既有建筑裝配式裝修BIM 技術全壽命周期應用

顧曼GU Man；翟勝增ZHAI Sheng-zeng

（江蘇建筑職業技術學院，徐州 221116）

0 引言

當前，隨著綠色建筑、裝配式建筑的發展，裝配式裝修因其綠色環保、質量高、工期短等優點，成為了裝飾裝修行業的前沿熱點話題。BIM（BuiIding lnformation Modeling，建筑信息模型）技術作為傳統建筑業數字化轉型升級的重要手段和基礎，其作用和意義也是不言而喻的。對裝配化技術和BIM 技術的應用，最理想的情況是，裝配式裝修作為裝配式建筑的內在組成部分，整個新建建筑從主體結構、設備管線系統到內裝系統、外裝系統，能夠全面應用裝配化技術，使BIM 技術在裝配式建筑的專業協同、全壽命周期協同中帶來顯著效益。

然而，我們也可以看到，目前城市擴張速度相對減慢，新建建筑的數量有限，但大量的存量建筑在長達幾十年甚至上百年的使用期內，廣泛存在功能不完善、分區劃分不合理、結構老化、管線設備老化等問題，可能面臨多次內外部裝修的更新改造。在其更新改造過程中，如果采用傳統裝修方式，就會帶來結構破壞、安全隱患、噪聲污染、建筑垃圾等，從而對建筑本身及周圍環境帶來負面影響[1]。那么如何在既有建筑改造和裝修的過程中，采用先進的BIM技術和裝配式裝修技術，達到節約資源、保護環境、提高質量、加快工期的目的，就成為當前建筑裝飾業亟需研究的問題。

1 裝配式裝修與BIM 技術的概念和優勢

2021 年10 月1 日開始實施的《裝配式內裝修技術標準》中指出，裝配式內裝修是指“遵循管線與結構分離的原則，運用集成化設計方法，統籌隔墻與墻面、吊頂、樓地面等各個系統，將工廠化生產的部品部件以干式工法為主進行施工安裝的裝修建造模式”。該標準同時將裝配式裝修分為八個部品體系，分別是隔墻和墻面系統、吊頂系統、樓地面系統、集成式廚房、集成式衛生間、收納系統、內門窗系統、設備和管線系統。

傳統裝修具有管線嵌入結構、材料現場二次加工、施工時以濕作業為主等特征，與之相比，裝配式裝修優勢明顯：①遵循管線與結構分離的原則，無需對墻體進行剔鑿和修復，降低翻新改造成本，不會對建筑主體結構產生破壞；②工廠化生產部品部件，施工現場直接進行安裝，顯著減少現場材料浪費、粉塵、噪聲、垃圾污染；③干式工法為主進行施工安裝，規避了不必要的技術間歇，杜絕了濕作業帶來的多種質量通病，裝配工藝易于培訓，方便翻新維護。

在具備上述優勢的同時，仍處于發展初期的裝配式裝修，也在各環節面臨著新的挑戰：①裝配式裝修設計時難以與建筑、結構、機電等專業進行很好地對接；②設計人員和部品生產商溝通效率低，同時優秀部品不足、接口標準不統一；③大量外觀相似又存在區別的預制構件給現場倉儲管理和安裝前的識別帶來了困難；④使用者難以與部品生產商進行技術對接，運維過程中的更新維護不及時。

信息交流不充分是造成以上問題的重要原因之一。BIM 技術作為建設項目信息化的重要手段，能夠為裝配式裝修的發展掃除障礙、鋪平道路。BIM 是對建筑物理和功能特性進行數字信息化表達，并在建筑信息模型的創建、使用和管理中產生動態的數據價值[2]。從傳統的三維信息拓展至四維（增加施工進度模擬）、五維（增加造價分析）等，BIM 技術包含越來越豐富的模型信息。

2 整體策略

基于BIM 技術的既有建筑裝配式裝修全壽命周期管理，首先要選擇兼容性、關聯性好的BIM 建模軟件。常用的建模軟件Revit 主要采用族庫建模方式，同時也存在族庫項目不足的情況。在此基礎上，針對裝配式裝修部品構件的特殊性、復雜性和精細化要求，應當進一步選擇新興的參數化建模插件無縫連接Revit，通過參數和程序進一步進行深化設計、三維建模。同時，為了實現全壽命周期管理，需要選擇或開發裝配式裝修BIM 全壽命周期管理平臺（以下簡稱BIM 平臺），在現場測量及設計階段、部品采購生產階段、現場安裝階段、運維階段進行有效的數據交流與應用，整體策略如圖1 所示。

圖1 裝配式裝修BIM 全壽命周期管理平臺整體策略

由圖1 可以看出，BIM 模型以及BIM 平臺的應用貫穿從測量到運維的所有階段，二者均發揮著不可或缺的重要作用，并且需要進行良好的數據關聯與頻繁的數據溝通。除此之外，BIM 平臺還需要與裝配式裝修部品生產廠家的部品銷售系統、數控生產系統、建筑物運維管理系統等進行對接，自身還需要實現各參與方線上交流、“拆除部位”標記、生產與安裝實時部品跟蹤與進度控制、施工安裝工藝模擬與質量控制、高效運維管理等多種功能。

3 現場測量及設計階段

3.1 現場測量及三維建模

既有建筑已具備主體結構、設備管線、裝飾裝修等各專業的工程物理實體。大多數情況下更新改造的任務，是在原有工程實體的基礎上，完成主體結構局部加固、二次結構改造、局部設備管線改造及大面積裝飾裝修的拆除和更新。因此，依托現場測量的結果，詳盡掌握原有工程實體的各方面細節是更新改造項目成功的前提。同時，由于原有工程實體的復雜性，傳統的測繪工具和手段耗時長、精度低，難以滿足項目要求。因此，應選擇高效、高精度的數字化三維掃描儀，例如FARO FocusS70 移動式三維激光掃描儀等[3]，對原有工程實體進行全方位掃描，生成點云數據和點云模型。此時的點云模型還并不完善，需要進一步進行點云拼接、點云去噪、點云修剪等。同時，將既有建筑的已有二維圖紙轉化為BIM 模型，或者直接獲取既有建筑竣工BIM 模型，與點云模型進行對比分析，有差異的細節之處繼續與原有工程實體進行復核，完善及復核后的點云模型可以全面、客觀地反映原有工程實體主體結構、設備管線、裝飾裝修等各專業的實際狀況，為下一步裝配式裝修的設計提供精確的數據基礎。

3.2 初步設計

將完善及復核后的BIM 模型上傳至BIM 平臺，設計人員、業主、裝配式裝修部品生產廠家可以借助BIM 模型共同討論既有建筑更新改造的初步方案。依據討論的具體內容，初步設計建模時將需要拆除的裝飾面標記為“拆除部位”后刪除（刪除前保存模型版本以用于后期拆除施工時快速準確定位），將考慮保留的裝飾面留在模型中，同時保留原有結構系統和設備管線系統，在此基礎上，設計人員著手進行初步設計方案的建模。

建模過程中，對于局部需要加固的結構部位完成加固方案建模，對于局部需要拆除的二次結構和設備管線，也標記為“拆除部位”后刪除（刪除前保存模型版本），再繼續進行二次結構、設備管線的補充完善以及裝飾裝修設計的建模。設計人員可以為業主提供多個初步設計方案，上傳至BIM 平臺進行溝通和選擇。除了需要參考業主和裝配式裝修部品生產廠家的意見之外，還可以借助BIM 技術來評估初步設計方案在規范遵守、功能布局、光熱分析、人體工程學等方面的情況，通過數據對比和模擬分析進行初步設計方案的論證和比選。

3.3 深化設計

深化設計需要完成的主要工作包括裝配式裝修建模排版、裝配式裝修節點設計、碰撞檢查和模型復核校驗。

裝配式裝修包含大量標準化的、有規律的部品構件，如輕質隔墻的龍骨和板材、裝配式地面的架空模塊、裝配式吊頂頂板等。在BIM 建模過程中，依據BIM 模型中各個裝修面的實際尺寸、裝配式部品構件的標準部品和非標準部品的尺寸，在BIM 模型中進行自動建模排版，與人工排版相比速度快、精確度高。

完成大面積裝修面的自動建模排版后，還需要進行裝配式裝修節點的設計，包括各模塊安裝節點、不同裝飾面交接處節點、裝飾裝修面與設備管線系統交接處、各類預留洞口的節點設計等。采用族庫建模方式或參數化建模方式，預先完成節點設計和建模，再將節點模型融入整體模型中。

需要注意的是，在BIM 平臺中，需要將BIM 模型與裝配式裝修部品生產廠家的部品銷售系統進行對接，在建模排版和節點設計盡可能采用成熟的標準化部品和構配件。對于需要定制的非標準部品和構配件等，也要在BIM 平臺中與廠家進行溝通和確認，以便提高后期裝配式部品構件生產和安裝的可行性和效率。

完成建模排版和節點設計的裝配式裝修BIM 模型中包含復雜的各專業構件信息，需要利用BIM 軟件進行三維碰撞檢查，及時發現裝配式裝修系統與其他系統的碰撞，如墻體與裝飾面重疊、管線與墻體穿插碰撞、消防噴頭與燈盒碰撞等，進而解決碰撞、完善模型，在裝配式裝修部品體系生產和安裝時減少返工、節約成本、加快進度。

最后對模型進行復核和校驗。將完成節點設計后的BIM 模型上傳至BIM 平臺，利用BIM+VR 技術搭建仿真場景模擬，提高業主的真實感和體驗感，直接進行裝配式裝修方案的比較和優選。同時由裝配式裝修部品生產廠家提前驗證施工的可行性，在此基礎上進一步進行細節的調整和完善。

3.4 計量計價、形成部品清單及出圖

深化設計后的BIM 模型已經具備充分完善的模型和構件信息。接著，利用BIM 軟件具有的提量組價功能，實現工程量清單的快速提取和施工圖預算的快速組價，提高計量計價的效率和準確性。接著，將計量計價成果文件上傳至BIM 平臺，業主可將當前設計方案的成本與自己的裝修預算進行對比，如有必要，繼續進行細節的調整和完善，并且可以在BIM 平臺上從生產廠家的部品銷售系統中直接選擇外觀、材質、價格等各方面都能夠滿意的部品和構配件。接著，在模型中為每個部品和構配件設置唯一的二維碼，該二維碼包含編碼、位置、名稱、數量、規格、性能要求等屬性信息，并形成詳細具體、分門別類的部品清單，作為后期預制生產、進場驗收和現場安裝的主要依據。最后，由于模型信息較為復雜、整體性強，為了方便起見，可以在三維模型中直接導出二維平面施工圖和三維大樣圖，用于局部裝修方案的研究和施工，提高針對性、具體性。

4 部品采購生產階段

上述設計階段完成時，模型中選用的部品和構配件已經在BIM 平臺中經過了設計人員、業主、裝配式裝修部品生產廠家三方的溝通和共同確認，并且形成了具備唯一二維碼的詳細部品清單。因此，可以在廠家的部品銷售系統中一鍵下單，實現業主到廠家的智能定制和直銷供應，優化采購流程，顯著提高部品采購的透明度和效率。接著，將BIM 模型、部品清單與廠家的數控生產系統進行對接，識別部品和構配件的二維碼，將相關參數和信息傳遞到數控機床中，實現數字化生產，提高構件生產效率[4]。生產進度以及后續運輸、進場和安裝的進度信息，由廠家及時上傳到BIM 平臺，供業主和設計人員進行實時查詢和跟蹤。需要注意的是，在生產之前應首先進行生產進度和安裝進度的統一協調。結合業主的要求，由裝配式裝修部品生產廠家制定生產和安裝的整體流程，并計算工期。合理安排各部品和構配件的生產時間、運輸時間、進場時間、安裝時間，最大程度上實現采購階段和現場安裝階段的緊密銜接，發揚裝配式裝修在進度管理上的顯著優勢。

5 現場安裝階段

現場安裝之前，應對初步設計時在BIM 模型中標記了“拆除部位”的部分原裝飾面、二次結構、設備管線等進行拆除。借助于BIM 模型和BIM 平臺，現場安裝階段主要完成的工作包括施工安裝工藝模擬、安裝過程進度管理及安裝質量控制。

基于BIM 模型，針對裝配式裝修中涉及到的各項施工安裝工藝，尤其是技術復雜、安裝易出錯的重難點工藝，以實時VR 或生成動畫的方式，對場地布置、臨時及永久設施安裝、樓地面標準模塊和非標準模塊排布、隔墻及吊頂板塊構件吊裝、管線安裝、集成式衛生間安裝、復雜節點安裝工序等進行三維演示，完成施工安裝工藝模擬[5]。這不僅有利于對安裝人員進行直觀有效的三維技術交底，也能夠提前檢驗施工安裝的可行性，如有問題提前發現和解決。其次是施工安裝進度控制。在部品采購生產階段，已經制定了生產與安裝的整體進度計劃。將生產進度通過生產廠家的數控生產系統導入BIM 平臺，通過現場實時監控和跟蹤部品二維碼，將施工安裝進度也導入BIM 平臺，在平臺中進行生產與安裝實際進度與計劃進度進行對比。平臺對滯后部位進行自動標紅預警處理，施工安裝人員采取調整措施，整個生產與安裝進度計劃自動隨之調整，實現實時、聯動的生產與安裝進度控制。

上述施工安裝工藝模擬是安裝質量控制的有效手段之一。除此之外，設計和生產廠家可以提前將施工安裝說明、注意事項、質量風險要點等融入BIM 模型中，以利于現場安裝人員對安裝質量進行精準控制。

6 運維階段

現場安裝完成后，將包含裝配式裝修施工現場安裝實況、保養方式等竣工驗收信息錄入BIM 模型中，形成竣工BIM 模型，作為運維的重要依據。

在運維階段中，如遇到裝配式裝修部品構件損壞的情況，業主可在BIM 平臺中提出維修申請單。裝配式裝修生產廠家接到申請單后，可快速獲取相關部品的技術參數，篩選出匹配的部品配件，或者由業主自行選擇。部品生產之后由生產廠家安排維修人員上門安裝。對于一些安裝簡易的部品配件，甚至可以郵寄給業主，由業主自行安裝。整個過程中業主可以隨時與廠家進行線上交流，提升裝配式裝修運維效率。另外，還可借助BIM 模型將建筑物運維管理系統融入BIM 平臺中，并應用物聯網技術等，對整個建筑物在運維階段進行設施設備管理、管線系統管理、建筑能耗管理等，實現更全面的集成化運維管理。

7 結語

BIM 技術作為傳統建筑產業數字化轉型升級的關鍵技術，已成功應用于多個既有建筑的裝配化裝修工程中。隨著BIM 技術與裝配化裝修的逐步普及，其優勢將逐漸顯現，為建筑裝飾業帶來更為顯著的效益，同時助力綠色建筑發展和生態文明建設。