基于BIM的裝配式建筑智慧建造的研究

劉林芝

摘 要：裝配式建筑在BIM技術(shù)的推動(dòng)下得到快速的發(fā)展，但BIM技術(shù)在裝配式建筑中僅是局部應(yīng)用，推動(dòng)裝配式建筑向智慧化發(fā)展還存在一定的差距。在此背景下，本文以BIM技術(shù)為核心集成其他信息化技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑中及時(shí)獲取項(xiàng)目相關(guān)信息以實(shí)現(xiàn)信息的快速流轉(zhuǎn)，信息的高度集成和應(yīng)用使人類(lèi)特有的感知、記憶、知識(shí)、智慧融入于裝配式建筑中，推動(dòng)裝配式建筑向智慧、精益發(fā)展。本文從智慧建造的概念出發(fā)，緊接著分析了智慧建筑的發(fā)展，最后研究了裝配式建筑智能建造的實(shí)際應(yīng)用。并提出了一套統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)用于培養(yǎng)BIM人才。

關(guān)鍵詞：智慧建造;設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、裝配階段

中圖分類(lèi)號(hào)： TU17;TU741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）04-0126-03

1 相關(guān)概述

隨著城市化建設(shè)加速，中國(guó)城市建筑的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的建筑方法存在著諸多問(wèn)題。工業(yè)化程度低、建造周期、能耗大、成本高、不利于環(huán)保這些問(wèn)題均迫使建筑施工工業(yè)化進(jìn)程的加快。新型多層預(yù)制式和裝配式綜合建筑系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該新型建筑系統(tǒng)具有建造省工省時(shí)、建造材料質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等多優(yōu)點(diǎn)，采用該建筑形式是建筑全生命周期智慧建造與智慧管理的前提[1-2]。裝配式城市智能建筑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從企業(yè)建筑設(shè)計(jì)信息化、智能化、工業(yè)化三個(gè)角度出發(fā)，去優(yōu)化成本管理，實(shí)現(xiàn)一個(gè)企業(yè)建筑設(shè)計(jì)高度標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件及配件設(shè)計(jì)生產(chǎn)高度工廠化、施工管理過(guò)程高度機(jī)械化、組織管理科學(xué)化四化目標(biāo)及可控化生產(chǎn)成本的目標(biāo)[3-4]。

2 智慧建造概念辨析

為更好地進(jìn)行建筑物的智慧建造，需要對(duì)智慧建造的內(nèi)涵及特點(diǎn)進(jìn)行一定的研究，更需要對(duì)智慧建造、精益建造、BIM三者之間相互交融的關(guān)系有一定認(rèn)識(shí)，達(dá)到一定的高度[5-6]。

2.1 智慧建造內(nèi)涵及特點(diǎn)

傳統(tǒng)建筑環(huán)境大變革及智慧城市新概念提出的背景下，楊寶明首先提出一個(gè)新的概念——智慧建造，并對(duì)該概念進(jìn)行分析解釋?zhuān)瑮顚毭髦赋霎a(chǎn)業(yè)和諧發(fā)展及數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)是智慧建造的關(guān)鍵。現(xiàn)階段，隨著對(duì)智慧建造的不斷深入，可以發(fā)現(xiàn)智慧建造的核心便是信息資源的高效流通并得以有效利用，智慧建造的最終目的便是有自己完整的信息庫(kù)及數(shù)據(jù)流并配置專(zhuān)門(mén)的平臺(tái)從而可以實(shí)現(xiàn)智能化管理。

“智慧建造”的技術(shù)依托有很多其中最重要的便是BIM技術(shù)，除此之外還有大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能化、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)網(wǎng)等手段，整個(gè)智能建造的流程便是整合項(xiàng)目信息，之后再此基礎(chǔ)上進(jìn)行有的放矢地分配資源，同時(shí)做到心中有數(shù)，協(xié)調(diào)各方人員，從而實(shí)現(xiàn)施工、勘察、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及建設(shè)方五方的信息交流及時(shí)，使得整個(gè)建設(shè)過(guò)程變得更加高效，產(chǎn)品也更加安全舒適。

根據(jù)現(xiàn)有學(xué)者的研究我們大致可以將智慧建造分為廣義及狹義之分[7]。

2.1.1 廣義智慧建造

廣義智慧建造是從整個(gè)項(xiàng)目比較大的層面進(jìn)行宏觀考慮，廣義智慧建造一般包括建設(shè)過(guò)程的全生命周期，這個(gè)過(guò)程包括：項(xiàng)目立項(xiàng)、運(yùn)維和拆除、施工、設(shè)計(jì)、決策等，項(xiàng)目施工的每個(gè)階段均可以借助平臺(tái)進(jìn)行資源分配及數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精益化信息管理，有利于項(xiàng)目的進(jìn)度及質(zhì)量控制，廣義智慧建造應(yīng)的主要特征如下：

目標(biāo)：朝著工業(yè)化、綠色化、智慧化變革、信息化建設(shè)目標(biāo)發(fā)展。

本質(zhì)：將整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)營(yíng)過(guò)程變得更加集約化、整個(gè)項(xiàng)目的建造過(guò)程更加的智慧化、整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的管理更加精益化。

參與主體：建設(shè)方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方、施工方及勘察方。

技術(shù)支撐：大數(shù)據(jù)、BIM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等。

保障措施：信息服務(wù)平臺(tái)。

2.1.2 狹義智慧建造

狹義智慧建造只包括整個(gè)項(xiàng)目全生命周中的建設(shè)項(xiàng)目施工階段，主要研究項(xiàng)目施工階段BIM手段及大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)在整個(gè)施工過(guò)程起到的有利作用，并實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工階段的智慧建造。

2.2 智慧建造的支撐手段——BIM

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)繼CAD之后的又一次革新，使得項(xiàng)目施工朝著五維方向發(fā)展。BIM技術(shù)有效的將在建項(xiàng)目的物理信息和功能信息可視化，并能夠?qū)⒔ㄖ畔⒖焖俳涣鳌IM技術(shù)包含了整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)信息，將一些傳統(tǒng)項(xiàng)目很難表達(dá)的東西可視化，這樣能夠提高整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的速度，充分利用項(xiàng)目的資源，更加的節(jié)約高效。

3 智慧建造的發(fā)展階段

任何新東西的發(fā)展都是在舊物件的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造進(jìn)行創(chuàng)新的。智慧建造的出現(xiàn)之前，整個(gè)項(xiàng)目建造經(jīng)歷了數(shù)字化和信息化建造過(guò)程。任何成就不能一蹴而就，就是這兩個(gè)重要的建造過(guò)程，智慧化建造才能夠?qū)崿F(xiàn)，才能更好的促進(jìn)整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。

3.1 數(shù)字化建造階段

數(shù)字化建造從整體上來(lái)說(shuō)，可以大致的分為以下三個(gè)類(lèi)別：首先第一個(gè)就是利用數(shù)控設(shè)備將確定好的建筑構(gòu)件進(jìn)行制造，并將生產(chǎn)出來(lái)的模型進(jìn)行重新組合拼裝，這樣我們就能夠得到完整的建筑物外形;其次第二就是利用數(shù)控設(shè)備對(duì)一些不規(guī)則的模板進(jìn)行批量加工，在根據(jù)這些異形模板進(jìn)行異形構(gòu)件的澆筑，這樣整個(gè)異形構(gòu)件能夠高值高量的生產(chǎn)，由于數(shù)字車(chē)床的加入，使得每個(gè)構(gòu)件的尺寸更加準(zhǔn)確;最后便是數(shù)字化設(shè)計(jì)的前提是得到每個(gè)建筑構(gòu)件的物理信息，將每個(gè)構(gòu)件的物理信息輸入我們的數(shù)控車(chē)裝，這樣才能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，并順利的開(kāi)展這個(gè)建筑的安裝工作。

3.2 信息化建造階段

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)也被大眾認(rèn)可，越來(lái)越多的工程引入BIM技術(shù)，從而使整個(gè)建筑建造階段發(fā)生質(zhì)的飛躍，BIM技術(shù)的普及也使得建造階段從數(shù)字化建造成功轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒ㄔ臁IM對(duì)施工、設(shè)計(jì)、決策、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的管理方式產(chǎn)生了有利的影響，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目五方責(zé)任主體的信息共享，減少了工程變更，使得施工質(zhì)量發(fā)生質(zhì)的飛躍，提高了我國(guó)建筑業(yè)的管理水平。但是信息化建造的發(fā)展空間還很大，其中信息技術(shù)與工程技術(shù)的融合還有所欠缺，還有待繼續(xù)研究。

3.3 智慧建造階段

智慧建造階段是整個(gè)項(xiàng)目建造市場(chǎng)經(jīng)歷數(shù)字化及信息建造過(guò)程后的一次變革，智慧建造階段代表整個(gè)建筑建造行業(yè)的頂尖手段了。隨著B(niǎo)IM、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的快速發(fā)展，智慧建造也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。現(xiàn)階段智慧建造主要通過(guò)RFID、 移動(dòng)終端等技術(shù)手段將整個(gè)建造項(xiàng)目的信息錄入信息庫(kù)里，等需要用到建造目標(biāo)的信息時(shí)直接從信息庫(kù)里調(diào)出，整個(gè)過(guò)程十分方便快速，大大提高了數(shù)據(jù)獲取的效率;現(xiàn)代智慧城市建造能夠從全方位展現(xiàn)出建筑業(yè)的智能工業(yè)化、信息化、智慧化，也對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展起到有利的作用。關(guān)于智慧建造的研究成果很多，具體研究成果如表1所示。

4 裝配式建筑智能建造實(shí)際應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)階段

裝配式建筑智慧建造在設(shè)計(jì)階段的最重要手段便是——BIM技術(shù)，智慧建造中的設(shè)計(jì)階段和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的不同，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段多采用CAD軟件將建筑物構(gòu)件信息及材料信息以平面圖的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，每個(gè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)出一套圖紙，每個(gè)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)成果都是一些點(diǎn)、線等二維的元素構(gòu)成。技術(shù)員拿著這些平面圖紙很難布置預(yù)留孔洞等的鋼筋，給整個(gè)工程項(xiàng)目質(zhì)量留下很大的安全隱患。

基于BIM 技術(shù)就能夠?qū)⒔ㄖ⑺娂敖Y(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的圖紙都融入一個(gè)三維的模型中，將各個(gè)專(zhuān)業(yè)的信息都在這個(gè)模型里體現(xiàn)，各種管道及線路，整個(gè)建筑外立面以及每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及位置均清晰地展現(xiàn)在施工人員面前，這樣大大減少圖紙問(wèn)題，借助BIM技術(shù)我們也可以實(shí)現(xiàn)VR的沉浸式設(shè)計(jì)。

4.2 生產(chǎn)階段

傳統(tǒng)的構(gòu)件生產(chǎn)都是根據(jù)二維的圖紙進(jìn)行構(gòu)件的制作，制作人員大多根據(jù)平面圖紙的平立剖圖進(jìn)行構(gòu)件的制作，需充分發(fā)揮制作人員的想象力，這種傳統(tǒng)的制作方法顯然不能順應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用，讓建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)的理念，整個(gè)目標(biāo)構(gòu)件能夠立體形象的展現(xiàn)在制作者的面前，制作者可以進(jìn)行多角度、立體的觀察，這樣制作者很方便的掌握構(gòu)件的外形進(jìn)行準(zhǔn)確的制作。BIM軟件有很多，常用的軟件有的Revit、Bentley、Catia這幾類(lèi)軟件，這幾類(lèi)軟件不僅有豐富的族而且可以方便的進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，讓這個(gè)制作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)完成后，工人可以通過(guò)三維激光掃描的方法對(duì)生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行檢查，掃描結(jié)束后我們對(duì)每個(gè)目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行編碼，將合格的構(gòu)件錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣可以實(shí)時(shí)了解到我們生產(chǎn)多少構(gòu)件，生產(chǎn)了哪類(lèi)構(gòu)件。整個(gè)預(yù)制構(gòu)件達(dá)到可以出廠的狀態(tài)后，將每個(gè)構(gòu)件的運(yùn)輸信息也錄入BIM系統(tǒng)，這樣能及時(shí)了解預(yù)制構(gòu)件的物理信息，就能夠及時(shí)接貨。

4.3 裝配階段

配式階段是整個(gè)智慧建造的關(guān)鍵階段，裝配式建筑最大的優(yōu)點(diǎn)就是高效、環(huán)保，所以上至建筑甲方下至施工單位均對(duì)整個(gè)裝配式建筑的施工進(jìn)度十分關(guān)心。而以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的裝配式建造手段為整個(gè)智慧建造提供很大改進(jìn)空間。

以往的施工進(jìn)度大多是根據(jù)施工網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行施工，如果每個(gè)關(guān)鍵工作出現(xiàn)問(wèn)題，就需要各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)，由于BIM技術(shù)的引進(jìn)，可以很方便地通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出相關(guān)信息，然后合理的配置對(duì)應(yīng)的資源。預(yù)制構(gòu)件進(jìn)廠后，質(zhì)檢人員根據(jù)相應(yīng)設(shè)備調(diào)取構(gòu)件信息，方便構(gòu)件的驗(yàn)收工作，也同時(shí)將構(gòu)件的進(jìn)廠信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，此時(shí)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)過(guò)程都十分方便簡(jiǎn)潔。

5 基于BIM的裝配式建筑智慧建造推廣對(duì)策

5.1 完善化標(biāo)準(zhǔn)

一個(gè)國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及其水平的代表之一便是裝配式建筑建造水平。目前國(guó)內(nèi)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)還不完備，各個(gè)工廠生產(chǎn)裝配式構(gòu)件的模板和底座無(wú)法通用，從而使得模板及底座的成本提高，同時(shí)由于構(gòu)件不通用使得預(yù)制構(gòu)件沒(méi)法規(guī)模化生產(chǎn)，模具也無(wú)法重復(fù)利用，使得裝配式建筑的成本很高。因此，制定相對(duì)完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

5.2 自主開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新

國(guó)家發(fā)展需要?jiǎng)?chuàng)新，行業(yè)房展需要?jiǎng)?chuàng)新，裝配式智慧建筑同樣需要?jiǎng)?chuàng)新，只有堅(jiān)持科研創(chuàng)新，才能促進(jìn)技術(shù)發(fā)展。裝配式智慧建筑的創(chuàng)新應(yīng)從裝配式建筑實(shí)驗(yàn)室的擴(kuò)建、裝配式建筑相關(guān)技術(shù)研發(fā)為起點(diǎn)，同時(shí)促進(jìn)校企的聯(lián)合共同解決實(shí)際工程問(wèn)題。只有堅(jiān)持自主開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新才能開(kāi)創(chuàng)出一套適合自己的信息化流程。

6 結(jié)語(yǔ)

智慧建造這個(gè)理念很新穎，也很實(shí)用，針對(duì)我國(guó)目前的建筑建造行業(yè)來(lái)說(shuō)可以算上“及時(shí)雨”。裝配式建筑具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最大優(yōu)點(diǎn)便是其高效性及環(huán)保性能。如何將智慧化建造應(yīng)用到裝配式建筑，還有很長(zhǎng)一段路需要走，但是現(xiàn)階段的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)手段足以支持智慧化裝配建筑的推行，因此我們應(yīng)該積極響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，勇于將這個(gè)新興事物應(yīng)用到實(shí)際的工程中，這樣才能更好發(fā)揮智能建造的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)行業(yè)積極發(fā)展。

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