文/艾樹安 劉喆

引言

我國逐漸步入老齡化階段，人口紅利正在慢慢消失，用人成本也在慢慢增加。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑方式，施工現(xiàn)場(chǎng)臟亂差，是城市污染的一個(gè)重要來源，安全隱患也特別多，施工周期非常長，如果遇到意外情況，就無法在短時(shí)間內(nèi)完成，并且各個(gè)環(huán)節(jié)之間并沒有非常緊密的聯(lián)系，信息溝通不及時(shí)，造成許多資源浪費(fèi)。隨著國家對(duì)于節(jié)約資源、減少能耗、綠色環(huán)保等政策的大力推動(dòng)，近些年，我國的裝配式建筑發(fā)展十分迅速，但是裝配式建筑本身也有諸多局限，如預(yù)留構(gòu)件的尺寸和預(yù)留孔洞的尺寸、位置是否精確，在設(shè)計(jì)施工運(yùn)輸?shù)倪^程中各個(gè)環(huán)節(jié)是否能夠做到無縫銜接，等等，所以，裝配式建筑在國內(nèi)發(fā)展一直比較緩慢，但是由于BIM技術(shù)的出現(xiàn)，裝配式建筑迎來了春天。近年來，國內(nèi)的很多建設(shè)工程都在其全生命周期中應(yīng)用了BIM技術(shù)，特別是一些體量特別大的異形建筑。BIM技術(shù)的應(yīng)用可解決裝配式建筑中所存在的問題，以推動(dòng)建筑行業(yè)的發(fā)展。

一、相關(guān)理論概述

（一）裝配式建筑概念

不同于傳統(tǒng)的建筑方式，裝配式建筑先將整個(gè)建筑物分解成尺寸、形狀標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件，在工廠里生產(chǎn)出之前設(shè)計(jì)好的預(yù)制構(gòu)件，再到工地上將這些預(yù)制部品部件通過吊裝的方式裝配起來。裝配式建筑有著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、工業(yè)化、裝配化、信息化、智能化等特點(diǎn)。模塊化的基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、模塊化的管理、工業(yè)化的生產(chǎn)，使裝配式建筑與傳統(tǒng)施工方式相比有了工期短、質(zhì)量高、費(fèi)用低、節(jié)約資源、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。為了推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的綠色發(fā)展，我國大部分省市都已經(jīng)出臺(tái)了關(guān)于裝配式建筑的指導(dǎo)意見和鼓勵(lì)政策，裝配式建筑儼然成了建筑業(yè)發(fā)展的新方向。

（二）BIM概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），就是以建筑工程相關(guān)信息為基礎(chǔ)繪制出的模型，是信息時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，是現(xiàn)在建筑業(yè)非常熱門的一個(gè)話題，特別是在裝配式建筑中.由于BIM具有信息化、數(shù)字化、可視化等特點(diǎn)，且其自身具備高度的真實(shí)性和可模擬性，可以通過建立三維的信息化模型，突破原有二維繪圖模式的局限性，讓系統(tǒng)相關(guān)性更強(qiáng)，將原本平面的點(diǎn)線圖轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw模型。對(duì)于沒有建筑專業(yè)背景的人來說，通過BIM模型可以更加直觀地了解建筑物的造型。BIM軟件基本涵蓋了建設(shè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)所需要的各個(gè)方面，可以通過工作集的方式，使項(xiàng)目各個(gè)參與方都參與進(jìn)來，打破信息孤島，真正實(shí)現(xiàn)各個(gè)項(xiàng)目參與方之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的協(xié)同作業(yè)。

二、BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

（一）設(shè)計(jì)階段

與傳統(tǒng)的施工方式相比，裝配式建筑需要的設(shè)計(jì)周期更長，前期要做的準(zhǔn)備工作更多，需要設(shè)計(jì)人員在前期設(shè)計(jì)階段就考慮在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、運(yùn)維全過程中可能存在的問題，并盡量對(duì)其加以完善。

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段需要發(fā)揮最重要的作用。傳統(tǒng)的圖紙大多數(shù)都是二維平面圖紙，對(duì)于傳統(tǒng)的建筑業(yè)來說，二維的圖紙已經(jīng)足夠指導(dǎo)施工人員進(jìn)行施工了，但是裝配式建筑對(duì)設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格，如果預(yù)留構(gòu)件的尺寸不對(duì)或者節(jié)點(diǎn)位置不對(duì)，就會(huì)發(fā)生施工的時(shí)候無法進(jìn)行裝配的情況。通過BIM軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的參數(shù)化控制，可以在不同的工程項(xiàng)目中直接對(duì)構(gòu)件的尺寸進(jìn)行控制，當(dāng)某個(gè)參數(shù)的信息發(fā)生改變的時(shí)候，其他與其關(guān)聯(lián)的參數(shù)就可以隨之進(jìn)行相應(yīng)的改變，達(dá)到人們想要的參數(shù)化效果?？梢岳肂IM技術(shù)強(qiáng)大的信息化特點(diǎn)，將每一個(gè)構(gòu)件的信息都記錄在內(nèi)，形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫，并可以通過BIM軟件對(duì)其進(jìn)行集中管理，這樣就可以節(jié)省設(shè)計(jì)人員的時(shí)間和精力。因?yàn)锽IM技術(shù)具有可視化的特點(diǎn)，可以在討論設(shè)計(jì)方案的時(shí)候開發(fā)商、構(gòu)件供應(yīng)商、施工方一同討論，從而在很大程度上提高工作的效率，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。傳統(tǒng)的裝配式建筑，往往在施工過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙存在的問題，這樣就會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，而通過BIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以先進(jìn)行施工模擬，如果發(fā)現(xiàn)例如管線碰撞等問題，軟件就會(huì)作出提示，這樣就可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行改正，避免在施工的過程中出現(xiàn)此類問題，最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。

（二）生產(chǎn)階段

PC工廠的工人有可能沒有建筑專業(yè)背景，無法看懂二維圖紙，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地加工預(yù)制構(gòu)件，無法保證預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量。由于BIM技術(shù)有著信息化和可視化的特點(diǎn)，生產(chǎn)階段可以通過應(yīng)用BIM技術(shù)提高模型的制作效率。工人可以在加工之前就清楚地看到所生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件的形狀，這樣就會(huì)大大降低工人工作的難度。通過BIM和RFID技術(shù)的融合，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段可將每個(gè)構(gòu)件的信息放置于RFID標(biāo)簽中，并構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。RFID標(biāo)簽中包含了每個(gè)構(gòu)件的所有信息，并且這些標(biāo)簽都是一件一碼，可以確保構(gòu)件信息的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。構(gòu)件的生產(chǎn)廠商共享這些信息后，就會(huì)更直觀地了解設(shè)計(jì)人員的需求和自己需要做的工作，合理地規(guī)劃生產(chǎn)的時(shí)間、產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，當(dāng)遇到一些復(fù)雜構(gòu)件時(shí)，也可以根據(jù)這些信息合理地規(guī)劃運(yùn)輸?shù)能嚧魏吐肪€。在這個(gè)過程中,生產(chǎn)廠商需要把自己所掌握的信息如生產(chǎn)進(jìn)度，產(chǎn)品的質(zhì)量和庫存情況及時(shí)反饋到管理系統(tǒng)中，從而提高工作質(zhì)量和工作效率。

（三）施工階段

施工階段在裝配式建筑整個(gè)生命周期中是特別重要的，由于其需要在工地上進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的拼裝，人們需要考慮拼裝過程中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否能夠精準(zhǔn)對(duì)接?？梢酝ㄟ^BIM軟件構(gòu)建三維的場(chǎng)地模型，清晰地展示出整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工機(jī)械設(shè)備、堆放材料的場(chǎng)地等，可以通過fuzor等軟件對(duì)整個(gè)吊裝施工過程進(jìn)行模擬，組織現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，提高工人對(duì)施工的環(huán)境和工序的熟悉程度，通過模擬檢查構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)對(duì)接是否準(zhǔn)確，加強(qiáng)施工的安全可靠性。

在施工的過程中，還需要考慮每個(gè)位置的構(gòu)件是否能夠準(zhǔn)確地找到。構(gòu)件被運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)之后是否能夠得到妥善的存儲(chǔ)管理，考驗(yàn)的是現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員的水平。在此階段，可以繼續(xù)使用上文所提到的BIM加RFID技術(shù)。由于RFID技術(shù)的唯一性和準(zhǔn)確性，通過之前所構(gòu)建的管理信息系統(tǒng)，可以快速且準(zhǔn)確地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢查，方便現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行管理，加強(qiáng)施工的質(zhì)量和效率。

（四）運(yùn)維階段

裝配式建筑的運(yùn)營維護(hù)管理也同樣很重要。裝配式建筑有著綠色環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，所以一定是可持續(xù)發(fā)展的。在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，已經(jīng)建立了完整的管理系統(tǒng)，整個(gè)工程項(xiàng)目的每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件都有其專屬的RFID身份證明，后期進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)的人員可以直接從數(shù)據(jù)庫中提取其所需信息，迅速地檢測(cè)各個(gè)階段可能存在的問題，確定發(fā)生問題的位置，從而提高維護(hù)的效率。每個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)人員、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)時(shí)間、運(yùn)輸過程、裝配過程都會(huì)被記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，這樣對(duì)后期運(yùn)營維護(hù)中出現(xiàn)的問題可以迅速進(jìn)行責(zé)任的劃分。

還可以通過BIM技術(shù)的運(yùn)用對(duì)整棟建筑進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)模擬，使用Revit軟件對(duì)整個(gè)建筑的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營模擬，還可以通過Ecotect軟件對(duì)整個(gè)建筑物進(jìn)行能耗、日照、熱量、朝向、聲環(huán)境等分析，及時(shí)掌握整個(gè)項(xiàng)目的資產(chǎn)信息和設(shè)備使用的情況，在模擬的過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的問題，降低整個(gè)建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)。

三、案例分析

（一）工程概況

該項(xiàng)目是某地的第一個(gè)裝配式住宅項(xiàng)目，建筑用地面積12063平方米，總建筑面積35620平方米，共6棟建筑。本文介紹的是5號(hào)樓。5號(hào)樓共17層，建筑高度49.6米，建筑面積4905平方米。

預(yù)制構(gòu)件有預(yù)制梁、預(yù)制疊合樓板、預(yù)制柱、預(yù)制墻板、預(yù)制樓梯等。預(yù)制率為53.5%，裝配率為65%。該項(xiàng)目是當(dāng)?shù)氐氖痉俄?xiàng)目，因此該項(xiàng)目的建設(shè)過程受到各方的關(guān)注，面臨很多困難和挑戰(zhàn)。

（二）BIM設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，不同專業(yè)的建模人員需要從已有的模型庫中選擇適合的構(gòu)件進(jìn)行BIM建模，對(duì)于模型庫中沒有的構(gòu)件，則需要自己去做一個(gè)參數(shù)化的構(gòu)件，并在做好之后加入模型庫以便以后使用。利用模型庫可以節(jié)省大量的時(shí)間。利用裝配式建筑模塊化的特點(diǎn)，可以把整個(gè)項(xiàng)目拆分成標(biāo)準(zhǔn)化的樓梯構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)化的梁構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)化的外墻構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)化的柱構(gòu)件等，以此減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件種類，為PC工廠的模塊化生產(chǎn)提供非常便利的條件。雖然建立BIM模型是分不同專業(yè)的，但是可以通過集成的平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，這樣就解決了之前傳統(tǒng)施工中所存在的各方溝通障礙的問題，并且可以對(duì)管線進(jìn)行碰撞模擬，優(yōu)化布置方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，防止后期施工時(shí)再修改設(shè)計(jì)。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)，可能在出現(xiàn)問題時(shí)輕松修改構(gòu)件的信息，如在創(chuàng)建樓梯構(gòu)件的時(shí)候（如圖1），可以通過Dynamo對(duì)其踏板深度進(jìn)行控制（如圖2）。每個(gè)構(gòu)件的信息都被準(zhǔn)確地輸入數(shù)據(jù)庫中，形成一個(gè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，便于項(xiàng)目各參與方進(jìn)行查詢。

圖1 樓梯構(gòu)件

圖2 dynamo節(jié)點(diǎn)圖

（三）BIM在生產(chǎn)階段的應(yīng)用

在構(gòu)件生產(chǎn)階段，可以利用BIM技術(shù)為預(yù)制構(gòu)件的加工提供強(qiáng)有力的保障，實(shí)現(xiàn)信息共享，使得設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之間能夠無縫銜接。比如在本工程中我們可以通過BIM模型直觀地讀出各預(yù)制構(gòu)件的空間幾何關(guān)系，自動(dòng)生成關(guān)于其相關(guān)參數(shù)和生產(chǎn)流程的信息圖表，并將其上傳到數(shù)據(jù)庫中。BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，方便了工廠工人的生產(chǎn)和管理，從而提高裝配式預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量。由于前期精細(xì)化的設(shè)計(jì)，使人們可以利用管理信息系統(tǒng)直接將信息傳遞到PC工廠，后者根據(jù)設(shè)計(jì)模型決定其生產(chǎn)流程（如圖3）。

生產(chǎn)階段還有一個(gè)非常重要的部分，就是構(gòu)件身份信息的植入。通過BIM加RFID技術(shù)，在構(gòu)建生產(chǎn)時(shí)直接將RFID標(biāo)簽植入構(gòu)件當(dāng)中，標(biāo)簽中包含了該構(gòu)件的位置、尺寸、生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期等信息，生產(chǎn)完之后由質(zhì)量檢測(cè)人員通過掃描二維碼的方式讀取該構(gòu)件的所有參數(shù)，并在現(xiàn)場(chǎng)檢查其參數(shù)與實(shí)際構(gòu)件是否一致，生產(chǎn)的質(zhì)量是否合格，并且將其反饋到芯片當(dāng)中，之后廠商再將這些檢查過的預(yù)制構(gòu)件加以運(yùn)輸，并將運(yùn)輸?shù)男畔⑼瑯臃答伒綐?gòu)件中。這樣可以提高廠商的工作效率，提高構(gòu)件質(zhì)量。

圖3 預(yù)制構(gòu)件模型

（四）BIM在施工階段的應(yīng)用

在施工階段中，可以利用BIM技術(shù)在原有項(xiàng)目模型中再加上時(shí)間軸，生成含有時(shí)間軸的四維模型。可以將之前在Revit中創(chuàng)建的模型通過API導(dǎo)入Navisworks軟件中，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)度管理控制（如圖4）。預(yù)制構(gòu)件自身不會(huì)出現(xiàn)碰撞，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)階段早已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了精細(xì)化的設(shè)計(jì)，但是在現(xiàn)場(chǎng)裝配的過程中，梁板柱之間或者管線和建筑之間的節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)澆的，且其中的鋼筋非常密集，一旦發(fā)生碰撞，將給整個(gè)吊裝的過程帶來很大的麻煩，不論是重新設(shè)計(jì)加工還是直接在現(xiàn)場(chǎng)修改，都會(huì)使整個(gè)工期大大延誤，也會(huì)產(chǎn)生很多的浪費(fèi)?？梢酝ㄟ^BIM技術(shù)對(duì)此進(jìn)行施工模擬和碰撞檢測(cè)（如圖5），這樣既能夠?qū)こ踢M(jìn)度有一個(gè)準(zhǔn)確的整體把控，又可以對(duì)某一細(xì)微的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論，達(dá)成提升效率的目的。有了之前所構(gòu)建的管理系統(tǒng)和植入的RFID標(biāo)簽，可以使現(xiàn)場(chǎng)管理人員很輕松地掌握每個(gè)預(yù)制構(gòu)件的信息，并對(duì)其進(jìn)行吊裝指導(dǎo)。

圖4 施工進(jìn)度模擬

圖5 碰撞檢測(cè)

通過在該項(xiàng)目當(dāng)中應(yīng)用BIM技術(shù)，展示了BIM技術(shù)強(qiáng)大的能力，但同時(shí)也暴露出很多的問題，例如BIM人才的緊缺——既有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)又會(huì)建立BIM模型的人才?，F(xiàn)在項(xiàng)目各個(gè)參與方對(duì)BIM的認(rèn)知程度不同，導(dǎo)致協(xié)同作業(yè)也存在一些困難。

五、結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人民生活水平日益提高，建筑工程的發(fā)展理念已經(jīng)不再是之前的只追求低造價(jià)，而是追求綠色環(huán)保，力爭減少無效的損耗，所以建筑工業(yè)化勢(shì)在必行，而BIM技術(shù)就是推動(dòng)裝配式建筑發(fā)展的最強(qiáng)動(dòng)力。BIM技術(shù)需要貫穿于裝配式建筑的全生命周期，通過BIM技術(shù)的普及使用，提升裝配式建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率，有效提高裝配式建筑的質(zhì)量水平和施工安全水平，目前裝配式建筑所面臨的成本問題、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題將是我們未來研究的重點(diǎn)。