BIM技術助推裝配式建筑綠色發(fā)展

摘 要：在當前“雙碳”背景下，裝配式建筑成為建筑領域的關注點。在節(jié)能環(huán)保增效方面，裝配式建筑比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑有顯著優(yōu)勢，但其建造難度有所增加，需要使用BIM技術來協(xié)同輔助進行智能化建造。本次研究主要是分析裝配式建筑施工的重難點，并介紹了基于BIM的裝配式建筑綠色發(fā)展的優(yōu)勢。

關鍵詞：BIM技術；裝配式建筑；綠色發(fā)展

引言

近年來，全球氣候變暖，引起極端天氣頻發(fā)，自然災害增多。為此我國制定了2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的目標。在傳統(tǒng)建筑施工過程中，會產(chǎn)生大量粉塵、建筑垃圾等，對環(huán)境造成很大壓力，建筑行業(yè)的碳排放控制刻不容緩。尤其目前，建筑行業(yè)發(fā)生了較大的變化，項目施工現(xiàn)場遇到勞動力短缺、建造成本增加、多專業(yè)協(xié)同困難等問題。同時人們對建筑的需求也發(fā)生了較大改變，行業(yè)正面臨巨大挑戰(zhàn)。裝配式建筑相比于傳統(tǒng)建筑，建造周期短，施工現(xiàn)場所需人力少，對環(huán)境污染小，正適合現(xiàn)在的建筑市場。因此，發(fā)展裝配式建筑是城市中開展綠色經(jīng)濟的必然選擇。

一、裝配式建筑施工的重難點

一是預制構件供應難。一個完整的裝配式建筑項目涵蓋構件生產(chǎn)、土建、安裝、暖通、給排水、消防、智能化等多個專業(yè)，各專業(yè)工作空間頻繁交叉，溝通協(xié)同困難，施工效率也必然下降。預制構件作為裝配式建筑的基本組成，目前其標準化程度不高，配套生產(chǎn)廠商的數(shù)量和規(guī)模也都不大，工廠生產(chǎn)效率不高，且由于缺少統(tǒng)一的驗收標準，預制構件的質量也參差不齊，其全過程管理尚待完善。二是可借鑒經(jīng)驗少，技術人員匱乏。目前，國內成熟的裝配式建筑設計方案和施工經(jīng)驗不多，且由于地區(qū)及環(huán)境因素，可借鑒資源更少。同時，裝配式建筑項目由于其復雜性，設計圖紙與變更次數(shù)較多。目前裝配式方向的專業(yè)技術人員較少，真正掌握裝配技術與方法的人員更少，這為項目施工與建筑質量帶來極大挑戰(zhàn)。三是建設精度要求高?？紤]建筑整體的穩(wěn)定性與安全性，裝配式建筑對節(jié)點連接與構件連接的精度要求高。建筑構件要考慮生產(chǎn)、運輸、吊裝等因素，深化設計較難，需考慮周密。同時，為進一步減少現(xiàn)場施工難度、縮短工期，會把多項工作前置。四是供應鏈管理風險大。由于目前建筑業(yè)的市場波動大，建筑部件的供應鏈系統(tǒng)管理風險增大，開發(fā)商的責任管理制度、評估體系、承包商的建設水平等起到關鍵性作用，生產(chǎn)計劃、物流與材料價格波動較大，難以實現(xiàn)各方利益最大化。五是市場接受度不高。裝配式建筑出現(xiàn)較晚，市場認知度和接受度遠不如傳統(tǒng)建筑。部分人認為裝配式建筑像積木一樣拼裝而成，會不牢固，安全性得不到保障。部分開發(fā)商對裝配式建筑的認識也有偏差，導致裝配式建筑發(fā)展緩慢。

二、裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國內外發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑在全球的應用逐年增多，許多發(fā)達國家已經(jīng)將其作為綠色建筑的首選。日本、德國、瑞典等國家的裝配式建筑發(fā)展較成熟，案例與研究也較多。在我國，由于國家政策的支持及市場需求，近幾年裝配式建筑發(fā)展迅速，包括工業(yè)廠房、住宅和公共建筑設施等。程佳提到安徽省在部分農(nóng)房建設中采用冷彎薄壁型鋼-輕聚合物復合墻板進行全裝配建造[1]；孫浩等介紹了綠色材料在裝配式建筑中的應用[2]；周文瑞研究了低碳背景下的EPC裝配式建筑項目成本管理等[3]。

（二）政策支持及發(fā)展前景

為推動裝配式建筑的發(fā)展，我國制定了多項政策與標準規(guī)范，自2016年《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》出臺后，全國各省市相繼出臺了多項與裝配式建筑相關政策文件與技術標準，特別是各項激勵政策，為裝配式建筑提供了建設的制度保障和技術支撐。 在政策及市場的助推下，與裝配式建筑建造相關的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，能力快速提升，同時還帶動了制造、運輸、安裝等行業(yè)公司的轉型發(fā)展，一些高校與龍頭企業(yè)積極培育裝配式建筑技能人才，為建筑行業(yè)增加新的血液，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善。近幾年，疫情因素使得產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都受到阻礙，尤其是運輸、現(xiàn)場吊裝環(huán)節(jié)，這就需要BIM技術進行多方位管理，實時調整方案。2020年，相關部門聯(lián)合發(fā)布了裝配式建筑施工員等16個新職業(yè)，從業(yè)人員正式“持證上崗”，此后，對應的職業(yè)標準與技能標準相繼出爐，加速了建筑業(yè)的轉型升級，也提升了裝配式行業(yè)的就業(yè)率，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。

三、BIM技術助推裝配式建筑綠色發(fā)展

（一）設計階段

區(qū)別于傳統(tǒng)建筑形式，裝配式建筑在此階段增加了建筑部件拆分、構件深化設計、預制生產(chǎn)安排、現(xiàn)場吊裝布局等流程。通過Revit、Tekla、Bentley等軟件構建三維BIM模型，將構件信息添加到模型中，將其數(shù)字化，以方便整理歸檔。再根據(jù)方案深化設計后，使得模型能滿足各專業(yè)的需求。設計階段為后續(xù)生產(chǎn)、建造及安裝提供了指導保障，通過建筑外形設計、建筑材料選取、構件拆分、碰撞檢測、管線綜合等過程的模擬來論證項目方案。

一是建筑外形設計。綠色建筑需考慮采光、通風等因素，盡可能減少照明和取暖成本。通過BIM軟件快速“拼裝”多種方案，選出最合適的門窗尺寸及布局。建筑外部的植被、遮陽設施等布置也可通過BIM軟件模擬得到最優(yōu)方案，以此降低建筑能耗。二是建筑材料選取。通過對BIM模型的分析，可以更好地保障建筑材料的科學選取和高效應用。例如模擬自然光在各個空間的傳播路徑，分析其在不同時段的分布及內外墻材料的反射性，選取高效能的墻體材料，多利用自然光，節(jié)約人工照明所產(chǎn)生的能耗。同時，從BIM協(xié)同平臺資源庫中優(yōu)先考慮和選擇地方性材料，以減少運輸過程中的能源消耗和碳排放，后期如果出現(xiàn)變更或售后問題，也能夠更加方便快捷地進行處理和解決。三是碰撞檢測與管線綜合。裝配式建筑中，建筑構件需要拼裝，所以對預制構件的精度要求很高，要使用BIM技術對預制構件中的鋼筋及預埋預留等進行碰撞檢測，減少現(xiàn)場安裝時的問題。同時，根據(jù)施工圖進行BIM模型搭建，檢查構件連接節(jié)點處的碰撞情況，調整鋼筋排布及建筑構件尺寸等。裝配式建筑中，機電系統(tǒng)整體性較強，且管線排布錯綜復雜，安排不合理的話，對空間凈高影響較大。利用BIM技術進行管道碰撞檢測和漫游查看（見圖1），可以對不規(guī)則房間進行凈高分析，優(yōu)化管線區(qū)域，盡量在平面減少管線之間的交叉，綜合考慮管線尺寸與間距、支架位置、樓地面裝飾層厚度、施工便利和預留的功能區(qū)，在符合規(guī)范要求的同時，有效提升凈高或降低層高，節(jié)約管線耗材[4]。四是預制構件深化設計。在這個階段，借助BIM模型，可精確掌握建筑構件的幾何尺寸、強度要求、保護層厚度、預埋件位置形狀及安裝方式等信息，便于合理拆分構件，整理歸納標準化構件，進而簡化后續(xù)的生產(chǎn)施工流程。再結合模型中機電系統(tǒng)提供的準確點位排布，將預制的樓板、墻體、梁柱、部分整體構件等，與現(xiàn)場澆筑部分的空間關系進行協(xié)調，確定現(xiàn)場的固定設施準確位置和預留預埋需求，以減少現(xiàn)場返工，節(jié)省安裝成本[5]。

（二）生產(chǎn)階段

預制構件廠的工人通過查看三維模型，可準確綁扎鋼筋，控制構件保護層厚度等，減少生產(chǎn)誤差。以BIM模型為基礎，建立云平臺進行智能化管理，將生產(chǎn)進度與現(xiàn)場施工進度關聯(lián)，結合RFID監(jiān)測構件位置，3D掃描監(jiān)測對比構件實際生產(chǎn)質量，移動終端實時反映建設問題。除此之外，由于大量預制構件在工廠生產(chǎn)，工程量統(tǒng)計要保證準確性，將構件材料信息添加到BIM模型后，可實時查看材料的供需情況，一旦發(fā)生變化，能及時通知下游供應商，從而提高產(chǎn)業(yè)鏈效率和管理水平，控制建設成本。

（三）施工安裝階段

一是節(jié)點安裝。由于裝配式建筑是由構件通過拼裝組合而成的，因此，為了確保建筑能夠滿足防水、抗震等多方面的性能要求，及提高整體結構的穩(wěn)定性和安全性，必須高度重視節(jié)點的安裝質量。在施工技術交底時，施工團隊需要對整個施工過程或者關鍵的施工工序進行比較細致的可行性模擬分析。讓負責安裝的技術人員可以更加深入地了解BIM模型中所展示的節(jié)點連接細節(jié)，從而在實際操作中能夠更加精準地進行安裝工作。這種模擬和指導不僅能夠幫助安裝人員規(guī)避在施工過程中可能遇到的吊裝偏差、拼接誤差大等問題，減少返工次數(shù)，還能降低施工安裝的技術門檻，減少對高技能工人的依賴。這有助于降低施工方整體的用人成本，同時確保工程質量得到有效控制和提升。二是進度安全管理。在構件安裝的過程中，安全管控、成本控制以及進度控制是需要特別關注的幾個方面。為了更有效地管理這些方面，可以構建一個現(xiàn)場施工場地的BIM模型。通過這個模型，確定現(xiàn)場堆場、各種材料加工棚以及塔吊等關鍵設施的最佳布置位置。進而利用BIM軟件進行模擬規(guī)劃出最高效的施工工序，從而確定最優(yōu)的場地布置方案。此外，通過BIM云端平臺，項目工程的建設過程可以被實時展現(xiàn)出來，管理人員能夠更加直觀地掌握現(xiàn)場的實際情況?；谄脚_提供的進度偏離提醒功能，管理人員可以及時調整施工進度計劃，以達到縮短工期的目的。

（四）運維階段

在建筑的全壽命周期中，運維階段是持續(xù)時間最長且和居住評價最相關的階段。這個階段主要的工作職責是確保建筑設施得到妥善的管理和維護，包括但不限于市政設施的維護、各種設備的保養(yǎng)、建筑內部的裝修工作以及對預留建筑空間進行合理的規(guī)劃?；贐IM模型以及云端平臺所提供的詳細全過程建筑信息資料，維護人員可以迅速而準確地定位到故障的具體位置，輕松找到建造過程中所使用的各種構件以及相關設備的生產(chǎn)廠家信息，然后及時地進行必要的維修和保養(yǎng)工作，并且將這些維護活動的記錄及時上傳至云端平臺，確保整個建筑的全壽命周期內所有活動都有詳細記錄可查。此外，利用BIM技術進行人員疏散和救援流程的模擬，可以幫助我們制定和更新應急預案，從而顯著提高應急行動的效率和效果。這一點對于公共建筑來說尤為重要，因為公共建筑通常規(guī)模龐大，結構復雜并且人員密集，更加需要利用信息化的管理方式來進行日常的運維管理工作。

四、裝配式建筑的發(fā)展方向

一是標準化設計。通過實施標準化設計，我們可以顯著降低在構件拆分過程中出現(xiàn)的不確定性因素，從而減少設計階段可能出現(xiàn)的錯誤。這樣在生產(chǎn)過程中能夠有效節(jié)約因不規(guī)則模具使用而產(chǎn)生的損耗，從而提高整個建筑項目一致性。再將人工智能和機器人技術等現(xiàn)代科技手段融入構件的生產(chǎn)和現(xiàn)場施工過程中，可以實現(xiàn)智能化生產(chǎn)建造，提高構件生產(chǎn)效率和精度。二是智能化設計。將BIM協(xié)同平臺與建筑的自動化控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等結合，可建立集成化程度較高的可視化建筑管理系統(tǒng)，方便項目各參與方快速了解建筑建造情況、運行情況及遇到的困難等。通過平臺交互及深入的數(shù)據(jù)分析，可優(yōu)化資源使用。三是政策支持。目前，大眾對裝配式建筑還持觀望態(tài)度，政府和相關機構可以在公共建筑領域廣泛應用裝配式建筑，加強宣傳，并出臺政策支持來保障行業(yè)的良性運行，從而拓展更廣闊的市場。

結束語

相比于傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑更符合現(xiàn)代社會對建筑功能的需求，能提升建筑的整體價值。隨著未來建筑行業(yè)及其他智能化技術的不斷提升，裝配式建筑的功能會愈加完善，應用場景也會更加廣泛。建造大眾滿意的建筑一直是建筑行業(yè)的發(fā)展方向，這也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色生活方式的重要途徑。

參考文獻：

[1]程佳，周學才，張旭東，等.裝配式建筑技術助力現(xiàn)代宜居農(nóng)房建設——以安徽省長豐縣吳山鎮(zhèn)龍門里綠色農(nóng)房項目應用實踐為例[J].建設科技，2023（21）：49-51，56.

[2]孫浩，張涵，郭強，等.綠色材料在裝配式建筑中的應用[J].住宅與房地產(chǎn)，2023（35）：61-63.

[3]周文瑞，唐克靜，胡立群，等.綠色低碳背景下EPC裝配式建筑項目成本管理研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2023（12）：50-52，78.

[4]田龍.基于BIM技術的裝配式建筑智慧管理應用探索[J].四川建筑，2023，43（06）：269-272.

[5]彭鵬，張文文.基于BIM技術的裝配式建筑在綠色建造中的應用研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2023（35）：52-54.

基金項目：2023年無錫商業(yè)職業(yè)技術學院校級課題（KJXJ23433）

江蘇高校哲學社會科學研究項目（項目編號：2020SJA1546）