BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期的運(yùn)用分析

周鵬程

(湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 引言

相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，裝配式建筑有著速度快、節(jié)約勞動(dòng)力、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但是，裝配式建筑是一項(xiàng)新生事物，在配套規(guī)范和技術(shù)上，也存在諸多問題，如配套材料缺乏、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、抗震性能較差、安裝施工無法滿足要求、形式單調(diào)等。當(dāng)前，在裝配式建筑研究中，主要是以技術(shù)層面為主，但是，在裝配式建筑發(fā)展上，短板更多的在于管理層面，在構(gòu)件的生產(chǎn)與安裝上，常常與施工出現(xiàn)沖突，引起設(shè)計(jì)變更，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量和進(jìn)度，為了解決上述問題，需要對(duì)設(shè)計(jì)、施工關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，促進(jìn)信息的順暢流通，而BIM的出現(xiàn)，為裝配式建筑全生命周期的管理提供了莫大便利。關(guān)于BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，學(xué)界有大量學(xué)者進(jìn)行了深度研究。李希勝[1]認(rèn)為，基于BIM技術(shù)IDM要求建立PCP協(xié)同設(shè)計(jì)概念模型，確定不同設(shè)計(jì)階段BIM模型精度，可以顯著提升管理能效。唐洪剛等[2]提出，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的設(shè)計(jì)、原料生產(chǎn)、材料運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配等所有流程進(jìn)行精細(xì)化管理。姜琳等[3]提出：BIM技術(shù)是解決裝配式建筑一體化設(shè)計(jì)、全過程信息化管理的有效手段。BIM已經(jīng)成為下一階段裝配式建筑中的一個(gè)有效支持技術(shù)。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

BIM技術(shù)有著一體化、參數(shù)化、可視化特征，在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，有效提升了建設(shè)單位的綜合效益。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠得到更加完善的設(shè)計(jì)方案；在施工環(huán)節(jié)，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)協(xié)同與深化，滿足綠色施工要求；在運(yùn)營(yíng)與管理環(huán)節(jié)，BIM也憑借可視化、三維化和信息化優(yōu)勢(shì)，在造價(jià)管理和工程量模擬上，發(fā)揮出了顯著優(yōu)勢(shì)。

BIM技術(shù)應(yīng)用最早的國(guó)家是美國(guó)，如今，美國(guó)在多種類型的建筑項(xiàng)目中，都開始推行BIM技術(shù)，推出“3D-4D-BIM”計(jì)劃，組織了GAS、USACE、bSa等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)[4]。在英國(guó)，對(duì)于BIM技術(shù)的推廣也應(yīng)用了一系列強(qiáng)制措施，并在美國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，稱之為“Produce Information Model(產(chǎn)品信息模型)”。日本地理位置特殊，在建筑行業(yè)上，有著獨(dú)到見解，BIM技術(shù)的應(yīng)用也較早，發(fā)布了一系列的應(yīng)用指南。

在全球化浪潮的推進(jìn)下，我國(guó)建筑行業(yè)也開始推行BIM理念，發(fā)布了《建筑工程信息應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》等一系列政策，相較而言，BIM技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展速度緩慢，依然有不少標(biāo)準(zhǔn)尚未落實(shí)，在門窗、構(gòu)件等行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)上，還不完善。近年來，我國(guó)的裝配式建筑得到了爆發(fā)式發(fā)展，在國(guó)內(nèi)政策的支持和鼓勵(lì)下，各地均迎來裝配式建筑的發(fā)展熱潮，關(guān)于BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，也得到了更多關(guān)注[5]。

3 建筑全生命周期

建筑全生命周期即從項(xiàng)目準(zhǔn)備、開始、誕生到后續(xù)的拆除、報(bào)廢全過程。通過系統(tǒng)論的方式，對(duì)整個(gè)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行的計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)和指揮，借助全生命周期管理，可以讓建筑工程建設(shè)、使用增值。建筑工程涉及的參與方較多，包括咨詢、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、設(shè)備安裝等，不同參與方，其工作內(nèi)容具有顯著差異。針對(duì)建筑工程全生命周期管理，需要有明確的核心參與方，對(duì)于各類型建筑工程，可從三個(gè)階段進(jìn)行劃分：即決策階段、實(shí)施階段、運(yùn)營(yíng)階段，在決策階段，需要進(jìn)行開發(fā)管理；在實(shí)施階段，要開展項(xiàng)目管理；而運(yùn)營(yíng)階段，要抓好設(shè)施管理。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期的運(yùn)用分析

4.1 前期準(zhǔn)備

在裝配式建筑全生命周期中，前期準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，常見的BIM裝配式應(yīng)用模式包括模型為主、圖形為主、模型與圖形并用三類。

圖形為主即應(yīng)用CAD制作建筑圖紙，在圖紙基礎(chǔ)上，借助BIM建立模型，為可視化分析提供便利，在這一模式中，各類圖紙都需要借助CAD完成，在BIM技術(shù)的發(fā)展下，以圖形為主的模式已經(jīng)被逐步淘汰。目前，應(yīng)用更多的是以模型、圖形并用的模式，以BIM模型為主，部分環(huán)節(jié)應(yīng)用圖形，但是，該種模式難以確保模型、圖紙之間的關(guān)聯(lián)性，常常會(huì)出現(xiàn)匹配錯(cuò)誤，還需進(jìn)一步優(yōu)化[6]。

在前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，需要合理選擇BIM應(yīng)用軟件，不同的軟件，其使用范圍、特點(diǎn)各有差異，需要根據(jù)工程特點(diǎn)來選擇配套軟件。另外，還可應(yīng)用BIM技術(shù)來編制工程量清單，為后續(xù)施工提供更多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，為生產(chǎn)、施工、維護(hù)環(huán)節(jié)提供便利。

4.2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

在裝配式建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，主要應(yīng)用的是DBB模式，在設(shè)計(jì)初期，將各類構(gòu)件羅列出來，構(gòu)建構(gòu)件庫存，滿足構(gòu)件通用化與標(biāo)準(zhǔn)化要求，利用BIM技術(shù)，對(duì)內(nèi)墻、外墻、樓梯等部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并利用現(xiàn)有資源來展現(xiàn)建筑風(fēng)格，充分考慮到經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要求，利用Revit軟件來對(duì)裝配式建筑開展經(jīng)濟(jì)性分析，計(jì)算出構(gòu)件工程量，在其中添加成本內(nèi)容。在整體設(shè)計(jì)結(jié)束后，需要對(duì)構(gòu)件來拆分，選擇裝配構(gòu)件，合理設(shè)置參數(shù)，借助PKPM-PC軟件來修改構(gòu)件尺寸，設(shè)置構(gòu)件長(zhǎng)度、起點(diǎn)參數(shù)，減少重量，滿足吊裝要求。在構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)上，包括碰撞檢測(cè)和模型優(yōu)化、預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)等內(nèi)容，拆分設(shè)計(jì)完畢后，采用PKPM-PC軟件設(shè)置參數(shù)。

在BIM模型中，各個(gè)圖元都有確切工程含義，涵蓋諸多參數(shù)，如材料屬性、空間尺寸等，參數(shù)決定模型，如果模型參數(shù)出現(xiàn)變化，那么構(gòu)件就會(huì)出現(xiàn)變化，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的繁瑣修改過程，還可以對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。利用BIM優(yōu)勢(shì)，能夠更好的與構(gòu)件制造商、施工單位以及業(yè)主之間開展便利溝通，優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。另外，在BIM軟件中，還有豐富的建筑信息，能夠?yàn)樵靸r(jià)管理者提供信息支持，通過此，可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，避免人工操作帶來的弊端，減少計(jì)算工作量。

4.3 生產(chǎn)制造

在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，借助BIM與RFID，將RFID標(biāo)簽設(shè)置在構(gòu)件中，能夠?qū)?gòu)件的生產(chǎn)、存儲(chǔ)等流程進(jìn)行全方位管理，通過子系統(tǒng)來讀取數(shù)據(jù)，將與構(gòu)件相關(guān)的生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)信息置入數(shù)據(jù)庫[7]。在RFID標(biāo)簽中，編碼是唯一性的，可以確保生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確無誤，通過BIM與RFID標(biāo)簽的結(jié)合，真正做到了零缺陷，能及時(shí)反饋信息，以便科學(xué)調(diào)整構(gòu)件計(jì)劃，杜絕待工問題。

4.4 施工環(huán)節(jié)

在裝配式建筑的施工上，應(yīng)用BIM技術(shù)，可以便利地開展成本、質(zhì)量和進(jìn)度管理。

在成本管理上，可以應(yīng)用BIM技術(shù)來分層錄入工程量清單，施工單位每月月末，要對(duì)相關(guān)的清單、金額做出調(diào)整，根據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)值來調(diào)整，新增、刪除其中子項(xiàng)，對(duì)歷次修改內(nèi)容來分析、對(duì)比，直觀看到結(jié)果和原因。每一次的成本調(diào)整，備注中都有時(shí)間顯示。針對(duì)進(jìn)度款的支付，需錄入已完成工程量、應(yīng)抵扣預(yù)付款以及相關(guān)金額，上傳計(jì)量依據(jù)，由平臺(tái)自動(dòng)匯總，對(duì)支付情況進(jìn)行跟蹤、記錄，用圖表形式呈現(xiàn)。在竣工結(jié)算環(huán)節(jié)，可將各類資料錄入到BIM平臺(tái)中，生成資料目錄，如果對(duì)結(jié)算部位存在爭(zhēng)議，可以迅速調(diào)取圖片資料，還原現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)輸出數(shù)據(jù)。

從質(zhì)量管理角度而言，裝配式建筑涉及的構(gòu)件施工地點(diǎn)是不同的，包括構(gòu)件生產(chǎn)廠、施工裝配現(xiàn)場(chǎng)，裝配式建筑的推行提升了構(gòu)件生產(chǎn)效率，但是涉及的構(gòu)件種類較多，對(duì)此，需要應(yīng)用RFID芯片，在準(zhǔn)備階段，對(duì)PC構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，科學(xué)設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，利用RFID技術(shù)對(duì)材料、工序、質(zhì)量問題、構(gòu)件出場(chǎng)進(jìn)行把控，在現(xiàn)場(chǎng)裝配環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格把好進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)堆放、可視化技術(shù)交底等環(huán)節(jié)。

在進(jìn)度管理上，設(shè)置進(jìn)度管理體系框架，應(yīng)用RFID實(shí)時(shí)采集信息，制定進(jìn)度管理體系結(jié)構(gòu)，采用EXCEL表格的方式記錄，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RFID集成獲取計(jì)劃信息、實(shí)際信息，利用查詢條件來得出裝配式構(gòu)件的實(shí)時(shí)狀態(tài)變化。

4.5 運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)

在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息化管理，傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理工作中，一般是應(yīng)用手寫記錄方式，工作量大，在裝配式建筑中，有多種類型的機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備，監(jiān)控難度較大，在BIM模型中，記錄著各類信息，方便相關(guān)人員的隨時(shí)調(diào)取、查閱，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

在設(shè)備信息化管理上，應(yīng)用BIM技術(shù)可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命，通過掃描RFID標(biāo)簽，可以明確設(shè)備參數(shù)、型號(hào)、檢修記錄以及安裝時(shí)間，若存在故障，掃描后，即可獲取詳細(xì)信息，利用BIM技術(shù)，維修人員可以第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，調(diào)用配件信息。另外，在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM技術(shù)，也可以滿足應(yīng)急信息化管理要求，在現(xiàn)代化裝配式建筑中，其智能化程度顯著提升，對(duì)各類智能化設(shè)備的管理難度頗高，應(yīng)用BIM技術(shù)，在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，可以發(fā)出預(yù)警信號(hào)，利用三維可視化技術(shù)，可以傳遞實(shí)時(shí)信息。

5 結(jié)論與展望

傳統(tǒng)建筑模式管理難度高、施工周期長(zhǎng)、對(duì)能源的消耗較大，在各個(gè)階段，風(fēng)險(xiǎn)、誤差問題也普遍存在，在倡導(dǎo)綠色、節(jié)能、環(huán)保的背景下，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生，這一建筑模式在我國(guó)的應(yīng)用還處在發(fā)展階段，在實(shí)際推廣上，還存在一些顯著問題。將BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑全生命周期中，能夠有效優(yōu)化管理體系，用數(shù)字化手段來提升管理效能，是未來建筑領(lǐng)域的技術(shù)趨勢(shì)。就當(dāng)前來看，BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，在下一階段，需要從技術(shù)、管理等多方面著手，充分發(fā)揮出這一技術(shù)的作用。