BIM技術在裝配式建筑全壽命周期中的應用

王成元　徐理　曾海明　郭秋蘭　廖菲菲　蔡運芳

[提要] 隨著城市化的不斷深入和綠色發展理念的強力推行，集環保、高效、節能于一身的裝配式建筑得到國家認可與推廣。而BIM技術作為數字化信息技術與裝配式建筑進行結合，充分發揮各自的優勢，使建筑業發展進入智能化發展時期。本文從傳統建筑入手，引入裝配式建筑和BIM技術，并詳細分析BIM技術應用于裝配式建筑的優勢，兩者的結合必將迎來建筑業發展的新階段。

關鍵詞：BIM技術;裝配式建筑;全生命周期

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A

收錄日期：2019年5月5日

近年來，隨著房地產行業的高速發展和脫貧攻堅的全面推進，我國城鎮化水平不斷提高，城市擴張不斷加速。傳統的粗放式低技能建造方式環境污染大、資源浪費嚴重，已經無法滿足當前的建造要求，而裝配式建筑構件以其低碳、環保、工業化批量生產、可持續發展等順應了時代要求，迎來了空前的發展時機。BIM技術作為數字化信息技術，與裝配式建筑技術進行結合，能夠更高效智能地完成建造任務，將我國建筑行業的發展推向新的高度。

一、裝配式建筑概述

裝配式建筑是指以工業化生產方式進行建筑構件的預制，通過建筑構件的組裝，完成建筑項目建造。由于建筑構件引入工業化生產，預制裝配式建筑構件便能像機器零件一樣在工廠進行標準化、高質量、高效地完成生產任務。通過預制裝配式構件組裝完成的建筑物，具有建造價格低廉、建造效率高、低碳環保等顯著特征。預制裝配式建筑根據材料的不同可分為重質和輕質兩種，重質材料有混凝土等，輕質材料有木材、高分子膜結構材料、玻璃鋼等。預制裝配式建筑根據受力情況不同分為框架承重結構、墻體承重結構和框架墻體承重結構三類。

二、BIM技術與裝配式建筑的結合

純粹的裝配式建筑建造流程大致分為建筑設計、裝配式預制構件工廠化生產、施工現場組裝成型三個階段，這三個階段是相對獨立的。這樣就容易出現信息交流不是很不順暢等一些影響項目整體性的因素，由于信息交流不順暢、不及時導致的建造過程返工現象時有發生，導致資源浪費、工期拖延和費用增加。而將BIM技術引入裝配式建筑建造的全生命周期，極大地提升了裝配式建筑從建筑設計到項目運營管理的效率。特別是將建筑設計、構件生產和構件組裝形成統一整體。真正做到統籌、協調建筑設計、裝配式構件制造、裝配式構件組裝等各個環節，最大限度地排除或杜絕可能出現的問題。

BIM技術與裝配式建筑技術相結合，充分發揮了BIM技術的“集成”優勢，是數字化信息技術與工業化生產技術的統一。并且依靠BIM技術全生命周期管理的優勢，使得裝配式建筑從建筑設計、構件工業化生產、構件施工現場安裝、后期項目管理和項目拆除都印上了數字化的屬性。在協同設計、信息共享、可視化、節點連接與檢驗、仿真模擬等方面發揮著巨大作用，將裝配式建筑發展推向智能化的新高度。BIM技術擁有龐大的共享數據庫，可以實時直觀地展現裝配式構件的生產與組裝，實現強大的裝配式構件系統集成，再經過BIM技術的碰撞檢查與三維施工圖展示來實現裝配式施工圖的完美繪制。（圖1）

三、裝配式建筑全壽命周期BIM技術的應用

（一）裝配式建筑設計階段BIM技術的應用。由于BIM模型包含了構件中的所有參數信息，如構件尺寸、生產單位、質量負責人、構建材質和性能等，項目設計單位、施工單位、構件生產單位等都使用相同的BIM模型，這樣就能避免各單位間信息不對稱或不一致而出現問題。裝配式建筑BIM模型是一個數字化的智能模型，任何一個單位對模型中的任何一個參數進行更改，相關聯的參數都會自動跟著調整，避免人工調整產生失誤或各單位因溝通不及時產生返工現象等。在裝配式建筑設計時需要對各類構件進行預埋和對各類孔洞進行預留，設計師們在共享的BIM模型上交流、設計或修改，通過BIM技術的碰撞檢查功能和篩選分析功能，在3D狀態下顯示不同專業設計上存在的沖突并進行修改調整。施工單位、建設單位、構建生產單位等利用BIM模型能夠實現一鍵出圖、一鍵出工程量、模擬施工等強大功能，根據各單位自身特點和項目定位等，對設計方案、施工組織方案、構配件供應方案等進行溝通、協調和優化。BIM技術將項目可能出現的問題消滅在萌芽階段，最大限度地避免了設計錯誤造成的施工成本增加、資源浪費、工期耽誤。由于可以實現一鍵出圖和一鍵出工程量，這樣就大大提高了圖紙和工程量的準確性和效率。

BIM技術是開放、共享的數字化、信息化技術，設計師們可以利用“云端”的族庫裝配式構件大數據信息，進行門、窗、設備等對比、篩選和預裝，豐富云端族庫裝配式構件并確定裝配式構件的標準形態和參數模數。族庫的建立，可以大大提高設計師們的設計效率及效果，拓展設計師們的設計思路，設計出更加美觀、宜居、生態、耐久的裝配式建筑。利用BIM技術精細化、數字化的特點，設計師能夠精確、直觀地計算出裝配式構件中預埋鐵件等的參數，避免裝配式預制構件施工中出現偏差而返工。

（二）裝配式建筑預制構件階段BIM技術的應用。利用無線射頻識別（RFID）技術對裝配式預制構件進行識別、讀取管理。按照施工單位或采購合同的要求，為了保證裝配式構件的唯一、可靠性，對裝配式構件進行編碼，并將包含有裝配式構件全套信息（構件形態、尺寸、性能、材質等）的RFID芯片植入裝配式構件中，便于項目相關人員清楚地掌握裝配式構件的詳細信息，并根據實際需要將裝配式構件的使用情況上傳到BIM信息系統中，項目相關單位根據構件使用情況及時采取相應措施，避免等待材料等產生窩工現象。

設計師將項目設計方案及裝配式構件信息上傳到信息庫中，便于構件生產商將裝配式構件信息（如，預埋鐵件、鋼筋、模數、材質等）輸入成加工參數進行生產。設計師和生產廠商通過BIM技術實現裝配式構件信息參數共享，從而實現設計信息與生產系統無縫對接，進而提高裝配式預制構件的生產效率和生產的智能化。另外，利用BIM技術的模擬仿真功能，在項目建造之前進行模擬施工，進而消除裝配式建筑項目建造過程中出現的問題。

（三）裝配式建筑采購階段BIM技術的應用。在裝配式構件運輸的工程車上植入RFID芯片，可以對運輸車輛進行跟蹤定位，掌握構件運輸的位置信息，便于構件調配安排。如根據裝配式構件的存儲位置、裝配式構件的大小、是否是特大構件等，合理規劃構件的運輸路線及運輸時間，降低運輸費用，實現裝配式構件的“零庫存”。裝配式建筑構件的施工方在接收材料時，可以直接電子讀取構件信息，系統自動進行對照分析，避免人工驗收的信息誤差，提高了驗收效率。

（四）裝配式建筑施工階段BIM技術的應用。充分利用BIM技術的施工仿真技術，在項目開工之前進行模擬施工，對不合理的施工方案進行調整、優化和合理安排施工程序。例如，對于不同的裝配式構件的吊裝效果可能會有差異，根據構件吊裝效果的不同制定不同的吊裝方案，以期實效最佳的吊裝效果。在BIM技術的施工管理中增加時間和成本兩個因素，實現BIM施工5D管理，實時掌握項目的時間和費用，在保證施工質量的前提下，實現施工時間和施工成本的最佳組合，進一步優化裝配式建筑構件的施工方案。而在裝配式構件安裝階段，施工員可以利用無線射頻技術自動調出構件信息，以便確認構件的安裝位置及安裝方式，提高預制裝配式構件的施工質量和管理水平。對影響工程施工安全的安全事件進行模擬，并有針對性地制訂相應的施工安全方案，減少或杜絕裝配式建筑構件施工過程中安全事件的發生，通過模擬仿真施工技術，對施工過程中優化調整材料場地和加工場地，優化調整施工現場道路及車輛行駛路線，避免構件的二次搬運，提高施工的自動化程度和機械施工效率，縮短施工時間。

（五）裝配式建筑運維管理階段BIM技術的應用。將BIM技術與無線射頻技術相結合，針對特定的裝配式項目建立項目運營維護系統，進而監測項目中的預制構件及設備。如，裝配式建筑物出現火情時，滅火人員可以利用運行維護系統對火情點進行定位，讀取相應火情點的建筑材質及性能，根據不同的材質或性能，消防人員可以采取不同的滅火措施控制火情。在裝配式建筑使用過程中出現問題需要維修時，在BIM模型信息系統中，可以準確調出裝配式構件或設備的生產廠家、性能型號等信息，大大縮短維修時間，提高維修效率。根據裝配式建筑構件中安裝的RFID芯片，利用BIM技術讀取并監測裝配式建筑構件的能耗，在大數據中進行分析定位能耗高的構件，為裝配式建筑的綠色運營管理提供幫助。

四、結語

將BIM技術應用于裝配式建筑，能夠全方位加速和優化裝配式建筑各個階段的情況，BIM技術和裝配式建筑兩者的完美結合，既能滿足社會發展需要、順應時代要求，也能夠在低碳、環保、高效、資源節約等方面為社會做出積極貢獻，相信在不久的將來，通過廣大技術人員的不斷實踐和改進，建筑業必將迎來新的發展時期。

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