BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計及其綠色施工中的應(yīng)用研究

王長衛(wèi) 唐赟瀟

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民的生活水平也在逐漸提高，人們對住宅要求也越來越高，因此建筑業(yè)迅速崛起，對建筑工程質(zhì)量提出了更高要求。預(yù)制建筑作為一種新型建筑工程建設(shè)方式應(yīng)用于工程中具有很好的前景，為了加快我國房屋工業(yè)化進(jìn)程，能有效提高資源利用率，促進(jìn)節(jié)能環(huán)保型住宅以及經(jīng)濟(jì)適用房建筑的推廣應(yīng)用，BIM技術(shù)在建筑業(yè)發(fā)展迅速，將信息技術(shù)運用于建筑工程設(shè)計中，能夠有效解決傳統(tǒng)施工圖紙和工程結(jié)構(gòu)表象、材料用量等問題。綠色施工理念下的預(yù)制裝配式住宅能夠有效降低生產(chǎn)成本，確保房屋建筑項目的設(shè)計能更加符合人們需求，必須要采用先進(jìn)、高效技術(shù)來改善傳統(tǒng)施工方式。BIM作為一種新理論和技術(shù)被廣泛應(yīng)用到建筑中，以后將會大大提高工程建設(shè)效率，在保障人民生命財產(chǎn)安全方面有著非常重要的意義與作用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);住宅設(shè)計;綠色施工

一、引言

我國建筑行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及預(yù)制裝配式住宅設(shè)計和施工中所應(yīng)用到BIM技術(shù)，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來很大作用。本文主要研究了預(yù)制裝配式住宅的設(shè)計、施工及其在建筑業(yè)中的應(yīng)用，裝配式建筑的發(fā)展歷程、優(yōu)勢特點以及在綠色施工中所具有的重要作用，根據(jù)BIM技術(shù)的相關(guān)理論知識運用到實際施工當(dāng)中，以及它與裝配式住宅設(shè)計之間存在何種聯(lián)系，根據(jù)工程實例來分析在實際運用時可能會出現(xiàn)影響，分析研究該技術(shù)對我國傳統(tǒng)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用效果，系統(tǒng)地介紹BIM和可持續(xù)發(fā)展等相關(guān)內(nèi)容及其使用方法，預(yù)制板材、梁柱節(jié)點處模板制作過程中產(chǎn)生問題及原因并提出解決措施，BIM技術(shù)與綠色環(huán)保理念相輔相成和可持續(xù)發(fā)展，最后對我國目前所使用的傳統(tǒng)工程項目進(jìn)行分析總結(jié)，并展望未來發(fā)展趨勢。

二、預(yù)制裝配式住宅、BIM與綠色施工的相關(guān)理論

（一）BIM相關(guān)軟件及技術(shù)

BIM技術(shù)的綠色施工管理模式是我國建筑行業(yè)發(fā)展過程中一個新階段，在建筑業(yè)中應(yīng)用 BIM技術(shù)是一種以三維模型為基礎(chǔ)，建立起可視化、動態(tài)設(shè)計和優(yōu)化等信息處理手段與方法。該軟件能夠?qū)⒕G色、安全以及質(zhì)量等因素都納入到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于建筑工程項目的施工過程后能夠有效提高工作效率以及工程質(zhì)量。在這一新型時代背景下，如何更好地促進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計理念與實際工程項目的有效結(jié)合成為了當(dāng)前必須解決的問題，對BIM軟件平臺下綠色施工及裝配式住宅，各結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接方式進(jìn)行研究分析，并實現(xiàn)其在預(yù)制構(gòu)件加工階段的精細(xì)度控制問題，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)性作用。

（二）BIM技術(shù)的應(yīng)用前景分析

BIM技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊、多樣和變化莫測，通過BIM信息建模軟件系統(tǒng)的建立與使用來實現(xiàn)，運用BIM技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行綠色施工，并且還對傳統(tǒng)的工程項目建造成本以及使用問題做出分析，以及該綠色施工方式對我國建筑行業(yè)發(fā)展所帶來的影響以及發(fā)展現(xiàn)狀，并對其在建筑行業(yè)中應(yīng)用進(jìn)行研究，重點分析和探討，通過該方面系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高我國建筑工程項目的建設(shè)效率和質(zhì)量，促進(jìn)我國建筑行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。本文探討在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計環(huán)節(jié)，主要體現(xiàn)在：第一，綠色施工可以減少大量資源浪費;第二點是可有效地解決傳統(tǒng)現(xiàn)場裝配式建筑中存在的安全隱患問題，能夠更好、更快、更高效地利用資源。

（三）綠色施工概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，為了更好地利用資源和保護(hù)環(huán)境、節(jié)約建設(shè)成本以及提高施工效率，建筑行業(yè)也在不斷地進(jìn)步，而綠色施工是當(dāng)今建筑工程中非常重要且必須實施的一個環(huán)節(jié)。綠色施工是指在生產(chǎn)、加工以及裝配過程中，在保證質(zhì)量和安全可靠地進(jìn)行工程建設(shè)活動時，使用節(jié)能環(huán)保措施與技術(shù)，以節(jié)約資源消耗，減少對環(huán)境污染為目的而進(jìn)行工程管理。在傳統(tǒng)建筑行業(yè)發(fā)展模式下我國大多數(shù)地區(qū)仍然采用粗放型向集約化轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的BIM模型都是基于二維平面圖紙構(gòu)建而成，而這種三維化設(shè)計方式不僅僅在傳統(tǒng)建模方式上缺乏一定科學(xué)性，同時還會對后期相關(guān)工序產(chǎn)生影響，比如說施工人員會出現(xiàn)不規(guī)范操作、施工材料浪費以及建筑垃圾隨意排放等問題和嚴(yán)重污染環(huán)境等現(xiàn)象，所以我們要將綠色理念融入到設(shè)計當(dāng)中去，通過研究應(yīng)用該系統(tǒng)使其更加完善化、科學(xué)化及合理性等特點來達(dá)到對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行全生命周期管理與控制。

三、BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用

（一）BIM技術(shù)對建筑設(shè)計思維模式的影響

伴隨著社會的進(jìn)步，人們對于住宅小區(qū)建設(shè)質(zhì)量、設(shè)計水平、建筑工程質(zhì)量和施工安全以及綠色化等方面提出了更高層次要求。傳統(tǒng)模式下建造房屋時需要進(jìn)行大量材料和構(gòu)件運輸工作，傳統(tǒng)的設(shè)計施工已經(jīng)逐漸不能滿足消費者對綠色居住生活品質(zhì)需求，而BIM技術(shù)可以有效解決這個問題。我國目前尚未建成完善且成熟先進(jìn)高效地裝配式住宅，由于傳統(tǒng)施工圖紙存在設(shè)計人員對工程項目中各個階段、工序等都缺乏一定了解，導(dǎo)致在實際建設(shè)過程中會出現(xiàn)很多難以解決和改正的錯誤，因此我們應(yīng)該積極探索BIM技術(shù)對于建筑工程綠色施工管理模式產(chǎn)生影響，BIM技術(shù)通過三維的模型將建筑信息數(shù)字化、信息化，在傳統(tǒng)建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠有效解決設(shè)計思維與施工管理之間存在的問題，使得建筑施工階段各個環(huán)節(jié)都有一個共同的目標(biāo)—綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化以及信息化。

（二）BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中具有明顯優(yōu)勢，可以在很大程度上提高設(shè)計單位對預(yù)制裝配式住宅結(jié)構(gòu)施工圖紙和工程量計算能力，能夠有效解決傳統(tǒng)施工圖紙存在的問題， 使傳統(tǒng)建筑信息模型得到簡化，提高工程建設(shè)效率。通過對綠色、高效及節(jié)能型材料和構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)合理地規(guī)劃布置，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，有效節(jié)約成本以及減少資源消耗，最后達(dá)到節(jié)約資源與降低建設(shè)成本的目的，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展等優(yōu)點。

四、BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅綠色施工中的應(yīng)用

（一） 基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式住宅資源能源節(jié)約與利用

（1）預(yù)制裝配式住宅工程量清單的生成

BIM技術(shù)是預(yù)制裝配式建筑的一個重要發(fā)展方向，它能夠為我國傳統(tǒng)設(shè)計理念與施工方式提供新途徑，也使其在實際應(yīng)用中得到推廣。BIM技術(shù)是通過三維軟件建立的建筑模型進(jìn)行建模，并將其與傳統(tǒng)設(shè)計手段相結(jié)合，實現(xiàn)信息共享，使設(shè)計師能夠在施工中最大限度地發(fā)揮想象力。采用BIM技術(shù)，利用三維實體模型進(jìn)行模擬裝配式住宅的設(shè)計與施工;根據(jù)不同階段和空間特點編制相應(yīng)預(yù)制構(gòu)件圖集及尺寸、荷載等信息;使用Autocad5.0軟件建立工程量清單信息模型以及模板工程的相關(guān)構(gòu)件圖紙，通過將信息模型應(yīng)用于工程量清單編制過程后可以提高工作效率、降低成本，進(jìn)一步構(gòu)建整個結(jié)構(gòu)體系和材料空間布局圖以達(dá)到優(yōu)化資源配置效果。

（2）預(yù)制裝配式住宅施工現(xiàn)場分區(qū)域材料用量統(tǒng)計

BIM技術(shù)通過建立模型并使用該軟件可以對各分項構(gòu)件進(jìn)行精確統(tǒng)計。施工過程中的工序、工作面以及對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理劃分，如何將施工現(xiàn)場用量合理地分配給各個分包單位，同時又能減少對環(huán)境污染和資源浪費問題，通過現(xiàn)場情況了解和分析BIM信息管理下綠色建筑工程進(jìn)度，科學(xué)合理地規(guī)劃布局大跨度梁柱節(jié)點部位、優(yōu)化材料截面組合密度分布以減少施工過程產(chǎn)生的噪聲污染，提高工程質(zhì)量并縮短工期。根據(jù)工程量清單對各個分區(qū)內(nèi)房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件及鋼筋用量進(jìn)行統(tǒng)計和匯總，有效節(jié)約工程材料消耗以及能源耗損等各種成本，也能夠提高施工人員安全意識與質(zhì)量管理水平、提升項目整體效益。

（3）預(yù)制裝配式住宅施工成本控制

我國目前的預(yù)制裝配式住宅在設(shè)計和施工方面還處于初期階段，對于如何有效地降低工程造價、節(jié)約資源等問題也沒有得到足夠多得關(guān)注。配式住宅設(shè)計過程中如何運用BIM模型進(jìn)行規(guī)劃和制作工作，需要在預(yù)制裝配式建筑的施工過程中，對其進(jìn)行全生命周期、動態(tài)管理，通過三維可視化模擬，建立起一個更合理、高效、成本低且效率高的BIM技術(shù)，綠色施工管理，有效節(jié)約成本，提高效率。實現(xiàn)對整個項目造價成本進(jìn)行有效地管控。

（二） 基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式住宅施工綜合管理

（1）預(yù)制裝配式住宅施工方案模擬

BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的施工模擬，通過在傳統(tǒng)建筑信息模型上建立工程項目，運用該軟件對綠色施工進(jìn)行仿真分析。BIM系統(tǒng)可以模擬建筑物從開始到結(jié)束所需要經(jīng)歷得一系列工作。在預(yù)制裝配式住宅的施工過程，對在建工程設(shè)計階段應(yīng)用BIM技術(shù)，進(jìn)行綠色建模、材料選擇和尺寸確定等方面都有著很大的參考價值。通過三維建模軟件建立模型之后，就能得到工程建造各部分構(gòu)件之間以及各個分項分部與子項目間關(guān)系圖，還有管線預(yù)埋線等相關(guān)信息，對傳統(tǒng)建筑施工圖紙及技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等方面存在問題進(jìn)行分析和探討，建立有效地動態(tài)模擬對象，這樣在施工過程中能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并且做出相應(yīng)處理措施避免返工現(xiàn)象產(chǎn)生。

（2）預(yù)制裝配式住宅施工進(jìn)度控制

在我國預(yù)制裝配式建筑的施工進(jìn)度控制與國外相比還有很大差距，為了提高建筑工程項目的質(zhì)量和效率、縮短工程工期以及降低整個建設(shè)中可能發(fā)生的返工現(xiàn)象等問題。在預(yù)制裝配式住宅的建設(shè)過程中，要根據(jù)工程具體情況，采用流水施工法、均衡生產(chǎn)原則和動態(tài)控制方法，分別從設(shè)計階段、采購階段和制作及運輸過程三個方面對各工序之間進(jìn)行合理的組織安排，在預(yù)制裝配式建筑的施工過程中，要根據(jù)工程量清單進(jìn)行合理規(guī)劃和設(shè)計，對于預(yù)制化住宅建設(shè)模式下建筑安裝工程進(jìn)度管理有效控制，在以后工作中對其優(yōu)勢所在將進(jìn)一步完善，從而更好地提高預(yù)制裝配式建筑施工效率和質(zhì)量水平。

（3）預(yù)制裝配式住宅施工安全管理

BIM技術(shù)將綠色、環(huán)保等理念融入到設(shè)計方案中，將信息共享，采用全生命周期管理方法建立起可持續(xù)發(fā)展機制。目前，我國的預(yù)制裝配式住宅施工過程，在安全管理上存在著很多問題。首先是設(shè)計方和生產(chǎn)方面缺乏相應(yīng)經(jīng)驗與教訓(xùn)，其次是多數(shù)的施工人員不了解什么時候下料制作、加工到最后交付使用等因素，加之我國對于預(yù)制裝配式住宅還未建立起完善統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在后期的實際應(yīng)用中沒有進(jìn)行有效監(jiān)管，導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)了許多質(zhì)量隱患或者事故而造成人員傷亡等情況發(fā)生。為了保障施工人員的人身安全，必須要對其進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理，同時還需要各個方面都協(xié)調(diào)發(fā)展才能達(dá)到預(yù)期效果;另外還要不斷完善相應(yīng)法律法規(guī)與政策體系并制定出一套完整高效且適用性高并且可操作性強地施工監(jiān)管體制以及責(zé)任追究制度，需要對其進(jìn)行全方面、系統(tǒng)化管理。

（4）預(yù)制裝配式住宅工程變更管理

在預(yù)制裝配式建筑的建設(shè)中，必須要做好施工前期、中期和后期階段各個部分的綠色化管理。在預(yù)制裝配式建筑的施工過程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行，同時還需要對綠色建筑工程質(zhì)量、安全和環(huán)保方面做出有效提升。我們需要對圖紙進(jìn)行完善與優(yōu)化，通過三維可視化系統(tǒng)建立BIM數(shù)據(jù)平臺來模擬整個工程項目的全生命周期情況并將其直觀展現(xiàn)出來;對于現(xiàn)場實際情況以及存在問題制定出切實可行且可操作性強并且符合市場需求及客戶要求的方案，用數(shù)字建模法對各個階段間的關(guān)系以及各分部分序之間的邏輯關(guān)系加以分析研究，通過BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析得出結(jié)論，模擬真實場地環(huán)境，從而達(dá)到設(shè)計目標(biāo)與業(yè)主共同合作完成項目建設(shè)目的。

五、總結(jié)

本論文從研究背景及意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及綠色施工的相關(guān)理論入手，闡述BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)設(shè)計與規(guī)劃中，分析了應(yīng)用該技術(shù)對傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)造成影響時產(chǎn)生問題原因。通過對比，對其特點做簡單分析，指出目前在預(yù)制住宅中普遍存在設(shè)計與施工問題。，通過研究BIM技術(shù)和預(yù)制裝配式住宅設(shè)計兩者之間各自特點及共同點分析，綠色施工過程中存在著許多不足。針對我國裝配式住宅產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展的情況，提出了有效管理措施。運用BIM可構(gòu)成本計算軟件進(jìn)行高效準(zhǔn)確建模能有效節(jié)約工程造價，利用可拆卸技術(shù)來實現(xiàn)裝配式建筑的全生命周期施工及管理，大大節(jié)約成本、提升效率，也為以后類似于預(yù)制混凝土剪力墻板等裝配式住宅項目提供參考依據(jù)。

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