BIM技術運用于裝配式建筑的可行性研究

毛文波

摘要：隨著我國經濟、社會的發展，建筑工業化和建筑信息化將成為我國未來建筑行業發展的主流。BIM為Building Information Modeling，即建筑信息模型。BIM是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，BIM是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。本文通過分析BIM技術概念和特征、裝配式建筑的現狀及存在的問題，認為BIM技術基本能有效地解決現有裝配式建筑項目中存在的主要問題。因此，在裝配式建筑工程中，運用BIM技術是可行的，也是必要的，這將有利于減少工期、節約成本、提出效率，并能真正達到建筑行業工業化和信息化的目的。

Abstract： With the development of China's economy and society， the industrialization and informatization of building will become the mainstream of the the construction industry development in China. BIM is Building Information Modeling. BIM is based on the 3D digital technology， and integrates the engineering data model of all kinds of relevant information of the construction project. BIM is the digital expression of the entity and function characteristics of the project facilities. Based on the analysis of the concept and characteristics of BIM technology， the present situation and existing problems of the assembly building， the author thinks that the BIM technology can effectively solve the main problems of the existing assembly construction projects.

關鍵詞：BIM；裝配式建筑；可行性；信息化；工業化

Key words： BIM；assembly building；feasibility；informatization；industrialization

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0240-03

1 BIM技術的概況

1.1 概念

BIM（Building Information Modeling）是指建筑信息模型。BIM是用數字化的方式表達出了工程項目設施實體與功能特性，它以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型。信息模型應能夠被建設項目各參與方普遍使用，它應該能夠完整地描述工程對象，將建筑項目生命期不同階段的數據、過程和資源都囊括在內。BIM支持建設項目生命周期中動態的工程信息創建、管理和共享，這是因為其具有單一工程數據源，能夠解決分布式、異構工程數據之間的一致性和全局共享問題。同時建筑信息模型也是一種應用于設計、建造、管理的數字化方法，該方法支持建筑工程的集成管理環境，不僅能夠大大降低建筑工程的風險，還能夠有效提高效率。

1.2 BIM的特征

①模型信息的完備性：不僅包括對工程對象進行3D幾何信息和拓撲關系的描述，也包括完整的工程信息描述，如對象之間的工程邏輯關系；材料耐久性能工、程安全性能等維護信息；工程性能、建筑材料、結構類型、對象名稱等設計信息。

②模型信息的關聯性：信息模型中的對象都是相互關聯且能夠識別的，便于系統統計和分析模型中的信息，同時生成相應的文檔和圖形。如此一旦模型中的某個對象出現變化，那么與之關聯的其它對象就會發生相應的變化，從而保持模型的完整性。

③模型信息的一致性：模型信息在建筑壽命期的不同階段是一致的，無需重復輸入同一信息，并且信息模型可以自動演化，有效避免了信息不一致問題的出現，不同階段的模型對象無需重新創建，只需簡單地進行修改和擴展即可。

2 裝配式建筑是未來建筑行業的發展趨勢

2.1 裝配式建筑簡介

建造房屋的方式隨著現代工業技術的發展已經發生了變化，過去是一套一套地建，費時耗力，現在只需將預制好的房屋構件，運輸到施工場地經裝配、連接或結合就完成了，實現了成批成套地制造。它的主要工藝流程為設計、制造、運輸、安裝和裝飾。

早在20世紀初人們就對裝配式建筑產生了興趣，得以真正實現是在六十年代。最先嘗試的國家是英、法、蘇聯等國，實踐發現該方法不僅生產成本低，而且建造速度快，后來其他國家開始紛紛效仿。

裝配式建筑在初期外形比較千篇一律、呆板，之后人們為了使其樣式豐富起來，對其進行了改進，增加了其靈活性和多樣性。美國有一種比較先進的裝配式建筑，是活動住宅，它的每個住宅單元就像是一輛大型的拖車，只要利用一種特殊的汽車將其運到現場，然后再由起重機吊裝到地板墊塊上，之后再連接預埋好的水道、電源、電話系統，即可使用。該活動住宅既可以獨成一個單元，也能互相連接起來，能夠滿足人們日常生活的所有功能，設施齊全。

2.2 國家相關政策

①習近平總書記在2016中央城市會議的講話，提出要提高新型城鎮化水平，發展建筑工化。②李克強總理在2016年兩會上提出大力發展鋼結構與裝配式建筑，推動產業結構調整升級。另外，2016年9月14日，在他主持召開國務院常務會議，部署加快推進“互聯網+政務服務”，以深化政府自身改革更大程度利企便民；決定大力發展裝配式建筑，推動產業結構調整升級。③2016年，國務院辦公廳印發《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（以下簡稱《指導意見》），確立了健全標準規范體系、創新裝配式建筑設計和優化部品部件生產等八項主要任務。

2.3 國內外裝配式建筑行業的現狀

裝配式建筑在美國、日本和一些歐洲國家發展較為領先。從20世紀初，美國和加拿大等一些北美國家就開始研究和應用裝配式建筑了，并出臺了許多關于裝配式建筑的規范和標準，進一步促進了裝配式建筑的發展，應用更為普遍。目前國內外裝配式裝配式建筑行業的現狀如表1。

2.4 裝配式建筑相對于傳統建筑的優勢

①裝配式建筑所采用的結構材料主要為鋼材料，鋼材料都是可以循環使用的，這個符合國家的環保政策。

②裝配式建筑產業化程度高。裝配式建筑主要構件都是在工廠內預先制作好的，經過運輸到現場后組裝而成的，因此，產業化程度高。

③裝配式建筑具有建設周期短、施工速度快、冬季可施工等特點。裝配式建筑主要構件都是在工廠內預先制作好的，然后運輸到現場后組裝而成的。它的施工可以與其他專業的施工同時進行，避免了混凝土澆灌、混凝土養護等工序以及雨雪等惡劣天氣的影響。同時，裝配式建筑的設計和施工周期短，標準融會貫化構件設計的設計周期較傳統建筑設計周期節省40%的時間，施工周期較同類鋼筋混凝土結構筑減少50%以上。

④裝配式建筑具有輕質、高強的特點。由于裝配式建筑采用的預制構件為輕質新型材料，整個建筑相對于鋼筋混凝土結構建筑總質量小，構件及連接延性好，有利于抗震。

⑤裝配式建筑空間設計自由度大，分隔靈活。目前，我國傳統的建筑設計常常具有開間小、承重墻多的弊端，就是造成了房間內部的空間無法靈活分隔的缺點。而裝配式建筑就克服了這些缺點，設計者可以根據居民的需要，利用輕質的隔墻進行靈活地劃分空間，方便居民生活。

2.5 裝配式建筑給建筑行業帶來的機遇

2.5.1 建筑業的工人數量將大大減少

隨著裝配式建筑的發展，縮短了建造周期，減少了對手工勞動和勞動技能的依賴，今后建筑業將不再時興“人海戰術”，而建筑業中的新型人才薪資待遇將大大提升。

2.5.2 建筑產業現代化示范基地將成為區域重頭戲

發展裝配式建筑，應發展現代化示范基地，集成應用、設計、研發、部品生產等完備功能，以保障性住房等政府投資項目和綠色建筑示范項目為切入點，全面開展建筑產業現代化試點示范建設。

2.5.3 建筑信息化工業化人才需求劇增

隨著裝配式建筑發展的推進，行業將需要大量的建筑信息化工業化人才。

3 BIM技術運用于裝配式建筑的必要性和可行性

3.1 裝配式建筑發展的阻礙因素

裝配式建筑是未來建筑行業的發展趨勢，這也符合我國的國策。未來將會在越來越多的裝配式建筑出現，主要集中于住宅、公共建筑、商業大廈、工廠廠房等。裝配式建筑生產周期短，結構性能強，還可以取得良好的經濟效益和社會效益。但隨著經濟和社會的發展，對建筑的空間和結構設計要求越來越高，因些，對裝配式建筑的預制件設計、工廠產業化制造、現場安裝、施工管理也提出了更高的要求。

目前企業運用現有的AutoCAD、天正等常用的信息化技術雖然提高了深化設計的工作效率，但在裝配式建筑的預構件的設計、工廠制造、現場施工安裝等工作的管理仍然存在許多的問題。

①裝配式建筑的預構件及連接復雜，深化設計出現的誤差大。

裝配式建筑的深化設計是指依據建筑設計和結構設計施工圖繪制用于加工和安裝施工的圖紙資料，保證業主方、承包方、設計方以及分包商的設計思想的一致性，使得結構構件的制造變得簡易和具操作性。設計人員應盡量直觀簡潔地在紙上表達每個預制構件的詳細信息，包括材質、重量、數量、截面、形狀、相對位置、開孔位置以及焊縫位置等。

目前使用AutoCAD、天正等常用軟件無法滿足上述要求，必須借助于更為先進的信息化軟件。但在深化設計的過程中設計人員需要核對大量的信息，再加上裝配式建筑的預構件及連接復雜，在此過程中難免出現誤差問題。

②裝配式建筑工程的生命周期較短，利用傳統手段會造成信息傳遞不及時。

裝配式建筑工程的生命周期較短，一些工期較緊的項目完成的時間可能只有幾個月時間，從設計人員的深化設計、預構件的制造、包裝運輸，到安裝都不能出現停工等延誤工期的情況。因此，裝配式建筑工程工期和成本的控制與工程信息的傳遞有著密切的關系，并且需要做到準確、及時。現階段我們傳統的信息傳遞方式還是利用二維圖紙等文本資料，例如，深化設計的主要利用結構施工圖，工程技術人員進行技術交底時主要利用加工圖紙，這使得這些設計人員和工人對裝配式建筑工程僅停留在感官認識上，具體操作時還需要發揮各自的想象力，同時也得花大量的時間才能完成工作任務。另外，工程項目管理人員對建筑材料、質量、形狀、等的管理主要依賴于設計階段的圖紙和報表，這些資料沒有準確的數據，造成施工企業不能及時地進行材料購置，影響了施工的成本和時度。并且，當裝配式建筑工程遇到設計變更時，需要重新進行深化設計和制造，工作量會大大增加。所以，利用現有的信息傳遞手段是無法達到裝配式建筑工程要求的。

③裝配式建筑的工程構件類型多、數量大，現場安裝誤差小，對工程項目管理提出了更高的要求。

項目施工方根據工期計劃完成裝配式建筑預構件的制造并運輸至現場進行安裝。首先，為了減少建筑預構件的運輸成本，其預構件的單次運輸數量都比較大，如果施工現場采用人工的方式采集數據，效率低，出錯率高，就會影響工程的正常施工。另外，工程的高質量完成與諸多因素都存在關系，包括項目的資源管理、技術管理、成本管理等，除此之外還有施工環境、氣候條件等因素影響。并且這種因素還存在較大的不確定性，隨著這些因素的變化，施工勢必會相應地受到影響。

3.2 BIM技術運用于裝配式建筑是必要的

從現階段的裝配式建筑所面臨的種種問題可以看出，目前我們建筑行業常用的技術手段是不能滿足裝配式建筑工程要求的，因此，我們急需采用更高端的技術來滿足裝配式建筑工程的需要。基于現有BIM技術的功能及優勢，已經使其成為建筑業最關注的技術和概念之一，同時也是實現國家要求的建筑業信息化的重要保障。

首先，現階段一些企業正嘗試應用BIM，努力發掘BIM的價值。但由于技術人員缺乏等問題，建立BIM模型后還需要導出平面圖紙供實際工程項目的管理人員和技術人員使用。這種做法是有悖于BIM的理念的，也沒有真正起到完善管理、提高效率、增加效益的作用。目前，就裝配式建筑工程的深化設計、加工制造、安裝、項目管理等關鍵步驟的實施，BIM軟件的功能還是比較成熟，完全可以利用BIM進行工程項目全生命周期的管理。

其次，從前面的分析可以看出，裝配式建筑工程中各項信息的傳遞效率也是阻礙其發展的一個重要因素。現有的BIM技術，不僅可以將建筑的外觀、結構以及節點用三維的方式進行呈現，同時還能進行預構件的深化設計，并且可以根據施工進度計劃，及時進行建筑材料，包括預構件的數量和體積的計算，這樣有助于解決制造、運輸、安裝及現場管理的問題，從而達到提高效率和節約成本的目的。

最后，BIM技術還可以對建筑模型進行碰撞檢測。碰撞檢測是建筑工程中一項常見也是非常重要的環節，通過碰撞檢查功能，找出設計與施工流程中的空間碰撞。通過BIM軟件的碰撞檢查功能，對碰撞點進行分析排除合理碰撞后，針對碰撞點進行討論，使工程項目在施工前預先解決相關問題，避免出現設計變更與工時浪費。

因此，從上述分析可以看出，BIM技術運用于裝配式建筑工程中是必要的，也是可行的。雖然現有的BIM技術已能運用于整個項目的全生命周期，但目前我國建筑信息化與國外一些發達國家還有一定的差距，如BIM技術的人員還相對缺乏，運行BIM技術的設備還比較落后等，這些都是影響裝配式建筑發展的重要因素。隨著技術、經濟和社會的發展，在國家政策的支持下，建筑工業化和信息化將是未來建筑行業發展的重頭戲。

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