BIM的預(yù)制裝配式建筑綠色施工應(yīng)用研究

趙璐

（唐山市墻體材料革新辦公室， 河北 唐山 063000）

預(yù)制裝配式建筑之所以這么受歡迎， 是因為它是一種工業(yè)化的建造方式， 它的主要部件都是在工廠里進行的， 而施工需要的零件則會被運到現(xiàn)場上， 由專業(yè)人士根據(jù)圖紙組裝而成。 要注意， 為了保證結(jié)構(gòu)的可靠， 所有的部件都要是牢固的。 將BIM技術(shù)運用于預(yù)制裝配式建筑中， 可以使構(gòu)件在到達現(xiàn)場后根據(jù)圖紙進行組裝， 而不需要按二維圖紙進行澆筑、 現(xiàn)場組裝。 這種結(jié)構(gòu)看起來和用常規(guī)的方式建造的房屋完全相同， 但是它的構(gòu)造方式是不同的。 BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中的應(yīng)用， 可大大縮短施工工期， 節(jié)約用電、 用水、 人工， 使施工流程更加簡單。 同時， 它還能降低各類污染物， 降低垃圾數(shù)量， 避免對建筑環(huán)境造成污染， 有利于現(xiàn)場的管理。

1 預(yù)制裝配式房屋的現(xiàn)狀和特征

相對于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)， 預(yù)制裝配式建筑具有明顯的優(yōu)勢， 其優(yōu)點是: 節(jié)省了大量的資金， 縮短了建設(shè)周期； 本文主要從節(jié)省人力、 降低工程造價、 保證工程質(zhì)量、 良好使用性能等幾個方面進行論述。

1.1 資源的節(jié)省

根據(jù)不完全的數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 目前國內(nèi)建筑業(yè)的能源消耗比發(fā)達國家高出3 ～5 倍， 很難適應(yīng)建筑的節(jié)能要求。 水泥、 鋼材的消耗量是國外發(fā)達國家的15%～25%， 而且在建設(shè)過程中往往會產(chǎn)生大量的廢料。 根據(jù)資料顯示， 中國建筑業(yè)的CO排放量占到了整個國家的30%。 從這一點可以看出， 傳統(tǒng)的建筑工程不僅不能達到節(jié)能的目的， 而且會產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物。

裝配式建筑多采用預(yù)制外墻板， 充分利用預(yù)制的外墻板， 從而大大減少了墻體的使用， 根據(jù)不完全的數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 可以節(jié)省20%～30%的鋼筋， 節(jié)省40%的木材， 減少70%的金屬焊接， 同時減少建筑廢料的產(chǎn)生。

1.2 縮短建設(shè)時間

由于在裝配式建筑的外壁板施工中， 預(yù)先預(yù)留了木塊， 在結(jié)構(gòu)封頂后即可進行外壁的封堵， 因而節(jié)省了大量的時間。 此外， 在裝修和裝飾層中， 施工人員通過預(yù)制的飄窗和預(yù)制的外墻來完成裝飾和保溫， 這比傳統(tǒng)的建筑工程節(jié)省了3 個多月的時間。

1.3 節(jié)省人力資源， 減少項目成本

在我國的預(yù)制裝配式建筑中， 往往采用集中生產(chǎn)的方法， 采用流水式的生產(chǎn)方法， 在工作臺上進行拼裝， 這樣可以極大地提高生產(chǎn)的效率， 一般由4 ～6個人來完成， 大大降低了材料的消耗， 節(jié)約了成本。

1.4 良好的使用效果

通過大量的實例， 可以看出， 組裝房屋的強度要比傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)要高得多， 而且在裝配式建筑中還采用了隔熱材料， 起到了很好的隔熱和密封作用。另外， 鋼筋混凝土是裝配式房屋的主要構(gòu)件， 其韌性、 硬度、 強度、 熱脹冷縮均有很好的適應(yīng)性， 從而極大地提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2 BIM技術(shù)的特點和優(yōu)勢

2.1 BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)具有可視化、 協(xié)同、 模擬、 優(yōu)化、 繪圖等特征。 盡管設(shè)計師在設(shè)計階段采用了之前的二維設(shè)計， 但BIM技術(shù)能夠?qū)艄狻?風(fēng)力、 能量等進行三維建模， 從而為建筑設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。 BIM技術(shù)可以對操作過程中的地震、 火災(zāi)進行仿真。 通過對BIM技術(shù)的深入研究， 可以對大型工程進行深度的分析與優(yōu)化。 通過對系統(tǒng)的優(yōu)化， 可以使用戶理解怎樣才能更好地達到控制投資費用的目的。 通過對BIM技術(shù)所產(chǎn)生的圖形進行可視化、 協(xié)同、 仿真、 優(yōu)化， 為以后的應(yīng)用提供了更好的依據(jù)。

2.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

本文對我國BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用狀況進行了分析， 其優(yōu)點是: 1) 效率高。 通過 BIM 技術(shù)的特性，可以清晰地理解工程規(guī)劃， 并對其進行優(yōu)化和改善。采用3D視覺效果， 提交施工圖紙， 工程的進度能得到保障； 2) 通信便利。 通過三個共享的模型， BIM技術(shù)團隊能夠更好的了解工程， 并能更快的完成工程； 3) 利用BIM數(shù)據(jù)模型， 可以檢驗和修正設(shè)計中的缺陷， 是否因預(yù)先設(shè)計疏忽而導(dǎo)致的施工問題， 從而實現(xiàn)節(jié)約投資； 4) 對現(xiàn)實世界的仿真。 預(yù)先對施工流程進行仿真， 保證對實際工程進行計劃。 在BIM技術(shù)中， 結(jié)構(gòu)化的方法能夠很好的了解設(shè)計者的意圖。 這樣就能解決在建筑中出現(xiàn)的問題， 并在設(shè)計階段進行解決， 從而節(jié)約了成本和時間。

3 在裝配式建筑工程中引入BIM 技術(shù)應(yīng)注意的幾個問題

3.1 工程成本因素

BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用， 將會涉及到更多的構(gòu)件， 因此， 在建造的過程中， 構(gòu)件的造價會更高。 但在施工項目中， 施工費用管理中存在著明顯的施工部件管理不到位的問題。 而對建設(shè)單位而言， 造成這種情況的原因， 主要是由于成本管理人員缺乏足夠的專業(yè)知識， 缺乏足夠的社會實踐經(jīng)驗， 沒有足夠的工作態(tài)度， 很難將項目的成本發(fā)揮到極致。 而且， 想要生產(chǎn)出合適的零件， 所需要的成本也會根據(jù)市場的價格而改變。

3.2 設(shè)備因素

近年來， 我們可以看到， 在裝配式建筑的建設(shè)和管理體制方面， 并沒有發(fā)生很大的變化。 長期以來，有關(guān)部門的工作重心都集中在建設(shè)項目的效率與質(zhì)量上， 因而常常忽略了施工項目中的某些質(zhì)量問題。 然而， 在裝配式施工中， BIM技術(shù)的引入常常會涉及到設(shè)備的問題。 BIM技術(shù)要比傳統(tǒng)的技術(shù)更加的依賴于科技， 也更加的依賴于電子信息技術(shù)。 BIM技術(shù)的實施需要將施工項目的設(shè)計與實施有機地結(jié)合起來， 但在施工的過程中， 沒有好的設(shè)備是不可能實施的。 通過調(diào)研， 目前大部分BIM技術(shù)未能應(yīng)用于施工中， 最主要的原因在于缺乏相應(yīng)的施工設(shè)備。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用問題

4.1 設(shè)計與生產(chǎn)脫節(jié)

我國目前的裝配式建筑發(fā)展迅速， 其技術(shù)體系多種多樣， 對其需求也各不相同， 但傳統(tǒng)的設(shè)計者對其技術(shù)系統(tǒng)認識不足， 對其設(shè)備狀況也未給予足夠的重視； 在預(yù)制和現(xiàn)場組裝過程中， 仍沿用了傳統(tǒng)的設(shè)計思想， 導(dǎo)致部件的尺寸不夠規(guī)范化； 模具重復(fù)利用率低， 生產(chǎn)施工埋件設(shè)計考慮不全面， 生產(chǎn)和施工效率低， 這無疑會加大工程造價， 不能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。

4.2 BIM建模高成本和低利用率

BIM建模是一種非常消耗人力的方法， 但大多數(shù)BIM模型都是在工程施工的各個階段進行的， 沒有充分的利用， 從而使投入和產(chǎn)出不成正比， 不僅不能帶來顯著的經(jīng)濟效益， 反而會增加企業(yè)和工程的負擔(dān)。

另外， 有些公司把已有的零件深化設(shè)計做BIM模型， 僅做三維展示和宣傳， 無疑增加了企業(yè)的投資，這也是BIM技術(shù)在實踐中的一個誤區(qū)。

4.3 BIM軟件之間的數(shù)據(jù)交互性能不佳

BIM技術(shù)是在裝配式建筑中進行的一種技術(shù)； 基于BIM技術(shù)的不同階段 BIM技術(shù)的應(yīng)用， 需要不同階段、 不同專業(yè)的 BIM技術(shù)進行協(xié)同， 需要 BIM技術(shù)的相互配合。 雖然BIM公司宣稱可以通過多種形式的IFC和API進行互動， 但BIM的各功能模塊間存在著無法完全導(dǎo)出、 屬性無法識別、 數(shù)據(jù)丟失等問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳遞也無法精確。

5 BIM技術(shù)在裝配式建筑綠色施工中的應(yīng)用

在建筑信息化的驅(qū)動下， 建筑工業(yè)化進入了一個全新的發(fā)展時期， 以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 通過云計算平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 對整個建筑的生命周期進行可視化、 模擬化的研究。 通過BIM技術(shù)， 使裝配式建筑從 “設(shè)計、 生產(chǎn)、 裝配” 的全生命周期轉(zhuǎn)變?yōu)?“一體化設(shè)計、 生產(chǎn)、 裝配”， 從而使信息資源的共享、 各個施工階段的協(xié)同、 信息共享， 避免了 “信息孤島” 現(xiàn)象。 BIM技術(shù)在裝配式建筑的各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

5.1 BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用

在裝配式建筑中， 預(yù)制件的預(yù)埋和預(yù)留過程是兩個重要的問題。 在施工項目設(shè)計中， 要解決這兩個問題， 不僅要耗費大量的人力物力， 而且還需要高度的協(xié)調(diào)。 在BIM技術(shù)的引導(dǎo)下， 通過搭建標準的設(shè)計平臺， 為設(shè)計者提供高效的對接。 在此基礎(chǔ)上， 將 BIM建模的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中， 可以使系統(tǒng)的設(shè)計方案與參數(shù)的協(xié)調(diào)與優(yōu)化。 設(shè)計員們可以通過此平臺進行高效的溝通， 或者通過自身的測試和失誤來找出并改正設(shè)計中的不足， 從而幫助設(shè)計者及時地做出相應(yīng)的調(diào)整， 使其達到最優(yōu)。

5.2 在裝配施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用

組裝建筑的部件都是由工廠統(tǒng)一生產(chǎn)的， 這樣的工業(yè)化生產(chǎn)模式可以極大的提高工人的勞動生產(chǎn)率，同時也可以減少人為因素的影響， 同時也能保持較好的生產(chǎn)條件， 從而保證構(gòu)件的質(zhì)量。 而常規(guī)的平面設(shè)計顯然無法滿足這種生產(chǎn)模式。 利用BIM技術(shù)， 將設(shè)計過程中的全部數(shù)據(jù)與組件制造工廠進行共享， 在設(shè)計階段生成的三維模型能夠滿足零件的精度要求， 因此可以直接應(yīng)用到組件制造中。 裝配式建筑與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別， 它是將預(yù)制件在工廠內(nèi)生產(chǎn)， 然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行組裝； 而后者， 則是就地灌漿。 因此， 裝配式建筑的制造工藝要求工廠對已完成的產(chǎn)品進行保護， 利用BIM技術(shù)構(gòu)建的精密建筑模型可以在產(chǎn)品制造之前， 為產(chǎn)品的儲存做好準備， 從而更好地保護產(chǎn)品。

5.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工布置中的應(yīng)用

BIM技術(shù)對于裝配式房屋的規(guī)劃和工程建設(shè)有著不可取代的優(yōu)勢。 BIM技術(shù)在施工企業(yè)的規(guī)劃中的運用， 主要涉及到施工流程優(yōu)化、 施工現(xiàn)場一體化、 存貨管理等方面。

1) 優(yōu)化施工工藝， BIM技術(shù)能夠模擬現(xiàn)場的設(shè)備布局， 根據(jù)場地的實際情況， 合理的規(guī)劃施工通道， 設(shè)置不同工種的工作區(qū)， 優(yōu)化場地布局， 最大限度地解決施工中遇到的問題。 利用BIM技術(shù)， 將預(yù)制構(gòu)件的堆場布置在適當(dāng)?shù)奈恢茫?以減少二次運輸?shù)挠绊懀?提高作業(yè)效率和使用率。 通過對預(yù)制件的進場速度和資源的消耗進行仿真， 發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷并對其進行優(yōu)化， 從而達到改善工程質(zhì)量的目的。BIM模型能夠?qū)Ω鱾€施工階段的不同地點進行建模，從而使施工方案更加直觀、 合理地安排施工設(shè)備和作業(yè)范圍， 全面準確掌握施工進度、 適時調(diào)整設(shè)計方案、 合理調(diào)配資金、 合理安排施工人員、 確保方案符合施工要求， 使施工質(zhì)量、 效率、 效益最大化。

2) 全面的施工場地管理， BIM技術(shù)可以幫助施工單位掌握工程的施工流程及技術(shù)關(guān)鍵， 通過BIM技術(shù)對工地進行科學(xué)的設(shè)計， 便于工人熟悉作業(yè)流程，從而有效地提升作業(yè)和作業(yè)的質(zhì)量。 對于一些重要的， 復(fù)雜的， 精細的預(yù)制品， 可以利用BIM仿真系統(tǒng)進行操作， 并在BIM仿真平臺上反復(fù)演練， 從而提高工作效率， 確保工程的質(zhì)量。

3) 管理存貨， 利用BIM 技術(shù)對存貨進行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)批量、 快速、 自動化的驗收， 并能有效地減少手工驗收帶來的誤差。 同時， 利用條形碼對預(yù)制件的大小、 安裝位置等信息進行分析， 便于施工人員進行分揀、 實際安裝， 保證了整體庫存管理的精確性和條理化。

5.4 BIM技術(shù)用于裝配式建筑線路的碰撞檢測

建筑工程包括: 給水、 通訊、 通訊； 燃氣、 電力、 供熱等各類管道， 管道數(shù)量多， 線路間有交叉，施工時若不進行合理的布線， 會造成管道穿孔， 要進行返工， 從而增加建設(shè)費用。 建筑工程的實體交叉，其實體間的間隔小于設(shè)置的容差， 對施工造成的影響或?qū)ㄖ锏奶厥庖笤斐闪擞绊懀?稱為沖撞。 在進行碰撞檢測時， 要注意觀察建筑結(jié)構(gòu)梁、 空調(diào)管道、給排水管道之間有無碰撞現(xiàn)象， 或為保證施工的安全、 方便， 在不同專業(yè)施工之間留出一定的空間， 以防止彼此的影響。 在解決裝配式建筑設(shè)計變更時， 要進行碰撞檢測， 其工作程序包括: 1) 為客戶供應(yīng)各種工程， 如土建工程、 安裝工程； 2) 審核并修改提交的樣品； 3) 對各個行業(yè)的模板進行碰撞測試， 然后將測試結(jié)果進行打?。?4) 技術(shù)人員對各個模式進行了最優(yōu)設(shè)計， 并編制了相關(guān)的碰撞報表。 利用 BIM技術(shù)進行拼裝施工現(xiàn)場的碰撞監(jiān)測， 可以在施工過程中及時地發(fā)現(xiàn)構(gòu)件制造和施工中存在的問題， 并利用BIM技術(shù)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工， 使其不會發(fā)生沖突。通過BIM軟件， 可以導(dǎo)入供熱、 燃氣、 給排水等相關(guān)的數(shù)據(jù)， 然后將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入NavisWorks， 通過構(gòu)建各種模型， 建立相應(yīng)的模型， 生成相應(yīng)的圖形， 并對各種不同的組合進行組合。 裝配式建筑可以根據(jù)不同的構(gòu)件類型， 將相同的部件合并成一個完整的碰撞測試。 如果撞擊的位置少， 則可以進行最佳的搭配，而如果發(fā)生了沖突， 則要按照樓層來進行細致的區(qū)分。 在進行撞擊探測時， 還可以設(shè)定預(yù)制構(gòu)件的起重路線， 并對在起重時可能產(chǎn)生的沖撞進行分析， 以便對吊裝線進行優(yōu)化。 機電安裝工程是裝配式建筑工程中的一個重要階段， 也是一個難點問題。 采用BIM技術(shù)可視化技術(shù)， 在施工過程中， 可以直觀地顯示出所需預(yù)留的空洞的位置及尺寸， 并在對應(yīng)的坐標上進行標記， 以保證工程的正常進行。

5.5 BIM技術(shù)在建筑工程建設(shè)中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的建筑工程相比， 裝配式建筑在管理上也有一些差別。 裝配式建筑中的大部分部件都是預(yù)制的， 在運送到現(xiàn)場后， 要直接進行吊裝。 所以， 裝配式建筑的建設(shè)管理重點是預(yù)制件的制造、 運輸、 進場、 入庫、 吊裝， 保證工程進度順利完成。 裝配式建筑的施工管理， 其關(guān)鍵是能否及時掌握構(gòu)件的制造、運輸、 進場等信息， 從而避免對工程的整體進度產(chǎn)生不利的影響。 傳統(tǒng)的材料管理方法不能很好地適應(yīng)裝配式建筑的需求。 通過將BIM技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合， 構(gòu)建了一個現(xiàn)代的建筑信息管理平臺， 使得項目經(jīng)理和操作工人可以及時地掌握預(yù)埋件的工作狀態(tài)和特定的數(shù)據(jù)。 在部件制作期間， 裝配車間的工人會把部件的大小和模型； 將物料等資料錄入 RFID晶片，按照客戶的要求或合約編號， 再將含有元件資訊的晶片植入元件內(nèi)， 方便日后采購。 施工人員查閱、 查詢。 通過 RFID芯片獲取的零件信息， 將其輸入到BIM模型數(shù)據(jù)庫中， 根據(jù)所定義的位置和過程信息，將其與模型匹配。 在預(yù)制件制造完畢后， 制造商將零件運送至現(xiàn)場， 利用RFID芯片， 能在最短的時間內(nèi)掌握零件的運送地點， 并依據(jù)車輛的具體狀況， 進行合理的設(shè)計。 在零件運送至現(xiàn)場后， 由現(xiàn)場門禁系統(tǒng)讀卡器讀取出運輸車輛的資料， 及時通知采購及物管部門進行實地檢查， 確認后將其堆放在指定地點， 再將現(xiàn)場資料輸入RFID芯片， 并將其導(dǎo)入BIM模型庫，將各部件的位置、 進度與BIM模型進行比對， 以防止出現(xiàn)信息差錯。 通過對零件RFID芯片的數(shù)據(jù)分析，建立了BIM模型， 將零件在倉庫中的位置顯示出來，實現(xiàn)了零件的點對點堆疊和利用。

6 結(jié)語

BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑工程中的應(yīng)用將會有很大的優(yōu)勢。 中國走的是一條綠色的發(fā)展之路， 建筑工程能耗高， 資源消耗大， 且工程建設(shè)周期較長， 因此， 通過將BIM技術(shù)與預(yù)制裝配式建筑相結(jié)合， 可以有效地解決傳統(tǒng)的施工問題。 這樣， 建筑項目才能得到進一步的完善， 才能與中國的綠色發(fā)展戰(zhàn)略相適應(yīng)。