基于BIM技術的裝配式建筑低碳節能研究

王旭良

（中國十七冶集團有限公司）

1 引言

我國建筑產業規模的不斷擴大給經濟建設提供了重要的助力，但建筑行業在迅猛發展的同時也消耗了大量的自然資源，造成了環保問題。因此，建筑行業的升級和轉型是必然的。在此背景之下實現建筑領域的低碳節能發展，打造綠色化和信息化體系是未來建筑業的發展方向，而BIM就是一種關鍵的技術輔助手段。

2 基于BIM技術的裝配式建筑低碳節能價值評估

2.1 必要性

各類綠色環保技術和信息化手段的應用在一定程度上提升了我國建筑行業的全生命周期可操作性，也使得各類節能環保技術的優勢得到了充分發揮，例如裝配式建筑就是近年來被廣泛使用的一種建筑體系，有助于推動傳統制造業的智能化和綠色化，建立綠色低碳制造體系，優化產品結構，編制新時期的綠色建筑建設標準。建筑業在新型城鎮化進程不斷加速的時代背景下，需要正確認識到環境保護和資源應用方面的壓力，推進傳統建筑領域和新技術的有序配合，打造低碳節能經濟體系[1]。從經濟發展和環境保護的層次來看，基于BIM的裝配式建筑低碳節能工作勢在必行，低能耗和高環保的綠色發展方式將成為建筑業的發展動力。在大幅降低建造成本的同時節約資源，實現長久發展，完成建筑工業化和建筑信息化的深度融合。

建筑信息化通過信息的協同性實現管理標準化和生產高效化，BIM技術與裝配式建筑作為信息化和工業化結合的重要載體，能改變傳統的建筑行業粗放生產模式，完成人力成本和技術層面的綜合升級，這將推動傳統建筑業的轉型，也將建立更加完善的資源應用系統。例如，很多建筑項目在建設過程中，可以直接通過大數據或互聯網架構完成項目模擬，提前預估可能存在的技術缺陷，采取有效的應對措施等。

除此以外，基于BIM的裝配式建筑低碳節能設計可以滿足人們對建筑的功能需求。在現代社會，當人們的居住條件得到滿足之后，就開始關注居住質量和居住舒適度。在BIM技術的幫助下，整個建筑的圍護結構或是房屋結構不僅考慮到人們的心理舒適性，同時還考慮到人們的生理需求，遵循低碳節能發展的需要。

2.2 可行性

基于BIM技術的低碳節能裝配式建筑體系得到了國家政策層面的支持和幫助，早在2017年國務院辦公廳頒布的《關于促進建筑業持續健康發展的意見》當中就明確提出要采取規范化設計和工廠化生產模式，以裝配化施工推動建造方式，創新與智能化應用，大力發展裝配式混凝土建筑，力爭在10年內將裝配式建筑在新型建筑當中的比例提高到30%。從這一角度來看，全國范圍內對裝配式建筑的關注度都明顯提升，既得到了國家政策和措施層面的保障，同時也符合創新驅動發展戰略要求，是建筑行業轉型升級階段的關鍵點[2]。所以從技術融合的要求來看，我們可以了解到BIM與裝配式建筑融合的必要性和可行性，以及兩者融合式產業合作和社會化推廣的必然趨勢。

工程項目在建設過程中會涉及諸多的學科知識和產業面，且建設項目規模本身龐大，在新形勢下，要綜合項目管理和產業整合的現實需要，一方面保障項目質量的安全性，另一方面保障產品的核心競爭力。BIM技術的應用能夠充分促進模塊化和標準化的構件設計方案，在建筑工業化推進階段擁有天然的發展優勢與全生命周期管理理念之間形成了有序配合，實現設計協同化。例如，BIM技術可以輔助開展土建設計、結構設計和水電設計，由系統生成專業的施工圖之后，就可以直接在現場施工中解決技術矛盾，根據構件特性完善每個構件的關鍵信息，完成裝配式建筑的多樣化協同施工。

作為現代建筑信息化的代表，BIM技術的協同性本身契合建筑全壽命周期的信息管理要求，能夠在建筑工程的不同階段發揮良好的技術輔助價值。例如，在工程設計階段，BIM技術就可以輔助開展建筑性能評估、設計圖模擬以及施工圖設計。在具體施工階段，可以利用BIM技術完成土建深化、構件現場管理和施工進度調節；在項目運維階段可以完成設備管理和建筑能耗評價；在竣工驗收階段，則可以確定項目的使用功能和潛在價值等。依托BIM技術平臺可以直接對工程標準化設計或是預制構件質量情況進行提前預估，大幅提升施工進度和施工方案的準確性，各類設備材料在使用過程中能夠更加明確，進一步優化生產流程，保障建筑設備的管理維護水平[3]。除此以外，BIM模型可以直接融合其他信息化手段，例如檢索輔助設備的預制組件和模型參數信息，從根本上提升了運維工作效率等。在結合施工現場的需求后，可用于檢查工程條件，也可調整材料設備的入場計劃。

3 基于BIM技術的裝配式建筑低碳節能設計

3.1 建筑設計階段的籌備

在裝配式建筑的低碳節能設計層面，需要綜合考慮構件的生產和運輸等多方面的需求，借助BIM技術優化整個構件的加工階段和設計階段，尤其是完成某些關鍵工作量的前置設計。前置設計的重點在于了解施工階段可能產生的各類偏差，然后提前采取針對性調整方案。與傳統現澆模式的建筑相比，裝配式建筑對專業協同性方面的要求變得更高，特別是要強調各專業之間的參與配合，在BIM技術的幫助之下就可以完成前期的建筑籌備與綜合管理。

例如，在項目的選址方面就要綜合考慮多個層次的影響因素，考慮建筑業和預制構件的特殊性，考慮建筑在設計階段的規劃選址要求以及自然土地條件等。從預制構件的生產直至最終運輸至施工現場安裝，可以利用相應的技術軟件，對項目周圍的自然環境展開分析。確定工程在設計階段有哪些優勢性環境條件以及在施工過程當中有哪些方法可以節能減耗。在進行環境分析之后，就可以將分析數據全部導入軟件中，再次進行編輯后，與地理信息系統進行結合應用，得出該地塊的空間分析結果，給建筑全生命周期信息化管理提前打好基礎。

而在建筑設計階段，可以協同各個專業完成項目技術應用，提前與生產廠家一同進入工程籌備工作中。例如，進行構件設計前置、機電設計前置以及室內裝修設計前置等。在整個裝配式建筑的設計規劃中，利用BIM可以完成對構件的深化設計，從3D可視化到2D圖紙的快速轉變，提前檢查預制構件的整體質量，還可以利用該軟件完成施工模擬進度的分析和評價，適時調整運輸計劃和施工計劃等[4]。由于借助BIM平臺可以直接實現各個專業之間的信息交換，讓各個專業的技術人員能夠快速定位與項目工程有關的各類數據，及時找出工程階段可能存在的技術問題，減少構件設計不合理等事件的發生。將裝配式建筑施工中的重要節點進行協同設計，減少施工困難和施工錯誤。

3.2 生產運輸階段的管控

在預制構件的生產階段，借助BIM化模型可以更加清晰表達出比較復雜的空間關系，把圖紙信息全部集中到一個模型當中，完成信息對接。即便對于一些比較復雜的節點或典型構件，也可以建立信息化模型，完成可視化評估和比較，適時對構件的生產流程合理性作出評價[5]。值得一提的是，整個預制過程的生產流程，信息數據可以被全部保留，生產廠商和設計人員之間可提前展開交流對接，，只需要將信息輸入設備之后就可以完成自動化生產，大幅提高工作效率和工作質量，減少人員消耗和材料設備消耗，充分滿足低碳節能的工作需求。

3.3 現場裝配施工管理

由于裝配式建筑的構件大多需要進行垂直吊裝，所以在施工現場管理方面，同樣可以利用BIM技術提前展開流程的模擬規劃，大幅減少施工環節可能出現的協調性缺陷，確保整個施工過程有序平穩進行。例如，在施工階段的場地配置工作中，如果要展開垂直吊裝，那么需提前計算起吊設備的型號選擇和垂直吊裝的參數，要求做好場地的交通指揮。利用RFID技術獲取構件信息之后，通過傳輸器將信息傳輸至云端服務器，然后由云端服務器匹配構件的位置以及項目進度，了解每個組件的位置和堆放要求，這可以確保構件在進場之后的安全性和使用性。在4D-BIM模型的幫助之下，施工方可提前展開施工模擬，讓現場管理人員提前了解建筑的建造過程和建造順序，提前判斷場地的施工平面是否能夠滿足工程的標準需求。而預制構件本身存在的芯片可以幫助技術人員提前進行定位，了解構件的安裝進度和安裝質量，確定相應的技術標準等。

在后期的信息化交互環節，一旦完成裝配項目的設計和施工之后，就需要對各類參數信息和數據進行審查和統計，并且隨著項目的進展，各類參數模型信息也將處于動態更新的狀態之中。在預制組件中加入芯片等數字標簽，可以直接完成建筑質量責任判定，確定在整個項目過程中使用的材料、人員、工時等，這有助于大幅縮減施工時間，提升施工效率，降低管理成本[6]。BIM式建筑產業鏈中得到了廣泛應用并大幅提升的項目信息化運作水準，降低了全生命周期中的溝通成本和資源消耗，這成為低碳節能領域的應用典范，具有良好的技術推廣價值。今后，云平臺和信息化監控系統能夠給裝配式建筑在全生命周期的發展道路上提供更加明確的技術支持，形成獨特的產業優勢，打造建筑產業化、低碳節能新方向。

4 結語

BIM技術在建筑設計和建筑施工階段的應用優勢顯著，一方面提升了建筑的使用性能，另一方面突出了建筑的施工特性。在雙碳政策和節能環保的新要求下，BIM技術能夠應用在圖紙優化、模擬施工、節點管理和進度控制等多項工作中，用以減少污染，降低成本，優化技術流程，實現可持續發展。無論是裝配式建筑還是BIM技術，都是為了優化建筑行業的傳統粗放生產模式和高污染高耗能現狀。可以預見的是，利用BIM模型對項目實施管理之后，可以加快生產建設效率并規范建筑企業的施工管理，幫助現代企業完成降本增效的發展目標。