(tǒng)工種用工量大量減少。但在淘汰部分工種的同時(shí)，也將產(chǎn)生另外的技術(shù)人才缺口，相應(yīng)的裝配式設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)吊裝人員、管理人員等崗位用人需求也不斷增加，預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)裝配式建筑工程人員的需求量將達(dá)到50萬(wàn)。

2 裝配式建筑與傳統(tǒng)工藝對(duì)比

2.1 質(zhì)量與安全

傳統(tǒng)施工質(zhì)量與工人水平有很大關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量參差不齊，各種混凝土構(gòu)件問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，無(wú)法杜絕，造成后期大量的整改與返工，也對(duì)建筑物質(zhì)量造成永久性影響。同時(shí)，傳統(tǒng)施工方法需大量人員進(jìn)行作業(yè)，并存在穿插施工現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面狹窄，人員密集，易導(dǎo)致事故頻發(fā)，如高處墜落、高空拋物、粉塵超標(biāo)等，安全問(wèn)題十分嚴(yán)峻。

裝配式建筑的構(gòu)件制作大部分集中于工廠進(jìn)行加工處理，并有嚴(yán)格的制作與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)件質(zhì)量有保障。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可按照施工深化方案進(jìn)行吊裝、拼裝等工序，減少施工工序穿插，同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)用工量，一定程度上降低安全事故發(fā)生幾率。

2.2 進(jìn)度與成本

傳統(tǒng)混凝土施工工序?yàn)槟＜艽钤O(shè)、鋼筋綁扎、模板拼裝、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)、拆除模板等，一系列工序下來(lái)建造1層需要4～7d的施工時(shí)間，同時(shí)涉及的工種有架子工、鋼筋工、木工、水電工等，施工現(xiàn)場(chǎng)為確保工程進(jìn)度，會(huì)增加用工量，人工費(fèi)用不斷提高，造成工程造價(jià)提高。

裝配式建筑工序簡(jiǎn)單，一般建造1層只需1～2d即可完成預(yù)制構(gòu)件安裝，施工效率高，現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械化吊裝，安裝工人用工量小，可有效降低人工成本。

2.3 四節(jié)一環(huán)保

1）節(jié)地 裝配式構(gòu)件采用工廠預(yù)制+現(xiàn)場(chǎng)安裝，現(xiàn)場(chǎng)不需要按照傳統(tǒng)模式設(shè)置模板、鋼筋等材料堆場(chǎng)，僅需根據(jù)吊裝工序合理設(shè)置構(gòu)件堆場(chǎng)，有利于現(xiàn)場(chǎng)合理布置工作面，減少安全隱患。

2）節(jié)材 傳統(tǒng)施工工藝中三大主材（鋼筋、模板、混凝土）的使用與現(xiàn)場(chǎng)管理和施工水平密切相關(guān)，鋼筋下料、模板切割及拼裝、混凝土澆筑及振搗，每道工序環(huán)環(huán)相扣，一旦其中一道工序出現(xiàn)問(wèn)題，通常會(huì)導(dǎo)致材料浪費(fèi)，如模板支設(shè)不到位導(dǎo)致脹模、漏漿等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成現(xiàn)場(chǎng)材料浪費(fèi)和質(zhì)量問(wèn)題。裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可使用定制規(guī)格的鋼模板，其重復(fù)使用率高且不易損壞，構(gòu)件質(zhì)量控制水平高，并在極大程度上減少施工現(xiàn)場(chǎng)木模、木方等木制品的使用，在節(jié)材方面有顯著效果。

3）節(jié)水 裝配式建筑在生產(chǎn)建造過(guò)程中所使用的水資源可循環(huán)利用，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后不需進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，構(gòu)配件在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，不用進(jìn)行灑水降塵，可有效減少水資源浪費(fèi)。

4）環(huán)境保護(hù) 施工現(xiàn)場(chǎng)通常存在噪聲、揚(yáng)塵、固體廢棄物、廢水等污染，嚴(yán)重影響環(huán)境。裝配式建筑主要構(gòu)配件在工廠進(jìn)行加工生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)幾乎不存在揚(yáng)塵、廢棄物排放等情況，可實(shí)現(xiàn)文明施工和綠色施工。

3 BIM技術(shù)下的裝配式建筑發(fā)展

3.1 建筑行業(yè)信息化發(fā)展

1）背景情況 根據(jù)麥肯錫研究表明，對(duì)比全球各行業(yè)的信息化水平，建筑行業(yè)信息化水平排在倒數(shù)第二，僅略高于農(nóng)業(yè)。建筑行業(yè)各細(xì)分領(lǐng)域基本上處于信息化嚴(yán)重不足的狀態(tài)，項(xiàng)目各部門之間協(xié)同程度不夠，管理方式過(guò)于粗獷。另一方面，建筑行業(yè)在應(yīng)用技術(shù)和創(chuàng)新管理上處于明顯遲緩的狀態(tài)，對(duì)新技術(shù)進(jìn)行前期投入的研發(fā)費(fèi)用不足收入的1%，投入水平相較其他行業(yè)處于較低水平。而建筑行業(yè)不僅亟待信息化產(chǎn)業(yè)升級(jí)謀求成本降低，也需在當(dāng)下發(fā)展受阻的情況下探索新的管理模式。

2）國(guó)內(nèi)形勢(shì) 住建部、科技部、工信部、自然資源部等九部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》，從9個(gè)方面提出37條措施，從設(shè)計(jì)、施工、信息技術(shù)融合等方面，對(duì)新型建筑工業(yè)化的發(fā)展提出明確要求。其中包含推廣裝配式混凝土建筑、大力推廣建筑信息模型（BIM）技術(shù)2條措施。2020年是國(guó)家建筑業(yè)信息化“十三五”計(jì)劃的收官之年，轉(zhuǎn)型風(fēng)口之下，行業(yè)對(duì)裝配式建筑技術(shù)人才需求急劇增加，BIM和裝配式工程師人才缺口巨大。未來(lái)幾年，裝配式建筑擁有1.6萬(wàn)億市場(chǎng)以及130萬(wàn)BIM工程師缺口。

3.2 國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)發(fā)展歷程

1）BIM技術(shù)1.0時(shí)代 在BIM技術(shù)剛引入國(guó)內(nèi)時(shí)，行業(yè)對(duì)于BIM技術(shù)的概念僅停留在可視化階段，用三維模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的可視化應(yīng)用，對(duì)于各參建方來(lái)說(shuō)BIM技術(shù)只是一個(gè)可視化工具。

2）BIM技術(shù)2.0時(shí)代 在2.0時(shí)代，已有參建方開(kāi)始利用BIM模型進(jìn)行各專業(yè)協(xié)同深化設(shè)計(jì)，提前解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，但較大部分仍停留在管線綜合方面，未能將各參建方協(xié)同起來(lái)，模型利用率低，對(duì)各方來(lái)說(shuō)BIM技術(shù)仍是一個(gè)成本大于收益的負(fù)擔(dān)。

3）BIM技術(shù)3.0時(shí)代 通過(guò)BIM模型將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修各專業(yè)有效串聯(lián)，形成BIM一體化設(shè)計(jì)，BIM信息化模型集合各專業(yè)協(xié)同、設(shè)計(jì)變更，對(duì)后期裝配式施工、運(yùn)維管理提供全套信息支持。項(xiàng)目各參建方都與中心模型有關(guān)系，這個(gè)模型符合大家共同的標(biāo)準(zhǔn)，能隨時(shí)在自己權(quán)限范圍內(nèi)對(duì)模型信息進(jìn)行更新，以及調(diào)用自己權(quán)限內(nèi)的信息以完成自己的工作。同時(shí)基于BIM的信息管理平臺(tái)作為工程項(xiàng)目全過(guò)程的運(yùn)算服務(wù)支持，可形成企業(yè)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)協(xié)同辦公，對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配全過(guò)程的采購(gòu)、成本、進(jìn)度、合同、物料、質(zhì)量和安全的信息化管理，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目資源全過(guò)程的有效配置。

3.3 BIM技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合

1）設(shè)計(jì)階段 利用BIM技術(shù)可視化、及時(shí)化優(yōu)勢(shì)，依靠BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，提前解決各專業(yè)之間的問(wèn)題，模擬建造過(guò)程，合理規(guī)劃空間，優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)行多方面方案比選，在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目投資成本創(chuàng)效，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的成本有直接的把控。由于目前國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)信息化程度較低，為提高效率，大多趨向于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在如今人們審美越來(lái)越挑剔的時(shí)代，過(guò)度標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)疑會(huì)是裝配式建筑面臨的一大難題，但BIM技術(shù)可恰當(dāng)解決這類問(wèn)題，其模型的建筑信息足以滿足各類異形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建造，參數(shù)化的構(gòu)件模型可配合設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的生成。

2）構(gòu)件生產(chǎn)階段 裝配式建筑廠商可依靠設(shè)計(jì)院給出的BIM模型進(jìn)行參數(shù)提取，依靠自動(dòng)化生產(chǎn)車間進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)生產(chǎn)相匹配的構(gòu)件，做到“3D打印”的效果，將構(gòu)件進(jìn)行合理排序運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝。

3）施工階段 現(xiàn)場(chǎng)管理人員在現(xiàn)場(chǎng)接收構(gòu)件前，可提前依靠BIM模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件固定支模架的組裝，利用BIM模型進(jìn)行構(gòu)件組裝順序模擬，合理分配工作面及勞動(dòng)力。待構(gòu)件抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，可根據(jù)構(gòu)件附帶的二維碼進(jìn)行構(gòu)件信息確認(rèn)，確認(rèn)構(gòu)件完整無(wú)損后，可組織工人按照方案依次進(jìn)行吊裝安裝。

3.4 BIM+裝配式全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同工作

上海市浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)項(xiàng)目是上海市工業(yè)化住宅示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目的改造開(kāi)始于項(xiàng)目設(shè)計(jì)和規(guī)劃審批已結(jié)束，因此各項(xiàng)改造均需在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行，為工業(yè)化改造設(shè)計(jì)造成一定約束和難度。通過(guò)方案比選，最終采用雙面疊合板式混凝土剪力墻體系，單體預(yù)制率達(dá)30%，項(xiàng)目采用BIM技術(shù)，將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)全過(guò)程控制。該項(xiàng)目統(tǒng)一預(yù)制構(gòu)件包含陽(yáng)臺(tái)、墻板、樓板、樓梯等，節(jié)材約70%，節(jié)水36%，節(jié)能30%。利用BIM技術(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行套型設(shè)計(jì)，通過(guò)車間流水段高效施工，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行“搭積木”式拼裝，整棟建筑僅用82d完成建設(shè)，建設(shè)速度為平均6d/層，節(jié)省人工的同時(shí)有效縮短工期。

4 結(jié)語(yǔ)

2020年底住建部發(fā)布的新版《工程總承包合同（示范文本）》，將BIM服務(wù)納入其中，BIM技術(shù)作為一種有效提高建筑行業(yè)信息化的管理手段，已逐漸融入建設(shè)工程項(xiàng)目各階段，也代表著正式吹響了建筑行業(yè)信息化全面改革的號(hào)角。而裝配式建筑也注定會(huì)隨著建筑行業(yè)一體化、信息化的提高而步入正軌，實(shí)現(xiàn)與建筑強(qiáng)國(guó)接軌的目標(biāo)。