BIM技術在裝配式建筑中的應用研究綜述

(山東建筑大學管理工程學院 山東 濟南 250101)

引言

當前，我國的經濟發展快速發展，但是由環境發展而帶來的環境問題日益突出。傳統建筑行業資源浪費率高、環境污染重使得整個工程受到很大的威脅。與此同時，建筑工業化工程由于其施工污染小、施工速度快、資源利用率高等優點越來越受到建筑行業人士的歡迎。中華人民共和國住房和城鄉建設部于2011年5月印發《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》，提出加快BIM應用、推動信息化建設的總體目標。2016年印發《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》提出要大力使用BIM技術。與現場施工建成的傳統建筑相比，由于構件在預制工廠采用工業化的方式生產，可在現場拼裝并行實施，能大大提高生產效率，節約人力資源，縮短生產周期，因此，裝配式建筑代表了我國建筑工業化發展的方向[1]。我國許多學者對BIM技術在裝配式建筑中的發展和應用做出了大量研究，本文在搜集外部資料的前提下，分析BIM技術在裝配式建筑中的應用并針對如何使得BIM技術更好的在裝配式建筑建設過程中發揮作用提出了合理化建議，對未來做出展望，以期為后來BIM技術在裝配式建筑中應用的理論研究和實踐研究奠定基礎。

一、BIM技術及裝配式建筑的發展

BIM為建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡稱，該模型的創建以建筑項目中的各類數據、信息為基礎，再通過數字信息虛擬仿真建筑物的實際真實信息，呈現的方式是數據庫和三維模型，具有可視化、模擬性、協調性、優化性、可出圖性等特點[2]。其概念最初起源于1975年，由美國喬治亞理工大學建筑與計算機學院(Georgia Tech College of Architecture and Computing)的查克伊士曼(Chuck Eastman)博士提出。我國于2002年引進BIM技術，但發展較為緩慢。在國內，直到2005年，Autodesk進入中國為了推廣它的軟件在國內宣傳BIM，BIM的概念才逐步在國內被認知。到2007年的時候，建設部發布行業產品標準《建筑對象數字化標準》。

2008年開始，上海的標志建筑上海中心決定在該項目采納BIM技術，BIM技術在國內發展開始加速。2011年，中國出現第一個BIM研究中心(華中科技大學)。2012年開始，政府部門逐步開始接觸并推廣BIM，2016年住房城鄉建設部印發2016-2020年建筑業信息化發展綱要，文件中多次強調使用BIM技術[3]，2017年國務院辦公廳指導意見提出要推廣智能和裝配式建筑。現階段很多高校、企業開始成立BIM研究中心，積極進行BIM人才的相關培養。

BIM技術的使用剛開始是在傳統建筑物中，后來由于裝配式建筑的興起，逐漸應用于裝配式建筑中。BIM技術現在裝配式建筑設計階段、施工階段以及后期運維階段都得到了廣泛應用。包勝從建筑設計標準化、構件部品生產工業化、施工安裝裝配化、生產經營信息化和建筑項目生產集成化五個方面研究BIM理念與建筑工業化的相關性，系統詳實地描述如何將BIM應用至建筑工業化的過程進行分析并提出意見，以促進BIM在建筑工業化中的應用[4]。

二、BIM技術在裝配式建筑中的應用理論研究

(一)BIM技術在裝配式建筑設計階段的應用

在傳統建筑設計階段會出現很多問題，例如：建筑信息都是基于二維圖紙，設計人員不能清楚明白的了解圖建筑物內部的一些細節，導致信息在轉換、傳遞的過程中，錯誤率增大；在裝配式建筑中涉及到的各種預制配件較多，后期方案不統一，各專業修改起來比較麻煩。信息技術的落后導致裝配式建筑在施工的過程中存在很多問題，這就使得在建設過程中存在很大的風險。魏辰等在如何借助BIM技術實現裝配式建筑設計中的信息在產業鏈各個環節的有效傳遞做了深入研究[5]。蔣劍以一個實際工程為例，主要探討分析了BIM兩款代表設計軟件Revit、Tekla在工程中的具體應用與價值[6]。學者們對BIM在裝配式建筑設計階段的使用做了大量研究。

(二)BIM技術在裝配式建筑施工階段的應用

裝配式建筑的構件生產、安裝的過程即為施工階段。在此階段涉及到的部門較多，專業技術還不成熟，相關的管理模式還存在一定的缺陷，以及構建在生產和運輸安裝的過程中會出現破損、漏裝的情況等都會造成裝配式建筑在施工過程中存在一定的風險。將BIM應用于本階段是BIM技術和RFID(無線射頻識別)技術相結合，將含有構件的材料種類、幾何尺寸、安裝位置等信息的RFID芯片植入到各類預制構件中。又因為RFID標簽編碼具有唯一性原則，所以在構件的生產、存儲、運輸、吊裝等過程中可以保證信息的準確性。

BIM的作用體現在不僅可以為構件的生產管理子系統提供構件的有關數據，還可以把每個預制構件的存儲、質量監測、生產等信息返回給BIM數據庫。這樣在BIM與FRID技術的完美結合下，可以實現預制構件零缺陷、零庫存的目標[7]。萬越針對目前建筑工業化大力推廣及發展的趨勢，將BIM技術與裝配式建筑結合，從BIM技術的價值分析著手，對BIM在協同設計、深化設計、工廠預制加工、吊裝工藝模擬等在建筑中的具體應用進行詳細分析總結，論證了BIM技術對裝配式建筑工業化進程的推進具有重大作用。此外裝配式建筑施工進度安排是一個非常苛刻和耗時的過程[8]。建筑信息模型為規劃和調度提供了重要支持。

(三)BIM技術在裝配式建筑運營維護階段的應用

建筑物在其生命周期的費用消耗中，80%的部分都是在使用階段。在建筑物的平均使用年限達到7年之后，使用階段發生的費用會超過該建筑物最初的建筑安裝的總造價，伺候就會以一種不均衡的太高比例增長。因此，專業化的運維管理將會給業主和運營商帶來極大地經濟效益[9]。

齊寶庫等人表示在運營維護階段的管理中，BIM技術可以提供建造施工階段與運營維護階段的無縫交接和提供運營維護階段所需要的詳細數據，以及物業管理和門禁系統性中，實時對建筑物進行監控。此外在裝配式建筑改(擴)建過程中，利用BIM技術也可以進行建筑結構的安全性、耐久性檢驗[10]。而運用BIM技術，可以建立建筑從生產階段到運維階段的全部信息管理系統。在建筑日常運行時，可對設備動態監測，極早發現危害；在災害發生時，及時定位構件破壞點，減小災害損失；在發生質量問題時，還可追究具體相關人的責任。陳青青表示BIM技術在裝配式建筑的運行維護期間可以增強運行維護時期設備保養管理能力以及加強運行維護時期的質量和減少能源的消耗[11]。

三、研究結論與啟示

(一)研究結論

為了響應我國綠色、可持續發展的理念，裝配式建筑正在逐步成為21世紀建筑業發展的風向標，而BIM技術的融入彌補了裝配式建筑中信息難以收集、處理等缺點。把BIM技術應用在裝配式建筑的全壽命周期管理中使得裝配式建筑有了更好的發展前景。學者們的文章研究在BIM技術在裝配式建筑的設計和施工階段的應用較多，相比之下后期運行和維護的相關研究較少。對于BIM技術在裝配式建筑在設計和施工階段的應用，主要是建立模型以輔助設計和施工人員的工作。但是對于后期裝配式建筑的運營和維護，BIM技術也是必不可少的，使用建筑信息模型可以有效地增強設為在運行維護期間的保養管理能力，加強維護時期的質量并且減少能源的消耗。

(二)研究啟示

相比于西方發達國家，我國的建筑工業化程度還不高，使用信息化手段來輔助裝配式建筑的發展是必不可少的。我國的裝配式建筑之所以發展程度較滿，是因為在建筑工業化背景之下我國建筑行業BIM技術普及程度較低，現如今我國建筑工業化的普及率僅僅在5%左右，只有接近4%的設計人員使用過BIM軟件還只是停留在初級的建模階段。大部分設計和施工人員并沒有理解BIM技術的真正內涵。其次是BIM技術的應用缺少專業性人才，建筑工業化BIM技術的應用與推廣面臨著嚴重的人才不足問題，由于建筑工業化對于BIM技術的應用不足，導致對BIM技術的重要性認識不足，從而打擊對BIM技術應用于推廣的積極性，造成專業技術人才短缺。因此建立基于BIM能力的土建應用型人才培養體系是一個非常重要的環節，基于此BIM技術才能真正在裝配式建筑中得到廣泛應用，才能更快的推動建筑工業化的發展。