既有建筑裝配式裝修BIM 技術(shù)全壽命周期應(yīng)用

顧曼GU Man；翟勝增ZHAI Sheng-zeng

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，徐州 221116）

0 引言

當(dāng)前，隨著綠色建筑、裝配式建筑的發(fā)展，裝配式裝修因其綠色環(huán)保、質(zhì)量高、工期短等優(yōu)點，成為了裝飾裝修行業(yè)的前沿?zé)狳c話題。BIM（BuiIding lnformation Modeling，建筑信息模型）技術(shù)作為傳統(tǒng)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的重要手段和基礎(chǔ)，其作用和意義也是不言而喻的。對裝配化技術(shù)和BIM 技術(shù)的應(yīng)用，最理想的情況是，裝配式裝修作為裝配式建筑的內(nèi)在組成部分，整個新建建筑從主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線系統(tǒng)到內(nèi)裝系統(tǒng)、外裝系統(tǒng)，能夠全面應(yīng)用裝配化技術(shù)，使BIM 技術(shù)在裝配式建筑的專業(yè)協(xié)同、全壽命周期協(xié)同中帶來顯著效益。

然而，我們也可以看到，目前城市擴(kuò)張速度相對減慢，新建建筑的數(shù)量有限，但大量的存量建筑在長達(dá)幾十年甚至上百年的使用期內(nèi)，廣泛存在功能不完善、分區(qū)劃分不合理、結(jié)構(gòu)老化、管線設(shè)備老化等問題，可能面臨多次內(nèi)外部裝修的更新改造。在其更新改造過程中，如果采用傳統(tǒng)裝修方式，就會帶來結(jié)構(gòu)破壞、安全隱患、噪聲污染、建筑垃圾等，從而對建筑本身及周圍環(huán)境帶來負(fù)面影響[1]。那么如何在既有建筑改造和裝修的過程中，采用先進(jìn)的BIM技術(shù)和裝配式裝修技術(shù)，達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高質(zhì)量、加快工期的目的，就成為當(dāng)前建筑裝飾業(yè)亟需研究的問題。

1 裝配式裝修與BIM 技術(shù)的概念和優(yōu)勢

2021 年10 月1 日開始實施的《裝配式內(nèi)裝修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中指出，裝配式內(nèi)裝修是指“遵循管線與結(jié)構(gòu)分離的原則，運用集成化設(shè)計方法，統(tǒng)籌隔墻與墻面、吊頂、樓地面等各個系統(tǒng)，將工廠化生產(chǎn)的部品部件以干式工法為主進(jìn)行施工安裝的裝修建造模式”。該標(biāo)準(zhǔn)同時將裝配式裝修分為八個部品體系，分別是隔墻和墻面系統(tǒng)、吊頂系統(tǒng)、樓地面系統(tǒng)、集成式廚房、集成式衛(wèi)生間、收納系統(tǒng)、內(nèi)門窗系統(tǒng)、設(shè)備和管線系統(tǒng)。

傳統(tǒng)裝修具有管線嵌入結(jié)構(gòu)、材料現(xiàn)場二次加工、施工時以濕作業(yè)為主等特征，與之相比，裝配式裝修優(yōu)勢明顯：①遵循管線與結(jié)構(gòu)分離的原則，無需對墻體進(jìn)行剔鑿和修復(fù)，降低翻新改造成本，不會對建筑主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；②工廠化生產(chǎn)部品部件，施工現(xiàn)場直接進(jìn)行安裝，顯著減少現(xiàn)場材料浪費、粉塵、噪聲、垃圾污染；③干式工法為主進(jìn)行施工安裝，規(guī)避了不必要的技術(shù)間歇，杜絕了濕作業(yè)帶來的多種質(zhì)量通病，裝配工藝易于培訓(xùn)，方便翻新維護(hù)。

在具備上述優(yōu)勢的同時，仍處于發(fā)展初期的裝配式裝修，也在各環(huán)節(jié)面臨著新的挑戰(zhàn)：①裝配式裝修設(shè)計時難以與建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)進(jìn)行很好地對接；②設(shè)計人員和部品生產(chǎn)商溝通效率低，同時優(yōu)秀部品不足、接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；③大量外觀相似又存在區(qū)別的預(yù)制構(gòu)件給現(xiàn)場倉儲管理和安裝前的識別帶來了困難；④使用者難以與部品生產(chǎn)商進(jìn)行技術(shù)對接，運維過程中的更新維護(hù)不及時。

信息交流不充分是造成以上問題的重要原因之一。BIM 技術(shù)作為建設(shè)項目信息化的重要手段，能夠為裝配式裝修的發(fā)展掃除障礙、鋪平道路。BIM 是對建筑物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字信息化表達(dá)，并在建筑信息模型的創(chuàng)建、使用和管理中產(chǎn)生動態(tài)的數(shù)據(jù)價值[2]。從傳統(tǒng)的三維信息拓展至四維（增加施工進(jìn)度模擬）、五維（增加造價分析）等，BIM 技術(shù)包含越來越豐富的模型信息。

2 整體策略

基于BIM 技術(shù)的既有建筑裝配式裝修全壽命周期管理，首先要選擇兼容性、關(guān)聯(lián)性好的BIM 建模軟件。常用的建模軟件Revit 主要采用族庫建模方式，同時也存在族庫項目不足的情況。在此基礎(chǔ)上，針對裝配式裝修部品構(gòu)件的特殊性、復(fù)雜性和精細(xì)化要求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步選擇新興的參數(shù)化建模插件無縫連接Revit，通過參數(shù)和程序進(jìn)一步進(jìn)行深化設(shè)計、三維建模。同時，為了實現(xiàn)全壽命周期管理，需要選擇或開發(fā)裝配式裝修BIM 全壽命周期管理平臺（以下簡稱BIM 平臺），在現(xiàn)場測量及設(shè)計階段、部品采購生產(chǎn)階段、現(xiàn)場安裝階段、運維階段進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交流與應(yīng)用，整體策略如圖1 所示。

圖1 裝配式裝修BIM 全壽命周期管理平臺整體策略

由圖1 可以看出，BIM 模型以及BIM 平臺的應(yīng)用貫穿從測量到運維的所有階段，二者均發(fā)揮著不可或缺的重要作用，并且需要進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與頻繁的數(shù)據(jù)溝通。除此之外，BIM 平臺還需要與裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家的部品銷售系統(tǒng)、數(shù)控生產(chǎn)系統(tǒng)、建筑物運維管理系統(tǒng)等進(jìn)行對接，自身還需要實現(xiàn)各參與方線上交流、“拆除部位”標(biāo)記、生產(chǎn)與安裝實時部品跟蹤與進(jìn)度控制、施工安裝工藝模擬與質(zhì)量控制、高效運維管理等多種功能。

3 現(xiàn)場測量及設(shè)計階段

3.1 現(xiàn)場測量及三維建模

既有建筑已具備主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、裝飾裝修等各專業(yè)的工程物理實體。大多數(shù)情況下更新改造的任務(wù)，是在原有工程實體的基礎(chǔ)上，完成主體結(jié)構(gòu)局部加固、二次結(jié)構(gòu)改造、局部設(shè)備管線改造及大面積裝飾裝修的拆除和更新。因此，依托現(xiàn)場測量的結(jié)果，詳盡掌握原有工程實體的各方面細(xì)節(jié)是更新改造項目成功的前提。同時，由于原有工程實體的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的測繪工具和手段耗時長、精度低，難以滿足項目要求。因此，應(yīng)選擇高效、高精度的數(shù)字化三維掃描儀，例如FARO FocusS70 移動式三維激光掃描儀等[3]，對原有工程實體進(jìn)行全方位掃描，生成點云數(shù)據(jù)和點云模型。此時的點云模型還并不完善，需要進(jìn)一步進(jìn)行點云拼接、點云去噪、點云修剪等。同時，將既有建筑的已有二維圖紙轉(zhuǎn)化為BIM 模型，或者直接獲取既有建筑竣工BIM 模型，與點云模型進(jìn)行對比分析，有差異的細(xì)節(jié)之處繼續(xù)與原有工程實體進(jìn)行復(fù)核，完善及復(fù)核后的點云模型可以全面、客觀地反映原有工程實體主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、裝飾裝修等各專業(yè)的實際狀況，為下一步裝配式裝修的設(shè)計提供精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 初步設(shè)計

將完善及復(fù)核后的BIM 模型上傳至BIM 平臺，設(shè)計人員、業(yè)主、裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家可以借助BIM 模型共同討論既有建筑更新改造的初步方案。依據(jù)討論的具體內(nèi)容，初步設(shè)計建模時將需要拆除的裝飾面標(biāo)記為“拆除部位”后刪除（刪除前保存模型版本以用于后期拆除施工時快速準(zhǔn)確定位），將考慮保留的裝飾面留在模型中，同時保留原有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和設(shè)備管線系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員著手進(jìn)行初步設(shè)計方案的建模。

建模過程中，對于局部需要加固的結(jié)構(gòu)部位完成加固方案建模，對于局部需要拆除的二次結(jié)構(gòu)和設(shè)備管線，也標(biāo)記為“拆除部位”后刪除（刪除前保存模型版本），再繼續(xù)進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線的補(bǔ)充完善以及裝飾裝修設(shè)計的建模。設(shè)計人員可以為業(yè)主提供多個初步設(shè)計方案，上傳至BIM 平臺進(jìn)行溝通和選擇。除了需要參考業(yè)主和裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家的意見之外，還可以借助BIM 技術(shù)來評估初步設(shè)計方案在規(guī)范遵守、功能布局、光熱分析、人體工程學(xué)等方面的情況，通過數(shù)據(jù)對比和模擬分析進(jìn)行初步設(shè)計方案的論證和比選。

3.3 深化設(shè)計

深化設(shè)計需要完成的主要工作包括裝配式裝修建模排版、裝配式裝修節(jié)點設(shè)計、碰撞檢查和模型復(fù)核校驗。

裝配式裝修包含大量標(biāo)準(zhǔn)化的、有規(guī)律的部品構(gòu)件，如輕質(zhì)隔墻的龍骨和板材、裝配式地面的架空模塊、裝配式吊頂頂板等。在BIM 建模過程中，依據(jù)BIM 模型中各個裝修面的實際尺寸、裝配式部品構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)部品和非標(biāo)準(zhǔn)部品的尺寸，在BIM 模型中進(jìn)行自動建模排版，與人工排版相比速度快、精確度高。

完成大面積裝修面的自動建模排版后，還需要進(jìn)行裝配式裝修節(jié)點的設(shè)計，包括各模塊安裝節(jié)點、不同裝飾面交接處節(jié)點、裝飾裝修面與設(shè)備管線系統(tǒng)交接處、各類預(yù)留洞口的節(jié)點設(shè)計等。采用族庫建模方式或參數(shù)化建模方式，預(yù)先完成節(jié)點設(shè)計和建模，再將節(jié)點模型融入整體模型中。

需要注意的是，在BIM 平臺中，需要將BIM 模型與裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家的部品銷售系統(tǒng)進(jìn)行對接，在建模排版和節(jié)點設(shè)計盡可能采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)化部品和構(gòu)配件。對于需要定制的非標(biāo)準(zhǔn)部品和構(gòu)配件等，也要在BIM 平臺中與廠家進(jìn)行溝通和確認(rèn)，以便提高后期裝配式部品構(gòu)件生產(chǎn)和安裝的可行性和效率。

完成建模排版和節(jié)點設(shè)計的裝配式裝修BIM 模型中包含復(fù)雜的各專業(yè)構(gòu)件信息，需要利用BIM 軟件進(jìn)行三維碰撞檢查，及時發(fā)現(xiàn)裝配式裝修系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的碰撞，如墻體與裝飾面重疊、管線與墻體穿插碰撞、消防噴頭與燈盒碰撞等，進(jìn)而解決碰撞、完善模型，在裝配式裝修部品體系生產(chǎn)和安裝時減少返工、節(jié)約成本、加快進(jìn)度。

最后對模型進(jìn)行復(fù)核和校驗。將完成節(jié)點設(shè)計后的BIM 模型上傳至BIM 平臺，利用BIM+VR 技術(shù)搭建仿真場景模擬，提高業(yè)主的真實感和體驗感，直接進(jìn)行裝配式裝修方案的比較和優(yōu)選。同時由裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家提前驗證施工的可行性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整和完善。

3.4 計量計價、形成部品清單及出圖

深化設(shè)計后的BIM 模型已經(jīng)具備充分完善的模型和構(gòu)件信息。接著，利用BIM 軟件具有的提量組價功能，實現(xiàn)工程量清單的快速提取和施工圖預(yù)算的快速組價，提高計量計價的效率和準(zhǔn)確性。接著，將計量計價成果文件上傳至BIM 平臺，業(yè)主可將當(dāng)前設(shè)計方案的成本與自己的裝修預(yù)算進(jìn)行對比，如有必要，繼續(xù)進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整和完善，并且可以在BIM 平臺上從生產(chǎn)廠家的部品銷售系統(tǒng)中直接選擇外觀、材質(zhì)、價格等各方面都能夠滿意的部品和構(gòu)配件。接著，在模型中為每個部品和構(gòu)配件設(shè)置唯一的二維碼，該二維碼包含編碼、位置、名稱、數(shù)量、規(guī)格、性能要求等屬性信息，并形成詳細(xì)具體、分門別類的部品清單，作為后期預(yù)制生產(chǎn)、進(jìn)場驗收和現(xiàn)場安裝的主要依據(jù)。最后，由于模型信息較為復(fù)雜、整體性強(qiáng)，為了方便起見，可以在三維模型中直接導(dǎo)出二維平面施工圖和三維大樣圖，用于局部裝修方案的研究和施工，提高針對性、具體性。

4 部品采購生產(chǎn)階段

上述設(shè)計階段完成時，模型中選用的部品和構(gòu)配件已經(jīng)在BIM 平臺中經(jīng)過了設(shè)計人員、業(yè)主、裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家三方的溝通和共同確認(rèn)，并且形成了具備唯一二維碼的詳細(xì)部品清單。因此，可以在廠家的部品銷售系統(tǒng)中一鍵下單，實現(xiàn)業(yè)主到廠家的智能定制和直銷供應(yīng)，優(yōu)化采購流程，顯著提高部品采購的透明度和效率。接著，將BIM 模型、部品清單與廠家的數(shù)控生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行對接，識別部品和構(gòu)配件的二維碼，將相關(guān)參數(shù)和信息傳遞到數(shù)控機(jī)床中，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)，提高構(gòu)件生產(chǎn)效率[4]。生產(chǎn)進(jìn)度以及后續(xù)運輸、進(jìn)場和安裝的進(jìn)度信息，由廠家及時上傳到BIM 平臺，供業(yè)主和設(shè)計人員進(jìn)行實時查詢和跟蹤。需要注意的是，在生產(chǎn)之前應(yīng)首先進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度和安裝進(jìn)度的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。結(jié)合業(yè)主的要求，由裝配式裝修部品生產(chǎn)廠家制定生產(chǎn)和安裝的整體流程，并計算工期。合理安排各部品和構(gòu)配件的生產(chǎn)時間、運輸時間、進(jìn)場時間、安裝時間，最大程度上實現(xiàn)采購階段和現(xiàn)場安裝階段的緊密銜接，發(fā)揚(yáng)裝配式裝修在進(jìn)度管理上的顯著優(yōu)勢。

5 現(xiàn)場安裝階段

現(xiàn)場安裝之前，應(yīng)對初步設(shè)計時在BIM 模型中標(biāo)記了“拆除部位”的部分原裝飾面、二次結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線等進(jìn)行拆除。借助于BIM 模型和BIM 平臺，現(xiàn)場安裝階段主要完成的工作包括施工安裝工藝模擬、安裝過程進(jìn)度管理及安裝質(zhì)量控制。

基于BIM 模型，針對裝配式裝修中涉及到的各項施工安裝工藝，尤其是技術(shù)復(fù)雜、安裝易出錯的重難點工藝，以實時VR 或生成動畫的方式，對場地布置、臨時及永久設(shè)施安裝、樓地面標(biāo)準(zhǔn)模塊和非標(biāo)準(zhǔn)模塊排布、隔墻及吊頂板塊構(gòu)件吊裝、管線安裝、集成式衛(wèi)生間安裝、復(fù)雜節(jié)點安裝工序等進(jìn)行三維演示，完成施工安裝工藝模擬[5]。這不僅有利于對安裝人員進(jìn)行直觀有效的三維技術(shù)交底，也能夠提前檢驗施工安裝的可行性，如有問題提前發(fā)現(xiàn)和解決。其次是施工安裝進(jìn)度控制。在部品采購生產(chǎn)階段，已經(jīng)制定了生產(chǎn)與安裝的整體進(jìn)度計劃。將生產(chǎn)進(jìn)度通過生產(chǎn)廠家的數(shù)控生產(chǎn)系統(tǒng)導(dǎo)入BIM 平臺，通過現(xiàn)場實時監(jiān)控和跟蹤部品二維碼，將施工安裝進(jìn)度也導(dǎo)入BIM 平臺，在平臺中進(jìn)行生產(chǎn)與安裝實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度進(jìn)行對比。平臺對滯后部位進(jìn)行自動標(biāo)紅預(yù)警處理，施工安裝人員采取調(diào)整措施，整個生產(chǎn)與安裝進(jìn)度計劃自動隨之調(diào)整，實現(xiàn)實時、聯(lián)動的生產(chǎn)與安裝進(jìn)度控制。

上述施工安裝工藝模擬是安裝質(zhì)量控制的有效手段之一。除此之外，設(shè)計和生產(chǎn)廠家可以提前將施工安裝說明、注意事項、質(zhì)量風(fēng)險要點等融入BIM 模型中，以利于現(xiàn)場安裝人員對安裝質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

6 運維階段

現(xiàn)場安裝完成后，將包含裝配式裝修施工現(xiàn)場安裝實況、保養(yǎng)方式等竣工驗收信息錄入BIM 模型中，形成竣工BIM 模型，作為運維的重要依據(jù)。

在運維階段中，如遇到裝配式裝修部品構(gòu)件損壞的情況，業(yè)主可在BIM 平臺中提出維修申請單。裝配式裝修生產(chǎn)廠家接到申請單后，可快速獲取相關(guān)部品的技術(shù)參數(shù)，篩選出匹配的部品配件，或者由業(yè)主自行選擇。部品生產(chǎn)之后由生產(chǎn)廠家安排維修人員上門安裝。對于一些安裝簡易的部品配件，甚至可以郵寄給業(yè)主，由業(yè)主自行安裝。整個過程中業(yè)主可以隨時與廠家進(jìn)行線上交流，提升裝配式裝修運維效率。另外，還可借助BIM 模型將建筑物運維管理系統(tǒng)融入BIM 平臺中，并應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，對整個建筑物在運維階段進(jìn)行設(shè)施設(shè)備管理、管線系統(tǒng)管理、建筑能耗管理等，實現(xiàn)更全面的集成化運維管理。

7 結(jié)語

BIM 技術(shù)作為傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)，已成功應(yīng)用于多個既有建筑的裝配化裝修工程中。隨著BIM 技術(shù)與裝配化裝修的逐步普及，其優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)，為建筑裝飾業(yè)帶來更為顯著的效益，同時助力綠色建筑發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。