基于BIM的裝配式建筑智慧建造的研究

劉林芝

摘 要：裝配式建筑在BIM技術(shù)的推動下得到快速的發(fā)展，但BIM技術(shù)在裝配式建筑中僅是局部應(yīng)用，推動裝配式建筑向智慧化發(fā)展還存在一定的差距。在此背景下，本文以BIM技術(shù)為核心集成其他信息化技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑中及時獲取項目相關(guān)信息以實現(xiàn)信息的快速流轉(zhuǎn)，信息的高度集成和應(yīng)用使人類特有的感知、記憶、知識、智慧融入于裝配式建筑中，推動裝配式建筑向智慧、精益發(fā)展。本文從智慧建造的概念出發(fā)，緊接著分析了智慧建筑的發(fā)展，最后研究了裝配式建筑智能建造的實際應(yīng)用。并提出了一套統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)用于培養(yǎng)BIM人才。

關(guān)鍵詞：智慧建造;設(shè)計階段、生產(chǎn)階段、裝配階段

中圖分類號： TU17;TU741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）04-0126-03

1 相關(guān)概述

隨著城市化建設(shè)加速，中國城市建筑的要求也越來越高，傳統(tǒng)的建筑方法存在著諸多問題。工業(yè)化程度低、建造周期、能耗大、成本高、不利于環(huán)保這些問題均迫使建筑施工工業(yè)化進程的加快。新型多層預(yù)制式和裝配式綜合建筑系統(tǒng)應(yīng)運而生，該新型建筑系統(tǒng)具有建造省工省時、建造材料質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等多優(yōu)點，采用該建筑形式是建筑全生命周期智慧建造與智慧管理的前提[1-2]。裝配式城市智能建筑系統(tǒng)實現(xiàn)了從企業(yè)建筑設(shè)計信息化、智能化、工業(yè)化三個角度出發(fā)，去優(yōu)化成本管理，實現(xiàn)一個企業(yè)建筑設(shè)計高度標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件及配件設(shè)計生產(chǎn)高度工廠化、施工管理過程高度機械化、組織管理科學(xué)化四化目標(biāo)及可控化生產(chǎn)成本的目標(biāo)[3-4]。

2 智慧建造概念辨析

為更好地進行建筑物的智慧建造，需要對智慧建造的內(nèi)涵及特點進行一定的研究，更需要對智慧建造、精益建造、BIM三者之間相互交融的關(guān)系有一定認(rèn)識，達(dá)到一定的高度[5-6]。

2.1 智慧建造內(nèi)涵及特點

傳統(tǒng)建筑環(huán)境大變革及智慧城市新概念提出的背景下，楊寶明首先提出一個新的概念——智慧建造，并對該概念進行分析解釋，楊寶明指出產(chǎn)業(yè)和諧發(fā)展及數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)是智慧建造的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，隨著對智慧建造的不斷深入，可以發(fā)現(xiàn)智慧建造的核心便是信息資源的高效流通并得以有效利用，智慧建造的最終目的便是有自己完整的信息庫及數(shù)據(jù)流并配置專門的平臺從而可以實現(xiàn)智能化管理。

“智慧建造”的技術(shù)依托有很多其中最重要的便是BIM技術(shù)，除此之外還有大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能化、云計算、網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)網(wǎng)等手段，整個智能建造的流程便是整合項目信息，之后再此基礎(chǔ)上進行有的放矢地分配資源，同時做到心中有數(shù)，協(xié)調(diào)各方人員，從而實現(xiàn)施工、勘察、監(jiān)理、設(shè)計及建設(shè)方五方的信息交流及時，使得整個建設(shè)過程變得更加高效，產(chǎn)品也更加安全舒適。

根據(jù)現(xiàn)有學(xué)者的研究我們大致可以將智慧建造分為廣義及狹義之分[7]。

2.1.1 廣義智慧建造

廣義智慧建造是從整個項目比較大的層面進行宏觀考慮，廣義智慧建造一般包括建設(shè)過程的全生命周期，這個過程包括：項目立項、運維和拆除、施工、設(shè)計、決策等，項目施工的每個階段均可以借助平臺進行資源分配及數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)項目的精益化信息管理，有利于項目的進度及質(zhì)量控制，廣義智慧建造應(yīng)的主要特征如下：

目標(biāo)：朝著工業(yè)化、綠色化、智慧化變革、信息化建設(shè)目標(biāo)發(fā)展。

本質(zhì)：將整個項目的經(jīng)營過程變得更加集約化、整個項目的建造過程更加的智慧化、整個建設(shè)項目的管理更加精益化。

參與主體：建設(shè)方、監(jiān)理方、設(shè)計方、施工方及勘察方。

技術(shù)支撐：大數(shù)據(jù)、BIM、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等。

保障措施：信息服務(wù)平臺。

2.1.2 狹義智慧建造

狹義智慧建造只包括整個項目全生命周中的建設(shè)項目施工階段，主要研究項目施工階段BIM手段及大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)在整個施工過程起到的有利作用，并實現(xiàn)項目施工階段的智慧建造。

2.2 智慧建造的支撐手段——BIM

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)繼CAD之后的又一次革新，使得項目施工朝著五維方向發(fā)展。BIM技術(shù)有效的將在建項目的物理信息和功能信息可視化，并能夠?qū)⒔ㄖ畔⒖焖俳涣?。BIM技術(shù)包含了整個項目的建設(shè)信息，將一些傳統(tǒng)項目很難表達(dá)的東西可視化，這樣能夠提高整個項目建設(shè)的速度，充分利用項目的資源，更加的節(jié)約高效。

3 智慧建造的發(fā)展階段

任何新東西的發(fā)展都是在舊物件的基礎(chǔ)上進行改造進行創(chuàng)新的。智慧建造的出現(xiàn)之前，整個項目建造經(jīng)歷了數(shù)字化和信息化建造過程。任何成就不能一蹴而就，就是這兩個重要的建造過程，智慧化建造才能夠?qū)崿F(xiàn)，才能更好的促進整個建筑行業(yè)的發(fā)展，促進社會的進步。

3.1 數(shù)字化建造階段

數(shù)字化建造從整體上來說，可以大致的分為以下三個類別：首先第一個就是利用數(shù)控設(shè)備將確定好的建筑構(gòu)件進行制造，并將生產(chǎn)出來的模型進行重新組合拼裝，這樣我們就能夠得到完整的建筑物外形;其次第二就是利用數(shù)控設(shè)備對一些不規(guī)則的模板進行批量加工，在根據(jù)這些異形模板進行異形構(gòu)件的澆筑，這樣整個異形構(gòu)件能夠高值高量的生產(chǎn)，由于數(shù)字車床的加入，使得每個構(gòu)件的尺寸更加準(zhǔn)確;最后便是數(shù)字化設(shè)計的前提是得到每個建筑構(gòu)件的物理信息，將每個構(gòu)件的物理信息輸入我們的數(shù)控車裝，這樣才能夠進行批量生產(chǎn)，并順利的開展這個建筑的安裝工作。

3.2 信息化建造階段

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)也被大眾認(rèn)可，越來越多的工程引入BIM技術(shù)，從而使整個建筑建造階段發(fā)生質(zhì)的飛躍，BIM技術(shù)的普及也使得建造階段從數(shù)字化建造成功轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒ㄔ?。BIM對施工、設(shè)計、決策、運營過程中的管理方式產(chǎn)生了有利的影響，實現(xiàn)了項目五方責(zé)任主體的信息共享，減少了工程變更，使得施工質(zhì)量發(fā)生質(zhì)的飛躍，提高了我國建筑業(yè)的管理水平。但是信息化建造的發(fā)展空間還很大，其中信息技術(shù)與工程技術(shù)的融合還有所欠缺，還有待繼續(xù)研究。

3.3 智慧建造階段

智慧建造階段是整個項目建造市場經(jīng)歷數(shù)字化及信息建造過程后的一次變革，智慧建造階段代表整個建筑建造行業(yè)的頂尖手段了。隨著BIM、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的快速發(fā)展，智慧建造也得到了進一步的發(fā)展。現(xiàn)階段智慧建造主要通過RFID、 移動終端等技術(shù)手段將整個建造項目的信息錄入信息庫里，等需要用到建造目標(biāo)的信息時直接從信息庫里調(diào)出，整個過程十分方便快速，大大提高了數(shù)據(jù)獲取的效率;現(xiàn)代智慧城市建造能夠從全方位展現(xiàn)出建筑業(yè)的智能工業(yè)化、信息化、智慧化，也對建筑行業(yè)的發(fā)展起到有利的作用。關(guān)于智慧建造的研究成果很多，具體研究成果如表1所示。

4 裝配式建筑智能建造實際應(yīng)用

4.1 設(shè)計階段

裝配式建筑智慧建造在設(shè)計階段的最重要手段便是——BIM技術(shù)，智慧建造中的設(shè)計階段和傳統(tǒng)設(shè)計有很大的不同，傳統(tǒng)的設(shè)計手段多采用CAD軟件將建筑物構(gòu)件信息及材料信息以平面圖的形式進行呈現(xiàn)，每個設(shè)計專業(yè)出一套圖紙，每個專業(yè)的設(shè)計成果都是一些點、線等二維的元素構(gòu)成。技術(shù)員拿著這些平面圖紙很難布置預(yù)留孔洞等的鋼筋，給整個工程項目質(zhì)量留下很大的安全隱患。

基于BIM 技術(shù)就能夠?qū)⒔ㄖ⑺娂敖Y(jié)構(gòu)專業(yè)的圖紙都融入一個三維的模型中，將各個專業(yè)的信息都在這個模型里體現(xiàn)，各種管道及線路，整個建筑外立面以及每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及位置均清晰地展現(xiàn)在施工人員面前，這樣大大減少圖紙問題，借助BIM技術(shù)我們也可以實現(xiàn)VR的沉浸式設(shè)計。

4.2 生產(chǎn)階段

傳統(tǒng)的構(gòu)件生產(chǎn)都是根據(jù)二維的圖紙進行構(gòu)件的制作，制作人員大多根據(jù)平面圖紙的平立剖圖進行構(gòu)件的制作，需充分發(fā)揮制作人員的想象力，這種傳統(tǒng)的制作方法顯然不能順應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用，讓建筑行業(yè)實現(xiàn)了三維設(shè)計的理念，整個目標(biāo)構(gòu)件能夠立體形象的展現(xiàn)在制作者的面前，制作者可以進行多角度、立體的觀察，這樣制作者很方便的掌握構(gòu)件的外形進行準(zhǔn)確的制作。BIM軟件有很多，常用的軟件有的Revit、Bentley、Catia這幾類軟件，這幾類軟件不僅有豐富的族而且可以方便的進行二次開發(fā)，讓這個制作過程實現(xiàn)自動化。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)完成后，工人可以通過三維激光掃描的方法對生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件進行檢查，掃描結(jié)束后我們對每個目標(biāo)構(gòu)件進行編碼，將合格的構(gòu)件錄入數(shù)據(jù)庫，這樣可以實時了解到我們生產(chǎn)多少構(gòu)件，生產(chǎn)了哪類構(gòu)件。整個預(yù)制構(gòu)件達(dá)到可以出廠的狀態(tài)后，將每個構(gòu)件的運輸信息也錄入BIM系統(tǒng)，這樣能及時了解預(yù)制構(gòu)件的物理信息，就能夠及時接貨。

4.3 裝配階段

配式階段是整個智慧建造的關(guān)鍵階段，裝配式建筑最大的優(yōu)點就是高效、環(huán)保，所以上至建筑甲方下至施工單位均對整個裝配式建筑的施工進度十分關(guān)心。而以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的裝配式建造手段為整個智慧建造提供很大改進空間。

以往的施工進度大多是根據(jù)施工網(wǎng)絡(luò)圖進行施工，如果每個關(guān)鍵工作出現(xiàn)問題，就需要各個環(huán)節(jié)進行協(xié)調(diào)，由于BIM技術(shù)的引進，可以很方便地通過數(shù)據(jù)庫調(diào)出相關(guān)信息，然后合理的配置對應(yīng)的資源。預(yù)制構(gòu)件進廠后，質(zhì)檢人員根據(jù)相應(yīng)設(shè)備調(diào)取構(gòu)件信息，方便構(gòu)件的驗收工作，也同時將構(gòu)件的進廠信息錄入數(shù)據(jù)庫，此時后臺數(shù)據(jù)庫，整個過程都十分方便簡潔。

5 基于BIM的裝配式建筑智慧建造推廣對策

5.1 完善化標(biāo)準(zhǔn)

一個國家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及其水平的代表之一便是裝配式建筑建造水平。目前國內(nèi)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)還不完備，各個工廠生產(chǎn)裝配式構(gòu)件的模板和底座無法通用，從而使得模板及底座的成本提高，同時由于構(gòu)件不通用使得預(yù)制構(gòu)件沒法規(guī)?；a(chǎn)，模具也無法重復(fù)利用，使得裝配式建筑的成本很高。因此，制定相對完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

5.2 自主開發(fā)軟件平臺與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新

國家發(fā)展需要創(chuàng)新，行業(yè)房展需要創(chuàng)新，裝配式智慧建筑同樣需要創(chuàng)新，只有堅持科研創(chuàng)新，才能促進技術(shù)發(fā)展。裝配式智慧建筑的創(chuàng)新應(yīng)從裝配式建筑實驗室的擴建、裝配式建筑相關(guān)技術(shù)研發(fā)為起點，同時促進校企的聯(lián)合共同解決實際工程問題。只有堅持自主開發(fā)軟件平臺與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新才能開創(chuàng)出一套適合自己的信息化流程。

6 結(jié)語

智慧建造這個理念很新穎，也很實用，針對我國目前的建筑建造行業(yè)來說可以算上“及時雨”。裝配式建筑具有很多優(yōu)點，其中最大優(yōu)點便是其高效性及環(huán)保性能。如何將智慧化建造應(yīng)用到裝配式建筑，還有很長一段路需要走，但是現(xiàn)階段的經(jīng)驗及技術(shù)手段足以支持智慧化裝配建筑的推行，因此我們應(yīng)該積極響應(yīng)國家的號召，勇于將這個新興事物應(yīng)用到實際的工程中，這樣才能更好發(fā)揮智能建造的優(yōu)勢，促進行業(yè)積極發(fā)展。

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