基于BIM 技術的裝配式建筑全壽命周期管理研究

文｜常州工程職業技術學院 沈程 岳翎 徐小明

在建筑工程的進一步發展背景下，BIM 技術逐漸成為建筑設計、施工和管理運營階段中不可或缺的技術措施，現如今，人們對裝配式建筑結構施工質量愈加關注，因此相關建筑單位需要將BIM 技術合理融入裝配式建筑施工項目當中，以此來保障可以充分滿足人民需求的同時提升項目質量，在多樣化信息技術、BIM 軟件的應用下，促使各類施工問題獲得高精準處理，推動我國建筑行業穩定發展。

1.BLM 理念與BIM 技術概述

BIM 是以計算機技術、三維建模技術等為基礎衍生發展而來的新興技術類型，由Autodesk 公司在2002 年首創提出，能夠通過結構模型、流程模型的搭建提升建筑施工管理直觀性，在工程設計、資料管理、成本核算等方面均有較為廣泛的應用。上海浦江基地保障房項目、成都金融城、濟南大劇院等大型建筑項目中均可見到BIM技術的身影。從實踐角度看，其優勢主要集中在以下幾個方面：

（1）可視化，BIM 技術在實際應用期間可以將物理特性、幾何特性、功能特性等全面凸顯出來，并在此前提條件下構建出一系列清晰直觀的數字模型，為各部門施工人員體現出項目施工、設計等多個階段的信息數據，進而構建出相應的可視化模型。

（2）協調性，因為建筑工程在實際作業階段中往往會涉及到諸多工作人員和部門單位，主要涵蓋了設計單位、業主、施工單位、監理單位等等，然而在此情況下實現各個利益主體的高效溝通工作是十分困難的[1]。

（3）虛擬化，在建筑項目設計期間，BIM 技術可以結合實際情況自主開展節能、熱傳導和能量消耗的仿真模擬。項目工程施工環節中，BIM 技術在實際應用狀態下可以模擬施工具體流程，并在根本上加強3D、4D 和5D 技術的應用水準。然而將該技術融入運營管理期間可以有效模擬地震疏散和火災事故疏散等場景。

建筑項目全生命周期管理模式（Building lifecycle management，BLM）則是以項目管理為核心發展起來的科學理念，倡導將管理行為貫穿到設計、生產、運營等多個環節之中，以提升建造效率及質量。新時期建筑產業發展迅速，建筑結構更加復雜、工藝更加成熟，以BIM 為基礎的建筑項目全壽命周期管理也逐漸進入研究視域，有必要對其應用優勢進行深入探究。

2.基于BIM 技術的裝配式建筑全壽命周期管理優勢

2.1 便于對預制構件的有序設計

將BIM 技術有效融入裝配式建筑結構施工項目當中，可以在根本上確保各類項目信息、數據的開放性與共享性優勢。簡單來說，建筑項目設計人員需要將最終完結的方案內容傳輸至云端服務器當中，并在一系列措施方法的支持下構建完善化預制服務器。在資源庫的規模化發展背景下，相關工作人員可以針對不同類型預制構件展開進一步對比分析，以此來精準把控構件的標準形狀和具體尺寸。在此種技術措施下，可以全面提升裝配式建筑結構中預制構件設計的有序性，為建筑全壽命周期管理奠定堅實基礎。

2.2 提高建筑設計效率

一般情況下，建設部門和施工單位在開展裝配式建筑設計作業期間，對于類型不一預制構件彼此間的預留、預埋等項目而言，需要多個部門設計工程師結合實際情況開展協調配合。然而在BIM 技術的有效運用背景下，設計人員可以在此階段中合理運用現代化BIM 技術，進而對設計信息和數據資源展開全面化檢驗與摸索，并對最終完成的設計方案展開一系列優化調整。在此期間，建設部門需要積極借助云端技術等有效掌控碰撞功能和自動糾錯功能的價值優勢，以此來保障裝配式建筑結構設計工作可以順利開展。

2.3 預防設計誤差

在開展項目建設施工期間，設計人員可以借助BIM 技術的優勢特點，在確保裝配式建筑結構精細化設計的前提條件下規避施工作業期間存在的數據問題和裝配偏差。除此之外，施工人員在實際作業階段中，可以對不同類型預制構件的規格、尺寸及鋼筋保護層等數據信息展開精準定位。另外，設計工程師可以結合BIM 三維視圖模型的基本狀況，全面化、全方位呈現出預制構件彼此間的契合度與相關參數，為后續項目的穩定開展打下良好的基礎。圖2為BIM Revit 軟件下的建筑模型。

3.基于BIM 技術的裝配式建筑全壽命周期管理策略

現階段BIM 技術體系日漸成熟和完善，給裝配式建筑發展注入了新生力量，如果將二者有效融合，打造出基于BIM 的數字化全壽命周期管理模式，必將帶來設計、生產、施工等全方位效率的提升。融合應用思路可見圖1。

圖1 BIM 技術在裝配式建筑全生命周期中的應用情況（來源：張聚賢《BIM 技術在裝配式建筑全生命周期的應用研究》）

3.1 設計階段

規劃設計階段主要以BIM 技術為依托對建筑模型進行檢查修正，確定各構件空間尺寸、拓撲關系等，整個建模、修改過程十分便捷，無需像二維模型圖一樣分別修改平面、剖面圖，解決了圖紙參數錯漏問題，必要時還可以搭建信息資料庫，直接提取生成墻、柱等構件。在BIM 技術的支持完成項目圖紙預制構件深化設計工作后，相關人員可以在統一化平臺當中完成生產構件和機電作業等內容，在根本上減少不同專業彼此間的交叉工作，協同設計過程可見圖2。另外，利用BIM 技術軟件所繪制的建筑模型還可以進行管線碰撞檢查（見圖3），所有數據集成、匯總到建筑部門的MES 系統當中，進而在根本上規避人為操作失誤帶來的負面影響，切實提升建筑構件的設計生產效率。另外，最終生產完成的構件可以展開編碼處理和埋置FRID，并將其涉及到的各類信息資料完全傳輸至云端平臺當中，在根本上提高裝配式建筑結構施工的現代化水準。

圖2 基于Autodesk Revit 平臺的專業協同設計（來源：齊寶庫《基于BIM 的裝配式建筑全生命周期管理問題研究》）

圖3 管線與結構設計沖突檢查（來源：李天華《裝配式建筑全壽命周期管理中的BIM 與RFID 的應用》）

3.2 生產階段

3.2.1 生產計劃共享

從整體視角來看，相關建筑單位的成本部門可以借助BIM 模型針對各個生產勞務、設備及材料消耗量展開一系列精準化運算，以此來引導生產部門構建出科學完善的物質需求計劃和勞動力計劃等等，在根本上實現建筑項目成本科學化管控，在此情況下，物資計劃的競爭性、合理性在精細化成本管理領域中占據著至關重要的地位，其可以利用BIM 模型自主獲取相應的需求計劃，并將其作為后續采購工作的主要參考依據，防止出現材料資源過度消耗和堆積等問題。PC 生產單位所構建的物質儲存列表、計劃表等均體現為可視化水準，生產管理人員也可以結合深化設計的各項數據信息開展構件生產、儲存等作業，其他部門也可以在此情況下查看具體生產計劃內容，崗位人員在生產計劃的支持下科學準備不同類型的數據資料。

3.2.2 合同訂單管理

運用BIM 技術還可以完成對生產合同、項目協議的全方位管理與控制，主要涉及到訂單內容、生產維護等等。構件生產車間可以結合訂單具體內容對多類型物料展開科學化準備工作，當庫存物資出現數量不足等狀況時，相關軟件平臺便可以在第一時間提醒工作人員對所缺物資展開精準化跟蹤處理和催收處理，避免在生產訂單順利生成后因缺少部分物料影響后續施工作業。除此之外，在合同簽訂結束各個生產部門便可以結合產能內容科學構建生產方案，采購部門也可以在此前提條件下開展下一步驟的物質購置作業及車間堆場的準備工作，進而實現工廠信息化管理和自主化控制。

3.2.3 構件運輸盤點

在構件生產階段中，最終制作而成的產品需要運輸至具體施工場地內部，然而將不同類型、規格和數量的預制構件快速運輸至項目現場是當代建筑單位重點關注的問題。在BIM 技術的支持下，工作人員可以積極運用信息控制系統與其他部門完成精準化協同融合，以此來實現數據信息的共享與互通。施工現場的項目部門可以利用BIM 技術及RFID 技術將場地內需要安裝的預制構件傳遞至預制構件信息控制系統內部[3]，管理人員便可以在此前提下做好各項準備工作，熟練掌握庫存數量，并將不同類型構件的數量、信息等完全反映至系統當中，進而完成一系列生產和堆積保存等作業，最終可以在時間標準范圍內運輸至施工場地（見圖4）。

圖4 BIM 技術與RFID 技術在裝配式建筑施工中的融合應用（來源：李天華《裝配式建筑全壽命周期管理中的BIM 與RFID的應用》）

3.3 施工階段

施工環節相關人員可以積極運用BIM模型完成一系列吊裝交底工作，結合構件堆場的平面布設特點完善整體吊裝順序。在實際施工圖紙當中，各類型二次結構如過梁、門抱框和構造柱等以文字描述為主，在實際施工作業前相關人員需要結合圖紙內容和項目標準對二次結構的設定展開進一步深化處理。如果二次結構構件需要繪制出完善化、科學化的詳圖，此環節不但會消耗大量的人力資源和物力資源，還會出現諸多偏差性問題，對于標高變化多、復雜性較高的二次結構來說，通過CAD 圖紙的深化處理也無法獲得顯著性成效。然而合理運用BIM 軟件如Revit 等便可以在根本上解決上述幾種問題，進而實現二次結構的精準定位、參數優化和數字建模。在復雜部位二次結構的施工期間可以結合深化后的BIM 模型完成一系列三維可視化交底工作，進而將施工錯誤發生幾率降低至最小化。BIM 技術可以將各個參與主體的設計信息展開全面互通與共享，設計人員也可以結合實際情況協調運用類型不一的“族”庫，分享多樣化裝配式建筑的設計理念和施工模式，為戶型設計施工節省更多時間成本，以此來滿足新時代建筑市場的發展需求。為了確保預制構件的整體質量，相關人員需要積極落實裝配式建筑質量可追溯機制，生產單位在預制構件的生產環節中便需要為其提供尺寸、材料類型等相關參數的芯片，并在RFID 技術的協同運用下完成預制構件的智能化物流管理，切實提升預制構件儲備管理和運輸吊裝作業的整體效率與質量。

3.4 運維階段

運維階段同樣是裝配式建筑全壽命周期的重要組成環節，管理人員可由基于BIM 技術及RFID 標簽展開系統化管理，實時收集監控各種設備管線的運行情況，避免出現電梯、閥門設備超限運營問題、故障定位困難問題等，保障裝配式建筑運營效率的提升。此外建筑需要改建、拆除時，同樣可以基于BIM 平臺及RFID 標簽展開管理，避免違規拆除造成的承重體受損，同時提升構件回收評估準確性，減少能源的消耗支出，為裝配式建筑的可持續發展保駕護航。

4.結論

綜上所述，BIM 技術在裝配式建筑結構施工中的應用，可以在根本上拓寬我國建筑行業的整體規模，還可以提升各項資源的利用率。在裝配式建筑結構施工中融入BIM 技術，不但可以提升各項目構件的生產質量與效率，還可以對施工現場及各個項目環節展開仿真模擬，促使工作人員創建出科學化、完善化的施工方案，在根本上解決了傳統建筑施工階段中存在的問題，推動我國建筑行業的可持續發展。