綠色建造背景下BIM技術與裝配式建筑融合研究

摘" 要：綠色建造下BIM技術逐漸發展，與裝配式建筑融合不斷推行。在許多國家，BIM技術已被廣泛地應用到各個領域，人們開始逐漸意識到，將BIM技術應用到建筑業中不僅可以挖掘出其內在潛力而且還能夠推動綠色理念傳播以及可持續的發展。綠色建造與BIM技術的有機結合，可以解決當前世界面臨的建筑與環境之間的難題，真正地實現建筑業的可持續性發展。

關鍵詞：綠色建造；裝配式建筑；BIM技術；信息化模型；產業現代化

中圖分類號：TU18" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0181-04

Abstract： Under the green construction， the BIM technology develops gradually， and the integration with the prefabricated building is carried out continuously. In many countries， BIM technology has been widely used in various fields， and people begin to realize that applying BIM technology to the construction industry can not only tap its inherent potential， but also promote the spread of green ideas and sustainable development. The organic combination of green construction and BIM technology can solve the current problems between architecture and environment in the world， and truly realize the sustainable development of the construction industry.

Keywords： green construction; prefabricated architecture; BIM technology; information model; industrial modernization

隨著人們對綠色建筑的期望和要求不斷提高，BIM技術與裝配式建筑的有機融合刻不容緩。在設計階段，BIM技術的綠色建筑不僅可以對事前建筑環境、建設能源消耗量進行合理優化，還可以在設計階段更好地體現綠色建筑和BIM技術的優點，從而更準確地反映綠色建筑的概念。而在建筑的施工階段，通過 BIM技術實現了裝配式施工，促進建筑業進一步發展。BIM技術在建筑工程的整個過程中發揮著重要作用，有利于將綠色建造的綠色環保理念和施工階段的裝配式建筑標準化、產業化，使后期運營平穩運行，為建造的全過程提供有效合理的保障。

綠色建造是當今建筑行業的一大熱點問題。傳統建造過程中不可避免會產生大量污染物，不僅會影響周圍生態環境甚至可能會危害到人們的身心健康，這與綠色建造的理念背道而馳。如何實現建筑綠色化、低碳化呢？首先要從施工階段著手，在建筑項目全工程周期中，施工階段是很關鍵的一個環節，不但是整個建筑施工過程中最耗費資源的環節，也是建筑施工全過程中對場地周邊環境影響最明顯的部分，更是廢棄資源量在建造全過程中產生比重最大的階段。因此，將BIM技術實施到裝配式建筑的施工階段對于實現建筑工程綠色化、低碳化顯得尤為重要。堅持精細管理的原則，并運用BIM技術將構配件的施工流程模擬出來，根據每個流程大致所消耗的能源，自動生成最優的流程線，以實現綠色建造。

1" 國內外研究現狀和發展動態

1.1" 國內外BIM技術的研究現狀及發展動向

美國的Autodesk公司在2004年舉辦了AutoCAD2005產品國際宣傳會時，國內才開始初步認識和逐步接觸到BIM技術。在國家“十一五”時期，發展BIM技術開始納入了國家信息技術基礎計劃國重大工程項目；2011年，我國政府將建筑信息技術的發展納入到“十二五”規劃中；2012年，在國家有關部門的大力支持下，中國建筑科學研究院與國家相關部門共同成立了BIM發展聯盟，并積極開發建立了一套適用于國內的BIM技術標準軟件開發體系。目前，中國將BIM技術應用于主要工程和高質量工程，將其作為一種促進中國本國建筑業信息化發展的手段[1]。

BIM技術的發展與普及，標志著我國建筑業迎來了第二次重要的信息化革命。據統計調查顯示，近年來BIM技術在世界各國的建設行業中得到了廣泛的應用，而且隨著技術的不斷發展，建筑工程項目中使用BIM的比例也在不斷增加。

與BIM相關的標準不斷改進和完善，相應的BIM技術的發展速度也將會提高，應用范圍和領域也會不斷拓展。在20世紀50年代，歐洲國家率先采用了工業化的建筑學方法來建造房屋。其后，日、美等發達國家和地區在20世紀60年代大量引入了預制建筑。到了20世紀90年代，尋找資源循環利用和節能的可持續發展道路作為預制建筑的發展成熟時期的首要任務。截至2019年，在日本選擇使用BIM技術的建筑公司約占33%，在美國建筑工程項目中應用BIM技術的占比份額約為74%，英國BIM技術發展的增長速度與日、美相當，與此同時新加坡BIM技術也在不斷發展。總之，BIM技術研究和應用的發展離不開政府政策的扶持以及各國建筑業自身的發展需求。

1.2" 國內外裝配式建筑的研究概況及發展動向

1.2.1" 國外裝配式建筑的研究概況和發展動向

歐洲是建筑材料的起源地，17世紀以來，建筑材料的工業化發展一直處于起步階段。第二次世界大戰之后，隨著勞動力的緊張和短缺，歐洲各國又進一步挖掘探索了建筑工業化模式，一直在積極推進預制裝配式建筑的設計和施工，制定了專門的預制建造體系以及標準的一般預制件，并編寫制定了一系列相關預制建造的標準規范和應用準則。

裝配式建筑在美國的發展較為領先。在20世紀早期，美國就對預制構件進行了研究，并建立了美國預應力混凝土協會（PCI），長期積極地研究和推廣鋼筋混凝土預制裝配式建造，并制定了許多專門的有關鋼筋混凝土預制裝配式建筑的標準與規范，根據有關材料數據顯示，截至2018年底，美國預制裝配式結構的比例約為52%。

日本裝配式建筑的發展，在大膽創新地借鑒歐美發達國家成功經驗的同時，不失時機地積極探索預制裝配式建筑的標準化設計施工，根據裝配式房屋的結構特點，對其進行了整體抗震隔震設計。自1979年以來，日本新建的裝配式住房數量受到歷年來新建住房數量升降的影響，每年新建住房數量的規模與本國的經濟增長率和社會發展密切相關。

1.2.2" 國內裝配式建筑的研究概況及發展動向

我國從20世紀50年代就開始大力發展裝配式建筑，已經建立起了一個初步的工業化的基礎，并進入了大規模城鎮基建階段[2]。但由于技術方面發展的限制，裝配式建筑在我國的發展逐漸停滯。直到20世紀70年代，中國剛剛建立起一套裝配式施工的技術系統。1978年開始，中國掀起一波裝配式建設熱潮，并迅速形成了一套標準。20世紀90年代，隨著中國房地產行業的迅速發展，預制裝配式建筑再次被提出，隨著國家政府相繼頒布了一系列相關政策扶持措施，預制裝配式建筑在我國有了更好更深入的發展與應用。根據2011年“十二五”規劃確定“十二五”期間要建成各類保障性住房3 600萬套。在此背景下，我國政府緊鑼密鼓地發布了一系列的文件政策來推動新一代裝配式建筑的進一步發展。2016年，《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》提出發展裝配式建筑，裝配式建筑開始了蓬勃發展。2018年12月25日，在全國住房與城鄉建設工作會議上，特別明確地提出了將發展城鎮預制裝配式建筑產業列為2019年的首要工作和全年的總體目標任務[3]。中國裝配式建筑發展歷程見表1。

1.3" 綠色建造理念在國內外研究現狀和發展動態

1.3.1" 國外綠色建造的研究現狀和發展動態

20世紀60年代，意大利著名建造師保羅將建造學和生態學的理論結合，提出了著名的“生態建筑”新型理念，喚醒了人們在建造領域的環境意識。

1992年在巴西舉行的“聯合國環境與發展會議”，讓“永續發展”的理念為世界所公認，同時也是第一個關于“綠色建筑”的概念。直到21世紀，日趨惡化的生態環境和城市化運動的迅速發展，降低物耗、實現低碳化成為了建造時的重要目標，使得綠色建造迎來了蓬勃興盛的時期。世界各地掀起了一股綠色建筑評價的熱潮，紛紛推出了具有地方特色的綠色建筑評價系統，在很大程度上促進了綠色建筑的發展。日本在綠色建筑領域提出了“建筑節能與環保并存”和“環保共生房屋”的理念，并對其進行了分析。

1.3.2" 我國綠色建筑研究現狀及發展動向

1999年，國務院出臺文件第一次明確提出建筑工業化；在2013年初，國家發改委聯合住建部共同發布了《綠色建筑行動方案》，提出要大力推進新型建筑產業化。《國家新型城鎮化發展規劃（2014—2020年）》是2014年發布的一項重要文件。之后，超過30個省份（城市）相繼發布了一系列政策，從財政和稅收上給予幫助，引導和推動我國綠色裝配式建筑的發展。比如，各種政府財政補貼方式，具體內容有：支持科技創新的專項經費、地方基建專項基金，以及城建相關服務的優惠[4]。

2" BIM技術與裝配式建筑結合的市場分析及推廣前景

2.1" 市場分析

2.1.1" 工程實體模型的可視化可以優化工程實體

在工程項目施工階段，施工人員可以通過使用BIM模型仿真漫游，以彌補在模型上的疏漏。通過BIM系統內部的碰撞檢查系統和糾正功能，查找出工程設計中出現的問題，以最大程度地避免施工問題的出現和工程事故的發生。

2.1.2" 溝通流程改善及簡化，工程參與各方的交流質量提升

BIM系統是根據BIM信息數據模型建立的信息平臺，施工過程中參與的各單位利用這個信息平臺辦公。信息服務的數據格式一致，數據一致性好，各方信息共享，減少了信息不對稱。

2.1.3" BIM+VR模式，現場模擬預知施工風險，完善施工流程

通過BIM與VR相融合的結合模式，將BIM技術與施工方案、施工模擬和現場的視頻監控有效結合，在真正建造之前就把設計、制作、安裝等各個方面通過VR的形式展現，模擬了建筑施工的全部過程，由此進行全方位統籌管控，使其避免建造過程中再發現設計、制作、安裝等流程中的錯誤，提前排除整個流程中可能存在的錯誤和問題，減少時間和成本的浪費。

2.1.4" 推動施工轉型，增強企業在行業中的軟實力

將BIM技術運用到建筑工程的施工階段，使建筑公司能夠更有效地把控工程的質量、安全、進度和經濟。便捷多樣的多方溝通方式提高了項目施工階段中各任務的決策速度和管理效率，也有利于合作協調體系的建立。

2.2" 推廣前景

2.2.1" 生態友好節能環保

裝配式建筑是一種高效率、可持續發展的建筑物。由于使用了附加材料，常規施工方法可能會產生浪費，必須堅持精細管理的原則，并運用BIM技術將構配件的施工流程模擬出來，根據每個流程大致消耗的能源，自動生成最優的流程線。此外，構件工廠控制生產加工環境和大批量集中生產單一統一構件，可提高能源效率，體現綠色生態發展。

2.2.2" 形成數字構件庫，降低財政支出

裝配式建筑的最大優點之一，就是可以從一定程度上節省資金。但由于現階段構件尚未完全標準化，其產品尺寸、質量、功能等多方面不契合，導致了大量時間、成本的浪費。而數字構件庫可以輸入各大制造廠家所生產制造的不同構件的尺寸、功能等數據，實現裝配式建筑所有產業鏈BIM應用和數據共同分享，真正實現項目、工廠之間的相互協作生產。實現標準化、模塊化建設的目標，利用批量生產統一構件創造預算點和價格點的降低。使得企業可以從原材料供應商手中獲取相應折扣，從而降低整個建筑項目的總成本。

2.2.3" 靈活性

裝配式建造工程將大量現場加工工程轉移至工廠，由工廠加工制造各個構件再用可靠的附加連接方法現場搭建裝配，以提高整體水平，保證工程質量[5]。而這種標準化結構的設計就能將各個構件非常便捷地靈活地安裝、拆卸和重新組裝，極大地減少了對原材料的要求與數量，與此同時大大縮短了整個施工工期，減少了施工階段的能源消耗。

2.2.4" 統一標準，提高質量

由于裝配式結構是在受控的生產條件中完成的，并按照相關規定的質量要求與標準，因此結構的所有子組件都按照統一的標準建造生產。這些可以改善結構工藝和提高整體質量效率。

2.2.5" 較短施工時間

裝配式建筑與傳統現場施工方式相比更為便捷，因為它將傳統建造過程中的大量需要現場澆筑加工制作的作業放到了工廠統一進行加工制作，再以可靠的連接方式方法在工廠組裝裝配完成。這種大批量制作單一構件既能在一定程度上降低成本，又可以大大縮減施工用時。構件越標準統一，生產效率越高，施工時間也越短。

2.2.6" 安全性

由于單一構件都是在工廠可控的環境中加工制造的，因此對環境的污染也在一定程度上是可控的，從而降低對施工周邊環境的影響和對施工人員安全風險。

3" 經濟、社會效益預測

在裝配式建筑中，把BIM技術和綠色概念結合起來，使得建筑設計、施工、生產和施工都得到了有效的協調，從而對設計過程進行了優化，對施工的進度進行了科學、有序的安排，并對部件的生產進行了準確的規劃，從而在建筑的全壽命周期中獲得了良好的經濟效益。在項目的前期規劃設計階段，利用BIM技術，可以讓三維設計與二維圖紙相比較并驗證，這樣就可以找到圖紙上的錯誤，以此為依據可以減少很多的施工返工，進而降低了返工費用。在設計階段，及時地發現可能在施工階段出現的錯誤，可以降低生產和施工中的材料損耗；運用BIM技術進行施工模擬，能夠提前從總體上對工程進行施工流程和進度安排，有助于確定合理的施工方案，并通過具體的施工條件來篩選最優的時間方案，大大避免了返工返修并節約了時間和原材料[6]。在此基礎上，利用BIM技術對建筑物進行建模，并建立了一條基于BIM技術的造價資源曲線，對其進行了詳細的分析。為管理人員提供一種進行成本分析的方法，可極大地提高工作效率，避免數據浪費，產生較大的經濟效益。BIM技術已經滲透到了綠色建筑的全生命周期，尤其是設計階段，更是發揮著極大的優化功能。比如，使用Navisworks系統對不同專業之間的沖突進行檢測，在工程建設中找到并解決了大量的沖突問題，從而避免了設計變更的發生；經過后期的全面分析，可以發現，BIM技術可以降低返工幾率，提高施工質量，提高工作效率，明顯地提高了項目的整體管理水平，因此給項目帶來了更高的經濟收益。

4" 結束語

通過對綠色裝配式建筑與傳統建筑的對比分析，可以明顯地發現現階段綠色建造背景下的裝配式建筑尚未發展成熟，有很多問題和難點也尚未攻克。為提高效率，降低時間成本，順應低碳發展理念，應在裝配式建筑的各階段中秉承綠色建造理念，推進BIM技術的有機融入，積極探索建筑產業的現代化發展道路，以施工現場裝配化作為核心，通過集體智慧、共同努力，加強技術創新與合作，加快建筑產業的發展步伐[7]。

參考文獻：

[1] 宋占棟，侯自川，劉宏添，等.基于BIM+GIS技術的智慧鄉村可視化展示[J].建筑工程技術與設計，2021（8）：2170.

[2] 劉若南，張健，王羽，等.中國裝配式建筑發展背景及現狀[J].住宅與房地產，2019（32）：32-47.

[3] 中共中央辦公廳 國務院辦公廳印發《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》[J].云南農業，2022（3）：9-12.

[4] 廖禮平.綠色裝配式建筑的發展歷程現狀及對策[EB/OL].https：//www.docin.com/p-2490079456.html.

[5] 唐光芙.BIM技術在裝配式建筑成本管理中的應用研究[J].磚瓦，2023（2）：122-124.

[6] 王璠，黃清泉，許敦悅，等.BIM技術在建筑施工全過程中的應用與分析[J].工程技術研究，2019，4（22）：32-33.

[7] 李天華.綠色低碳理念背景下裝配式建筑發展研究[J].工程技術研究，2022，7（14）：197-200.