基于BIM技術(shù)的裝配式住宅建筑集成應(yīng)用研究

摘 要：探討了建筑信息模型（BIM）技術(shù)在裝配式住宅建筑中的應(yīng)用，并以天津市靜海區(qū)的祥瑞園項目為案例，詳細描述了BIM技術(shù)在設(shè)計、施工及運營維護階段的具體應(yīng)用，包括三維建模、沖突檢測、施工模擬及資產(chǎn)管理等。研究顯示，BIM技術(shù)顯著提升了建筑項目的設(shè)計效率、施工速度和質(zhì)量，有效控制了成本和提高了建筑的運營效能。案例的分析結(jié)果表明，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，祥瑞園項目實現(xiàn)了時間和預(yù)算的顯著節(jié)約，并保證了項目的高質(zhì)量標準。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；裝配式建筑；施工管理；設(shè)計優(yōu)化

中圖分類號：TU241;TU17" " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）11-0037-03

0 引言

隨著建筑行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑信息模型技術(shù)已成為提升建筑項目效率和質(zhì)量的關(guān)鍵工具。近年來，裝配式建筑因其施工速度快和環(huán)境影響小而被廣泛應(yīng)用。本文研究了BIM（Building Information Modeling）技術(shù)在裝配式住宅建筑中的應(yīng)用，通過祥瑞園項目展示了BIM在項目全周期中的應(yīng)用效果，探討了技術(shù)的創(chuàng)新點及面臨的挑戰(zhàn)，并評估了實施成效。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型技術(shù)是一種基于數(shù)字技術(shù)的建筑設(shè)計和管理方法，通過建立物理和功能特性的數(shù)字表現(xiàn)形式，為建筑物的設(shè)計、建設(shè)和運營提供支持。BIM技術(shù)的核心功能包括三維可視化、信息集成、模擬分析和協(xié)作管理。三維可視化不僅使設(shè)計更直觀，還可幫助施工人員和客戶更好地理解設(shè)計意圖。信息集成功能通過整合所有項目數(shù)據(jù)（如材料屬性、成本、項目時間表等）在一個平臺上，確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性[1]。

在建筑行業(yè)中，BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多種類型的建筑項目，從住宅和商業(yè)建筑到基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施建設(shè)。例如，倫敦的哈洛茲百貨公司在其擴建項目中就采用了BIM技術(shù)，通過BIM模型優(yōu)化設(shè)計和施工過程，實現(xiàn)了成本和時間的大幅節(jié)約。在美國，洛杉磯國際機場的現(xiàn)代化改造項目也利用BIM進行風險管理和施工協(xié)調(diào)，有效地解決了復(fù)雜工程中的設(shè)計和施工沖突，保證了項目按時按預(yù)算完成。

2 裝配式建筑技術(shù)

裝配式建筑（Prefabricated Construction）是一種先在工廠生產(chǎn)好建筑組件，然后運輸?shù)浇ㄖF(xiàn)場進行組裝的建筑方式。這種方法的特點是施工速度快，能有效控制建筑質(zhì)量，減少現(xiàn)場施工造成的環(huán)境影響。裝配式建筑還具有很高的可重復(fù)性和可靈活性，可以根據(jù)需要進行模塊組合，適應(yīng)不同的建筑需求和地形條件。

目前裝配式建筑已有較為成熟。在瑞典，裝配式住宅占據(jù)了市場的大部分份額。日本由于地震多發(fā)，裝配式建筑以其良好的抗震性能而被廣泛采用。隨著國家政策的支持和建筑技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)裝配式建筑也開始快速發(fā)展，尤其在一些新區(qū)和經(jīng)濟發(fā)展區(qū)，裝配式建筑被視為提升建筑質(zhì)量、加快建設(shè)速度的重要途徑。

3 項目概述與BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 項目基本信息

祥瑞園項目位于天津市靜海區(qū)大邱莊鎮(zhèn)，具體位置團泊大道以北，長江道以西，香山路以南，港團引河以東。該項目占地面積153 215.5㎡，總建筑面積達359 629.47㎡，其中地上建筑面積300 036.51㎡，地下建筑面積59 592.96㎡，項目涵蓋37棟住宅樓，包括不同層高的建筑，以及配套的公共建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。

建設(shè)單位為天津中冶團泊城鄉(xiāng)發(fā)展有限公司，項目管理由天津泰達工程管理咨詢有限公司負責，施工由中國鐵建大橋工程局集團有限公司承擔，祥瑞園項目的建筑設(shè)計采用現(xiàn)代化的裝配式結(jié)構(gòu)，包括裝配式剪力墻和樓層疊合板，以提高建筑效率和質(zhì)量[2]，該項目的基礎(chǔ)采用樁承臺基礎(chǔ)，以適應(yīng)地質(zhì)條件和提供必要的支持，整個建筑群的抗震設(shè)防烈度為7度，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，顯示了對建筑安全性的重視。

3.2 BIM在項目中的應(yīng)用

在祥瑞園項目的設(shè)計階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要集中在優(yōu)化建筑設(shè)計、提高設(shè)計效率和準確性上。通過使用BIM軟件，設(shè)計團隊能夠在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建精確的三維模型，這不僅幫助他們更好地理解建筑物的空間關(guān)系和設(shè)計意圖，還能及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題。例如，通過BIM模型的沖突檢測功能，設(shè)計師可以在建造前識別并解決結(jié)構(gòu)、管道、電氣等系統(tǒng)之間的沖突，從而避免現(xiàn)場施工中的返工和延誤。

在施工階段，BIM技術(shù)為祥瑞園項目的施工管理提供了強大的支持。利用BIM模型，施工團隊能夠進行更為精確的材料采購和施工計劃安排，減少材料浪費和施工成本。BIM技術(shù)支持實時的施工監(jiān)控和調(diào)度，通過實時更新的BIM模型，項目管理人員可以實時監(jiān)控施工進度，及時調(diào)整施工策略以應(yīng)對實際情況的變化。利用BIM模型進行施工模擬，可以預(yù)見施工過程中的潛在問題，優(yōu)化施工方案，提高施工安全性。

在運維階段，BIM模型轉(zhuǎn)化為建筑物的數(shù)字孿生，為設(shè)施管理提供了一個全面的數(shù)據(jù)平臺。通過BIM模型，運維團隊能夠高效地管理和維護建筑設(shè)施，比如利用模型數(shù)據(jù)快速定位維修點，預(yù)測維護周期，優(yōu)化能源使用等。BIM技術(shù)還可以支持建筑性能的持續(xù)監(jiān)控，如通過集成的傳感器數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測建筑的能耗、環(huán)境質(zhì)量和使用狀態(tài)，從而提高建筑的能效和舒適度[3]，確保長期的可持續(xù)運營。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計優(yōu)化

在裝配式建筑中，構(gòu)件的標準化與模塊化是提高整體建筑效率的關(guān)鍵因素。BIM技術(shù)在這一過程中發(fā)揮了核心作用，使得設(shè)計和生產(chǎn)過 程更加精確和高效。通過BIM軟件，設(shè)計師可以在早期設(shè)計階段就開始創(chuàng)建和測試不同的模塊化設(shè)計方案，確保各種構(gòu)件能夠在生產(chǎn)和裝配過程中精確匹配。

BIM模型允許多個設(shè)計團隊同時操作同一模型，實現(xiàn)設(shè)計信息的即時更新和共享，這在設(shè)計大型裝配式項目時尤為重要。標準化的構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，這不僅提高了制造的質(zhì)量控制，還減少了現(xiàn)場施工時的材料浪費和環(huán)境影響。標準化和模塊化的構(gòu)件通過BIM技術(shù)的集成，可以實現(xiàn)快速設(shè)計更改，快速響應(yīng)項目需求的變化，從而提高整個項目的適應(yīng)性和靈活性。

4.2 預(yù)算控制

利用BIM技術(shù)進行預(yù)算控制，可以顯著減少裝配式建筑項目的成本超支。BIM模型中包含的詳細信息使得項目管理者能夠更準確地預(yù)測項目成本，從材料需求到勞動力和設(shè)備的使用。BIM軟件可以自動從模型中提取量化數(shù)據(jù)，并與成本數(shù)據(jù)庫鏈接，實現(xiàn)實時成本估算。這種成本管理方式允許項目團隊監(jiān)控整個項目的財務(wù)狀況，及時調(diào)整設(shè)計或施工計劃以適應(yīng)預(yù)算限制，通過預(yù)制構(gòu)件，可以減少現(xiàn)場作業(yè)需求和相關(guān)成本。這種整合的預(yù)算控制不僅確保了財務(wù)資源的有效使用，還有助于整個項目的經(jīng)濟可持續(xù)性。

5 BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

5.1 施工過程模擬

BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用極大地提高了施工管理的效率和精確性。通過使用BIM進行施工過程模擬，項目管理團隊能夠在項目開始前詳細規(guī)劃和模擬整個施工過程。這包括從地基工作到結(jié)構(gòu)組裝的每一個步驟，使得每個階段的工作都可以事先被精確計劃和協(xié)調(diào)。

利用BIM進行施工模擬，不僅可以預(yù)測和解決可能的施工問題，還能有效地規(guī)劃人力和機械資源的部署。通過BIM模擬，可以優(yōu)化施工隊伍的作業(yè)路徑，減少必要的物理移動，從而縮短作業(yè)時間和降低勞動成本。BIM還支持模擬建筑材料的到達時間，確保材料供應(yīng)與施工需求的同步，避免施工現(xiàn)場出現(xiàn)材料堆積或短缺的問題。

在施工管理中，物資管理和物流優(yōu)化非常重要，尤其在大規(guī)模的裝配式建筑項目中更是如此。BIM技術(shù)提供了一個強大的工具，可以實時追蹤和管理所有建筑材料的流動。通過與供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)集成，BIM模型可以預(yù)測材料需求，自動發(fā)出采購訂單，并跟蹤材料的運輸和到貨狀態(tài)[4]。這種集成使得項目管理團隊能夠?qū)崟r調(diào)整物資供應(yīng)計劃，以適應(yīng)項目進度的變化。

5.2 質(zhì)量控制與安全管理

在裝配式建筑項目中，維護高質(zhì)量標準是至關(guān)重要的。BIM技術(shù)通過其質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)功能，能夠持續(xù)跟蹤和評估施工過程中的質(zhì)量控制措施。使用BIM工具，可以建立詳細的檢查列表和質(zhì)量標準，確保每一個施工階段都符合預(yù)定的質(zhì)量要求。BIM模型可以用來進行虛擬的構(gòu)建和檢驗，預(yù)先發(fā)現(xiàn)可能的問題，如不正確的材料使用或構(gòu)件安裝錯誤。BIM也支持實時的質(zhì)量審核，通過與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備（如攝像頭）集成，遠程監(jiān)控施工質(zhì)量，及時糾正偏差，確保項目符合設(shè)計規(guī)范和行業(yè)標準。

6 BIM技術(shù)在運營與維護階段的應(yīng)用

6.1 資產(chǎn)管理

在運營與維護階段，BIM技術(shù)提供了一個強大的框架，使設(shè)施管理更加高效和系統(tǒng)化。利用BIM模型中的詳盡數(shù)據(jù)，設(shè)施經(jīng)理能夠?qū)ㄖ母鱾€組成部分進行精確的追蹤和管理，從HVAC（暖通空調(diào)）系統(tǒng)到電梯等重要設(shè)施。通過集成的設(shè)施管理軟件，如CAFM（計算機輔助設(shè)施管理）系統(tǒng)，BIM模型可以實時更新設(shè)施的使用狀況和維護記錄。這不僅幫助管理人員及時識別和解決維護問題，而且還可以預(yù)測未來的維護需求，優(yōu)化維護計劃和預(yù)算。例如，通過分析BIM模型中的使用數(shù)據(jù)和維護歷史，管理人員可以確定哪些設(shè)備需要優(yōu)先進行維護或更換，從而避免潛在的設(shè)備故障和系統(tǒng)中斷，保證設(shè)施的持續(xù)運行效率。

BIM技術(shù)還允許對建筑項目的全生命周期成本進行深入分析。這包括從初期設(shè)計和建造成本到長期的運維和最終退役成本。BIM模型中包含的詳細信息使得成本分析師，能夠更準確地預(yù)測和計算維護、能耗、人工及其他運營成本。通過對這些數(shù)據(jù)的持續(xù)跟蹤和分析，項目團隊可以識別成本節(jié)約的機會，實施節(jié)能措施，優(yōu)化維護操作，從而減少整體成本。此外，這種分析還可以支持更可持續(xù)的建筑實踐，通過預(yù)測和比較不同設(shè)計和材料選擇的長期經(jīng)濟影響，幫助決策者做出更具成本效益和環(huán)境責任的決策。

6.2 性能監(jiān)控

在運營階段，BIM技術(shù)對建筑的能效管理起到了關(guān)鍵作用。集成的BIM系統(tǒng)可以監(jiān)控和控制建筑的能源消耗，如照明、供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)。通過實時數(shù)據(jù)收集和分析，設(shè)施經(jīng)理可以識別能源使用的模式和異常，及時調(diào)整設(shè)施操作以提高能效。通過BIM系統(tǒng)，可以根據(jù)建筑使用情況自動調(diào)整照明和溫度設(shè)置，減少不必要的能耗。

BIM技術(shù)在持續(xù)性能評估中提供了一個框架，以監(jiān)控和評價建筑的性能是否符合預(yù)設(shè)的目標和標準。通過從BIM模型中提取的運行數(shù)據(jù)，管理團隊可以持續(xù)監(jiān)測建筑的結(jié)構(gòu)健康、安全性能和環(huán)境效果，例如，結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)可以集成到BIM中，以實時檢測建筑結(jié)構(gòu)可能的損傷或疲勞，確保建筑長期的安全使用。環(huán)境監(jiān)測（如空氣質(zhì)量和溫濕度監(jiān)測）也可以通過BIM技術(shù)進行，幫助維持室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，并確保建筑的環(huán)境性能符合可持續(xù)建筑標準。這種全面的性能評估不僅提升了建筑的運行效率[5]，也保障了使用者的健康和安全，提高了建筑的整體價值和市場吸引力。

7 BIM技術(shù)的裝配式住宅建筑集成應(yīng)用案例

祥瑞園項目中，BIM技術(shù)的應(yīng)用涵蓋了從初步設(shè)計到施工監(jiān)控的全過程，實現(xiàn)了高度集成化的建筑管理。項目采用BIM技術(shù)進行了詳細的三維建模，這包括每一棟建筑的詳細構(gòu)件如裝配式剪力墻和樓層疊合板。這些模型在設(shè)計階段就已經(jīng)精確定義了各構(gòu)件的尺寸、位置和材料，確保了后續(xù)施工階段的精準執(zhí)行。在施工準備階段，通過BIM進行的虛擬建造技術(shù)（Virtual Construction）允許項目團隊預(yù)演整個建設(shè)過程，識別潛在的問題并在實際施工前進行調(diào)整。此外，利用BIM技術(shù)的實時數(shù)據(jù)交換和更新功能，施工現(xiàn)場的變更可以快速反饋到設(shè)計團隊，確保了設(shè)計調(diào)整可以即時更新并傳遞給相關(guān)的施工團隊。

祥瑞園項目在BIM應(yīng)用中展示了若干創(chuàng)新點，包括高度集成的供應(yīng)鏈管理和施工過程模擬。這些技術(shù)創(chuàng)新使得項目能夠在嚴格的時間和預(yù)算約束下高效推進。然而，這一過程也面臨著顯著的挑戰(zhàn)，特別是在協(xié)調(diào)多個承包商和供應(yīng)商的信息流方面。由于裝配式建筑需要精確的部件匹配和時序，任何供應(yīng)鏈的延誤都可能導(dǎo)致整個項目的延期。雖然BIM提供了強大的視覺和數(shù)據(jù)支持，但項目團隊還需要對BIM工具進行持續(xù)的培訓(xùn)和技能提升，以確保所有參與者都能充分利用這些高級工具。

8 結(jié)束語

本文通過祥瑞園項目實例，展示了BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用效果，從而提升了項目的管理效率和建筑質(zhì)量。BIM技術(shù)的深入使用不僅優(yōu)化了設(shè)計和施工過程，還改進了項目的成本效益和時間管理。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用普及，BIM有望在建筑行業(yè)中發(fā)揮更大的作用，特別是在提高建筑的可持續(xù)性和操作效率方面。

參考文獻

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收稿日期：2024-05-10

作者簡介：劉洋（1988—），男，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，研究方向：裝配式建筑。