基于BIM技術的裝配式建筑智慧建造

程文釧

(中國礦業(yè)大學徐海學院 江蘇 徐州 221008)

1 裝配式建筑的發(fā)展

目前，我國的建筑產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一個重要的階段，既要完成轉型升級，又必須不斷開拓創(chuàng)新，走出一條新的道路。以現(xiàn)場手工作業(yè)為代表的依靠低廉的人力成本進行施工的模式已經(jīng)逐漸沒落，隨著科技的發(fā)展，科技帶來的新成果也被不斷運用到建筑業(yè)當中。可裝配式建筑就是在這個趨勢中不斷發(fā)展的一項技術。裝配式體系具有綠色環(huán)保、效率較高等優(yōu)點，非常適應我國當前人力資源成本提高、對環(huán)境保護的要求更加嚴格的狀態(tài)下建筑業(yè)升級的實際需要。

在我國，已在多個省市發(fā)展起了裝配式建筑產(chǎn)業(yè)相關的園區(qū)。這些產(chǎn)業(yè)化基地涵蓋方案設計、構件制造、建筑施工及相關裝配設施制造、裝修等各個環(huán)節(jié)，足以滿足裝配式建筑的建造需求，裝配式建筑產(chǎn)業(yè)及其配套產(chǎn)業(yè)的空間規(guī)劃已初見雛形[1]。

2 裝配式建筑的特點

可裝配式建筑具有一個非常突出的特點：設計、制造、裝配、維護整體化。在以往的建筑行業(yè)的工作模式下，設計、制造、裝配、維護幾個元素被失去了一致性，由不同的人員去進行。這種模式阻礙了信息的傳遞與交流，為不同環(huán)節(jié)之間的合作帶來了巨大的困難、專業(yè)間的協(xié)同配合帶來了阻礙，并且這是與建筑的工業(yè)化趨勢背向而行的。

裝配式體系解決了這個問題，它對于建筑業(yè)的各個環(huán)節(jié)之間的協(xié)同與合作提出了更高的標準，同時也對各個環(huán)節(jié)的技術能力進行了優(yōu)化。

在裝配式體系的建筑模式下，設計占據(jù)了核心地位。在傳統(tǒng)建筑行業(yè)中，很多環(huán)節(jié)只有在施工的過程中才會進行考慮。但是在裝配式體系下，在設計之初就需要對施工過程中的很多問題進行提前考慮，這也是裝配式建造的一個重要特點。比如鋼筋的干預檢查，管線的布置，建筑的裝飾裝修等等。而在后續(xù)的施工過程中，設計人員也需要繼續(xù)提供必要的技術支持和指導。這就要求設計人員不僅僅能夠完成設計，還必須具有把控全局的思維方式和對整個產(chǎn)業(yè)鏈的深入理解[2]。

在裝配式體系的建筑模式中，自動化生產(chǎn)和“精益制造”是裝配件制造流程中體現(xiàn)的重要特征。裝配件的生產(chǎn)商會根據(jù)設計方提供的訂單需求來進行生產(chǎn)，這時會引入企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning，ERP)來高效地管理從購買，生產(chǎn)，物流，貯存等整個進程。而生產(chǎn)商同時也需要進行相應的研發(fā)工作，來匹配構件裝配環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn)加工技術來提升整體的品質(zhì)。

另一方面，在功能上，裝配式的建筑模式采用系統(tǒng)化的思維方式。整個建筑系統(tǒng)由建筑結構系統(tǒng)、外圍防護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)四個子系統(tǒng)結合而成。在設計與裝配的過程中，各個部門需要嚴密合作協(xié)同，進行整體的技術優(yōu)化，將裝配件以模擬與數(shù)字協(xié)同、模塊結合、接口連接、節(jié)點建造和施工方式等手段進行總體性的構建。可以說，裝配式建筑體系并不僅僅完成了建筑物的架構，而是在施工過程中就考慮到了建筑的各項功能并實現(xiàn)。

3 BIM技術在裝配式體系中的應用

我國的裝配式建筑體系經(jīng)歷了二十多年的停滯。技術存在斷層、缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗，相對于其他國家具有更高的發(fā)展難度。當前，大多數(shù)研究聚焦于國外的發(fā)展經(jīng)驗與技術體系，而對BIM系統(tǒng)與裝配式建筑之間的關聯(lián)缺少認識。實際上，BIM技術與裝配式體系在很多因素上存在共通之處。首先，裝配式建筑需要工程項目各個參與方的寫作，從設計到生產(chǎn)施工待機電裝修，都需要緊密配合。BIM可以滿足這個需求，實現(xiàn)各個專業(yè)的參與方的信息與資源集成；其次，在裝配式體系中存在很多數(shù)據(jù)與操作的復用，如果缺少合理的管理手段，很容易出現(xiàn)紕漏，而使用BIM軟件能處理這些困難；最后，裝配式體系的建筑最終的目標是環(huán)保建筑，強調(diào)在建筑物的整個使用階段中都實現(xiàn)良好的管控，這也符合BIM技術強調(diào)全周期生命應用的特點。

3.1 設計階段

在這個階段，BIM軟件起到主要的作用。利用BIM軟件可以對建筑、結構、機電進行建模，在軟件的協(xié)助下，能夠完成構件的拆分設計，而碰撞檢查功能可以協(xié)助排除構件與鋼筋和現(xiàn)澆部分、設備與管線之間的各種干涉問題。在完成建模后，BIM軟件還可以生成構件詳圖、統(tǒng)計工程量，并生成BOM清單等。

在設計階段引入BIM技術可以大大提高設計的效率與質(zhì)量。BIM軟件參數(shù)化的設計方式和實時協(xié)同的工作模式可以協(xié)助各個參與方，在設計方案需要調(diào)整時降低人員之間的溝通成本。另外，BIM軟件平臺的搭建，可將重要的設計信息，BIM模型等上傳至服務器，從而完成模型與設計圖紙之間的自動更新，自動糾錯等功能。通過設定一定的模數(shù)規(guī)則，可以積累各類預制構件構件庫。利用各類標準化構件庫，不斷豐富和積累設計構件，能夠同時滿足建筑設計中標準化和多樣化的需求。

3.2 生產(chǎn)階段

新型建筑工業(yè)化的目標是在信息技術的幫助下，逐漸實現(xiàn)智能化的建造系統(tǒng)，使生產(chǎn)模式從大規(guī)模批量建造向大產(chǎn)量定制建造轉化。目前，裝配式體系下的構件生產(chǎn)，尤其是在部品部件加工環(huán)節(jié)上，仍然以依靠手工居多，浪費大量的時間與勞動力。在生產(chǎn)階段，BIM系統(tǒng)對構件生產(chǎn)帶來的升級主要在于研發(fā)基于BIM的部品部件計算機輔助制造(CAM)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)——通過將構件的BIM建模轉換為MES系統(tǒng)在生產(chǎn)構件所需要的數(shù)據(jù)，由MES系統(tǒng)傳輸給設備端，并由CAM系統(tǒng)完成輸出。

3.3 施工階段

在建筑工業(yè)化中，施工階段是最重要的一個階段。裝配式體系下的施工方式并不僅僅是將現(xiàn)澆建筑拆分成構件，并在施工現(xiàn)場進行組裝。在建筑工業(yè)化的體系下，對整個項目的規(guī)劃布局，安裝時的精度都有更高的標準。

目前BIM系統(tǒng)主要用于場地管理管理、場地布局優(yōu)化、構件施工模擬、3D可視化模型施工交底等，還有巨大的發(fā)展空間。在未來，可以與RDIF，激光掃描等技術相結合，從而在BIM系統(tǒng)的協(xié)助下，進行更加精細化的流程管控，質(zhì)量核驗等工作。

4 結語

BIM技術在國內(nèi)外的建筑領域得到了深入的應用，為裝配式建筑的發(fā)展提供了信息化集成保障。以BIM技術為核心，推動裝配式建筑的發(fā)展，可以體現(xiàn)裝配式建筑“集成”的思想。基于BIM技術的裝配式建筑集成體系打通了設計、制造、裝配、維護、管理等各個環(huán)節(jié)，將建筑業(yè)的集成化推向了新的高度，形成了一種多角度寬領域的集成。

但目前裝配式建筑及BIM技術的的合作運行仍在初期，缺少統(tǒng)一的設計規(guī)范和相關的人才。在實際實施時可能出現(xiàn)預期以外的問題。在后續(xù)的生產(chǎn)與研究中，還需要針對各個環(huán)節(jié)進行進一步優(yōu)化，使結合了BIM技術的裝配式建筑體系可以取得長足的進步與運用。