基于BIM技術的裝配式建筑低碳節(jié)能研究

王旭良

（中國十七冶集團有限公司）

1 引言

我國建筑產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大給經(jīng)濟建設提供了重要的助力，但建筑行業(yè)在迅猛發(fā)展的同時也消耗了大量的自然資源，造成了環(huán)保問題。因此，建筑行業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型是必然的。在此背景之下實現(xiàn)建筑領域的低碳節(jié)能發(fā)展，打造綠色化和信息化體系是未來建筑業(yè)的發(fā)展方向，而BIM就是一種關鍵的技術輔助手段。

2 基于BIM技術的裝配式建筑低碳節(jié)能價值評估

2.1 必要性

各類綠色環(huán)保技術和信息化手段的應用在一定程度上提升了我國建筑行業(yè)的全生命周期可操作性，也使得各類節(jié)能環(huán)保技術的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮，例如裝配式建筑就是近年來被廣泛使用的一種建筑體系，有助于推動傳統(tǒng)制造業(yè)的智能化和綠色化，建立綠色低碳制造體系，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，編制新時期的綠色建筑建設標準。建筑業(yè)在新型城鎮(zhèn)化進程不斷加速的時代背景下，需要正確認識到環(huán)境保護和資源應用方面的壓力，推進傳統(tǒng)建筑領域和新技術的有序配合，打造低碳節(jié)能經(jīng)濟體系[1]。從經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的層次來看，基于BIM的裝配式建筑低碳節(jié)能工作勢在必行，低能耗和高環(huán)保的綠色發(fā)展方式將成為建筑業(yè)的發(fā)展動力。在大幅降低建造成本的同時節(jié)約資源，實現(xiàn)長久發(fā)展，完成建筑工業(yè)化和建筑信息化的深度融合。

建筑信息化通過信息的協(xié)同性實現(xiàn)管理標準化和生產(chǎn)高效化，BIM技術與裝配式建筑作為信息化和工業(yè)化結(jié)合的重要載體，能改變傳統(tǒng)的建筑行業(yè)粗放生產(chǎn)模式，完成人力成本和技術層面的綜合升級，這將推動傳統(tǒng)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型，也將建立更加完善的資源應用系統(tǒng)。例如，很多建筑項目在建設過程中，可以直接通過大數(shù)據(jù)或互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)完成項目模擬，提前預估可能存在的技術缺陷，采取有效的應對措施等。

除此以外，基于BIM的裝配式建筑低碳節(jié)能設計可以滿足人們對建筑的功能需求。在現(xiàn)代社會，當人們的居住條件得到滿足之后，就開始關注居住質(zhì)量和居住舒適度。在BIM技術的幫助下，整個建筑的圍護結(jié)構(gòu)或是房屋結(jié)構(gòu)不僅考慮到人們的心理舒適性，同時還考慮到人們的生理需求，遵循低碳節(jié)能發(fā)展的需要。

2.2 可行性

基于BIM技術的低碳節(jié)能裝配式建筑體系得到了國家政策層面的支持和幫助，早在2017年國務院辦公廳頒布的《關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》當中就明確提出要采取規(guī)范化設計和工廠化生產(chǎn)模式，以裝配化施工推動建造方式，創(chuàng)新與智能化應用，大力發(fā)展裝配式混凝土建筑，力爭在10年內(nèi)將裝配式建筑在新型建筑當中的比例提高到30%。從這一角度來看，全國范圍內(nèi)對裝配式建筑的關注度都明顯提升，既得到了國家政策和措施層面的保障，同時也符合創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略要求，是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級階段的關鍵點[2]。所以從技術融合的要求來看，我們可以了解到BIM與裝配式建筑融合的必要性和可行性，以及兩者融合式產(chǎn)業(yè)合作和社會化推廣的必然趨勢。

工程項目在建設過程中會涉及諸多的學科知識和產(chǎn)業(yè)面，且建設項目規(guī)模本身龐大，在新形勢下，要綜合項目管理和產(chǎn)業(yè)整合的現(xiàn)實需要，一方面保障項目質(zhì)量的安全性，另一方面保障產(chǎn)品的核心競爭力。BIM技術的應用能夠充分促進模塊化和標準化的構(gòu)件設計方案，在建筑工業(yè)化推進階段擁有天然的發(fā)展優(yōu)勢與全生命周期管理理念之間形成了有序配合，實現(xiàn)設計協(xié)同化。例如，BIM技術可以輔助開展土建設計、結(jié)構(gòu)設計和水電設計，由系統(tǒng)生成專業(yè)的施工圖之后，就可以直接在現(xiàn)場施工中解決技術矛盾，根據(jù)構(gòu)件特性完善每個構(gòu)件的關鍵信息，完成裝配式建筑的多樣化協(xié)同施工。

作為現(xiàn)代建筑信息化的代表，BIM技術的協(xié)同性本身契合建筑全壽命周期的信息管理要求，能夠在建筑工程的不同階段發(fā)揮良好的技術輔助價值。例如，在工程設計階段，BIM技術就可以輔助開展建筑性能評估、設計圖模擬以及施工圖設計。在具體施工階段，可以利用BIM技術完成土建深化、構(gòu)件現(xiàn)場管理和施工進度調(diào)節(jié)；在項目運維階段可以完成設備管理和建筑能耗評價；在竣工驗收階段，則可以確定項目的使用功能和潛在價值等。依托BIM技術平臺可以直接對工程標準化設計或是預制構(gòu)件質(zhì)量情況進行提前預估，大幅提升施工進度和施工方案的準確性，各類設備材料在使用過程中能夠更加明確，進一步優(yōu)化生產(chǎn)流程，保障建筑設備的管理維護水平[3]。除此以外，BIM模型可以直接融合其他信息化手段，例如檢索輔助設備的預制組件和模型參數(shù)信息，從根本上提升了運維工作效率等。在結(jié)合施工現(xiàn)場的需求后，可用于檢查工程條件，也可調(diào)整材料設備的入場計劃。

3 基于BIM技術的裝配式建筑低碳節(jié)能設計

3.1 建筑設計階段的籌備

在裝配式建筑的低碳節(jié)能設計層面，需要綜合考慮構(gòu)件的生產(chǎn)和運輸?shù)榷喾矫娴男枨?，借助BIM技術優(yōu)化整個構(gòu)件的加工階段和設計階段，尤其是完成某些關鍵工作量的前置設計。前置設計的重點在于了解施工階段可能產(chǎn)生的各類偏差，然后提前采取針對性調(diào)整方案。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式的建筑相比，裝配式建筑對專業(yè)協(xié)同性方面的要求變得更高，特別是要強調(diào)各專業(yè)之間的參與配合，在BIM技術的幫助之下就可以完成前期的建筑籌備與綜合管理。

例如，在項目的選址方面就要綜合考慮多個層次的影響因素，考慮建筑業(yè)和預制構(gòu)件的特殊性，考慮建筑在設計階段的規(guī)劃選址要求以及自然土地條件等。從預制構(gòu)件的生產(chǎn)直至最終運輸至施工現(xiàn)場安裝，可以利用相應的技術軟件，對項目周圍的自然環(huán)境展開分析。確定工程在設計階段有哪些優(yōu)勢性環(huán)境條件以及在施工過程當中有哪些方法可以節(jié)能減耗。在進行環(huán)境分析之后，就可以將分析數(shù)據(jù)全部導入軟件中，再次進行編輯后，與地理信息系統(tǒng)進行結(jié)合應用，得出該地塊的空間分析結(jié)果，給建筑全生命周期信息化管理提前打好基礎。

而在建筑設計階段，可以協(xié)同各個專業(yè)完成項目技術應用，提前與生產(chǎn)廠家一同進入工程籌備工作中。例如，進行構(gòu)件設計前置、機電設計前置以及室內(nèi)裝修設計前置等。在整個裝配式建筑的設計規(guī)劃中，利用BIM可以完成對構(gòu)件的深化設計，從3D可視化到2D圖紙的快速轉(zhuǎn)變，提前檢查預制構(gòu)件的整體質(zhì)量，還可以利用該軟件完成施工模擬進度的分析和評價，適時調(diào)整運輸計劃和施工計劃等[4]。由于借助BIM平臺可以直接實現(xiàn)各個專業(yè)之間的信息交換，讓各個專業(yè)的技術人員能夠快速定位與項目工程有關的各類數(shù)據(jù)，及時找出工程階段可能存在的技術問題，減少構(gòu)件設計不合理等事件的發(fā)生。將裝配式建筑施工中的重要節(jié)點進行協(xié)同設計，減少施工困難和施工錯誤。

3.2 生產(chǎn)運輸階段的管控

在預制構(gòu)件的生產(chǎn)階段，借助BIM化模型可以更加清晰表達出比較復雜的空間關系，把圖紙信息全部集中到一個模型當中，完成信息對接。即便對于一些比較復雜的節(jié)點或典型構(gòu)件，也可以建立信息化模型，完成可視化評估和比較，適時對構(gòu)件的生產(chǎn)流程合理性作出評價[5]。值得一提的是，整個預制過程的生產(chǎn)流程，信息數(shù)據(jù)可以被全部保留，生產(chǎn)廠商和設計人員之間可提前展開交流對接，，只需要將信息輸入設備之后就可以完成自動化生產(chǎn)，大幅提高工作效率和工作質(zhì)量，減少人員消耗和材料設備消耗，充分滿足低碳節(jié)能的工作需求。

3.3 現(xiàn)場裝配施工管理

由于裝配式建筑的構(gòu)件大多需要進行垂直吊裝，所以在施工現(xiàn)場管理方面，同樣可以利用BIM技術提前展開流程的模擬規(guī)劃，大幅減少施工環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的協(xié)調(diào)性缺陷，確保整個施工過程有序平穩(wěn)進行。例如，在施工階段的場地配置工作中，如果要展開垂直吊裝，那么需提前計算起吊設備的型號選擇和垂直吊裝的參數(shù)，要求做好場地的交通指揮。利用RFID技術獲取構(gòu)件信息之后，通過傳輸器將信息傳輸至云端服務器，然后由云端服務器匹配構(gòu)件的位置以及項目進度，了解每個組件的位置和堆放要求，這可以確保構(gòu)件在進場之后的安全性和使用性。在4D-BIM模型的幫助之下，施工方可提前展開施工模擬，讓現(xiàn)場管理人員提前了解建筑的建造過程和建造順序，提前判斷場地的施工平面是否能夠滿足工程的標準需求。而預制構(gòu)件本身存在的芯片可以幫助技術人員提前進行定位，了解構(gòu)件的安裝進度和安裝質(zhì)量，確定相應的技術標準等。

在后期的信息化交互環(huán)節(jié)，一旦完成裝配項目的設計和施工之后，就需要對各類參數(shù)信息和數(shù)據(jù)進行審查和統(tǒng)計，并且隨著項目的進展，各類參數(shù)模型信息也將處于動態(tài)更新的狀態(tài)之中。在預制組件中加入芯片等數(shù)字標簽，可以直接完成建筑質(zhì)量責任判定，確定在整個項目過程中使用的材料、人員、工時等，這有助于大幅縮減施工時間，提升施工效率，降低管理成本[6]。BIM式建筑產(chǎn)業(yè)鏈中得到了廣泛應用并大幅提升的項目信息化運作水準，降低了全生命周期中的溝通成本和資源消耗，這成為低碳節(jié)能領域的應用典范，具有良好的技術推廣價值。今后，云平臺和信息化監(jiān)控系統(tǒng)能夠給裝配式建筑在全生命周期的發(fā)展道路上提供更加明確的技術支持，形成獨特的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，打造建筑產(chǎn)業(yè)化、低碳節(jié)能新方向。

4 結(jié)語

BIM技術在建筑設計和建筑施工階段的應用優(yōu)勢顯著，一方面提升了建筑的使用性能，另一方面突出了建筑的施工特性。在雙碳政策和節(jié)能環(huán)保的新要求下，BIM技術能夠應用在圖紙優(yōu)化、模擬施工、節(jié)點管理和進度控制等多項工作中，用以減少污染，降低成本，優(yōu)化技術流程，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。無論是裝配式建筑還是BIM技術，都是為了優(yōu)化建筑行業(yè)的傳統(tǒng)粗放生產(chǎn)模式和高污染高耗能現(xiàn)狀?？梢灶A見的是，利用BIM模型對項目實施管理之后，可以加快生產(chǎn)建設效率并規(guī)范建筑企業(yè)的施工管理，幫助現(xiàn)代企業(yè)完成降本增效的發(fā)展目標。