基于BIM 的裝配式建筑智慧建造結構體系研究

傅小珠

（閩南理工學院，福建 泉州 362700)

0 引言

本文所涉及的裝配式建筑，智慧建造結構體系是利用裝配式建筑模型的建立與智慧建造相結合，通過感知層來接收內外信息的實時變化，再經傳輸到BIM 技術建模中，利用云計算平臺接收信息，并與計劃數據做比較，如有偏差，采取糾偏措施的有限循環(huán)過程。實現裝配式建筑項目全壽命周期的“三全”，即：全過程、全面、全員參與的控制[1]。

1 智慧建造結構系統(tǒng)構建的四要素

從項目策劃、各參建單位的協(xié)作、項目的過程與目標控制、項目使用維護等四個要素研究裝配式建筑項目系統(tǒng)的建設。

1.1 項目策劃

項目策劃是四要素的重要組成部分，主要涵蓋了項目建設前期所有的準備工作。包括項目組織與管理的總體方案決策、組織結構、合同結構和項目結構分析、工作任務分解、職能分工及工作流程確定等。項目策劃的意義是使項目建設有據可依，在建設過程中任何一個階段、任何一個方面的工作都經過各專業(yè)人員的分析和計劃，能夠避免工作的重復和疏漏，建設質量提高，建設成本和經營成本減低，建設周期縮短，社會效益和經濟效益提高。

1.2 各參建單位的協(xié)作

基于BIM 的裝配式建筑為各參建單位搭建高效的協(xié)作平臺，他們通過平臺進行信息交流，為組織的協(xié)調工作帶來了便利。平臺支持各專業(yè)設計協(xié)同，隨著設計的細化，模型精度隨之提高，在項目建設和運作過程中，模型集成的相關數據趨于完整，直至項目報廢拆除。在整個項目的全生命周期中，平臺所需要集成的信息和數據對各參建單位開放，各方的信息互動交流，高效、無障礙，有效地解決了平臺在傳統(tǒng)的項目管控模式下工程中的設計施工脫節(jié)、信息孤島等問題，提高其工作的協(xié)同程度，提高質量，縮短周期，降低建設成本，減少錯誤發(fā)生。

1.3 結構體系目標控制

基于BIM 的裝配式建筑智慧建造從項目過程的實時監(jiān)控和目標的動態(tài)調整，實現結構體系的順暢運行。目標控制主要是投資控制，進度控制和質量控制，提出目標的具體措施，連續(xù)不斷地進行過程的檢查，將檢查的結果與目標進行比較，及時揭示結果和目標之間的差異，進行定量分析、定性分析和作出客觀的評估，反饋信息，及時采取有效的補救措施，從而更好的實現目標。

1.3.1 投資控制

在項目建設中，項目前期和設計階段對整個建設項目的投資起到關鍵性作用，在建裝配式建設項目也同樣適用。根據經濟學中的“二八定律”，項目前期的決策和實施期的設計階段，已確定了項目的全生命周期百分之八十的費用，此外在設計階段中初步設計、方案設計、施工圖設計中，初步設計起到決定性作用，所以要特別關注這兩階段的投資控制。在項目立項審批階段，以“三大效益”（經濟效益、社會效益、環(huán)境效益）作為經濟指標，從BIM 項目數據信息和大數據庫中發(fā)掘，制定方案，再與相似的項目進行方案考校選擇，最終確定最優(yōu)方案。同理在設計階段，也需要考慮方案的考校選擇，通過各種方案模擬后的數據，得出建筑的各項參數，再與BIM 項目信息庫中的類似方案做比較，選擇最優(yōu)方案，實現項目的高質量低成本。

1.3.2 進度控制

裝配式建筑項目的進度控制是利用項目結構分解，進行任務分工，并對任務時間和資源上的消耗進行優(yōu)化設計，使得工期最短，資源利用最大。在進度控制過程中也要注意動態(tài)的調整，根據實時狀況的改變，及時給予積極措施進行調控。在此過程中，依靠物聯(lián)網感知狀態(tài)，并將搜集的信息實時傳達給BIM 信息庫中，實現實時監(jiān)控。

1.3.3 質量控制

裝配式建筑施工項目的質量控制要素，包含最初的設計、生產過程中的原材料構配件、生產工藝、施工流程、運輸和進場堆放和安裝工序等過程的質量控制。設計質量控制過程中，BIM 的作用效果非常顯著。通過BIM 的碰撞進行檢查，對方案進行調整和優(yōu)化，使設計變更大大減少，為構件的生產打好基礎。對于施工階段的構件安裝，進行虛擬仿真，得出精確數據，制定優(yōu)化的施工設計方案，保證了施工的質量。對于施工中的質量問題都能在BIM 數據庫中顯現，這樣在整改時都是有據可依，質量過程控制可以在物聯(lián)網上實時進行采集，做到預防質量事故發(fā)生、定位質量整改，實現智慧化質量控制[2]。

1.4 項目使用維護

項目使用維護包含使用安全、環(huán)保、節(jié)能、使用功能和運營成本等五個方面的監(jiān)控。各施工單位在工程建設項目完成后，應按照有關國家標準規(guī)定進行自檢，自檢合格后由監(jiān)理單位組織預驗收，最后由建設單位組織各參建單位進行正式的竣工驗收，并且將其交付給有關運維部門進行監(jiān)控，主要是根據有關法律法規(guī)、合同條款、設計文件，對工程項目實體和施工資料進行全面檢查，審核后尚存在的問題要向有關單位及時反饋，督促施工單位整改，最終移至運維單位負責管控。

2 智慧建造結構體系構建的原則

2.1 連續(xù)性原則

裝配式建筑LCM 要經歷幾個不同的階段，每個階段的工作要點各有不同，但是整個過程必須保持連續(xù)，為了避免各階段的交接矛盾，需要將項目全生命周期緊密聯(lián)系起來。

2.2 聯(lián)合性原則

最主要表現在各參建方的利益相關關系，即為了保證各參建方不為自己的私利而犧牲全局利益，來協(xié)調和平衡各利益相關者工作。

2.3 標準性原則

為了保證項目數據庫的準確性和統(tǒng)一性，而不至于產生重復性工作和信息孤島。

2.4 動態(tài)性原則

項目進行過程是動態(tài)的，參建單位在動態(tài)變化中做出決策時需要有不斷更新的信息作為支撐。任何市場信息都具有一定的時間規(guī)定性，要提高信息的時效性，并且及時掌握有效的信息，能夠避免決策失誤，提高工作效率和經濟效益。

2.5 異質性原則

縱使兩處的建筑物一模一樣，但由于其宏觀環(huán)境自然環(huán)境、經濟環(huán)境、人口環(huán)境、技術環(huán)境、社會文化環(huán)境、政治法律環(huán)境等的不同，相關的結構體系也需做出相對應的調整。

3 結構體系協(xié)作過程

基于BIM 的裝配式建筑智慧建造工程結構系統(tǒng)，主要目標是解決裝配式建筑項目整個生命周期各個環(huán)節(jié)的脫軌狀態(tài)。通過BIM 與物聯(lián)網結合，將建筑的硬件和軟件一一對應，實現信息資源的共享，為整個項目的施工搭建橋梁，做到項目體系全生命周期的智慧化，消除各個環(huán)節(jié)中的資源浪費，降低建設運維成本，項目各主要的利益相關者協(xié)同合作，承擔著連帶責任，使利益達到最大化[3]。裝配式建筑智慧建造結構體系是通過CPS 實現云計算，做出方案決策再與BIM 大數據庫進行比選，實現工程實體與計劃方案的實時比較，運用動態(tài)控制原理及時糾偏，從而實現建造過程的高效化、智慧化。裝配式建筑智慧建造結構體系過程如圖1 所示

圖1 裝配式建筑智慧建造結構體系過程

4 結構體系環(huán)境與構建

裝配式建筑結構體系環(huán)境外部因素包含經濟、政治、法律、人文、技術和自然環(huán)境等[4-6]，這些外部因素作用于項目的全壽命周期中，約束整個結構體系，給項目帶來重大的影響。結構體系環(huán)境是把雙刃劍，既會產生有利的影響，也會產生不利的影響，對項目建設起到決定性作用[7]。

在項目的全壽命周期中，把基于BIM 的裝配式建筑智慧建造結構體系進行指標劃分，把智慧組織、智慧設計、智慧生產、智慧運輸及安裝、智慧運維、智慧建造平臺等6 個階段作為一級指標，根據確定的一級指標，將裝配式建筑智慧建造的項目進行二級體系的合理篩選和合并，最后形成完善的的基于BIM 的裝配式建筑智慧建造結構體系[8-10]。基于BIM 的裝配式建筑智慧建造結構體系如圖2 所示。

圖2 基于BIM 的裝配式建筑智慧建造結構體系

5 結束語

本文通過對基于BIM 技術的裝配式建筑智慧建造工程結構體系的協(xié)作過程、目標控制（投資—進度—質量控制）、環(huán)境影響等進行分析，最終構建完善的結構體系。把該結構體系運用在裝配式建筑施工過程中，可使建筑等同于制造業(yè)，做到生產工藝流水化、產品制作標準化、建造方式模塊化，再結合“三全”控制，可大幅度提升施工質量，縮短施工工期，節(jié)省工程投資。