雷 昕

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

裝配式建筑可以將建筑構(gòu)件的生產(chǎn)放在工廠進(jìn)行，緩建現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)的的資源人力浪費(fèi)、加快工程進(jìn)度。隨著建筑信息化的發(fā)展，BIM技術(shù)對(duì)信息直觀化處理的能力使裝配式建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程更為直觀快捷，進(jìn)一步促進(jìn)了建筑信息化的發(fā)展。裝配式建筑發(fā)展過(guò)程中遇到造價(jià)成本相對(duì)較高的問(wèn)題，裝配式建筑設(shè)計(jì)與廠家制造之間出現(xiàn)的信息斷層是主要原因之一。設(shè)計(jì)方無(wú)從得知預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)特點(diǎn)，難以設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的構(gòu)件。預(yù)制構(gòu)件廠家無(wú)法得知預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，難以改進(jìn)自身工藝特點(diǎn)。將BIM技術(shù)貫徹運(yùn)用于裝配式建筑的設(shè)計(jì)與制造中，打造基于BIM的裝配式設(shè)計(jì)廠家一體化平臺(tái)將有效打破信息斷層的局面，進(jìn)一步推進(jìn)建筑現(xiàn)代化的發(fā)展。

1 基于BIM的裝配式建筑

1.1 裝配式建筑

建筑業(yè)中，施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆作業(yè)一直是主流的施工方式,帶來(lái)的資源浪費(fèi)與環(huán)境破壞的問(wèn)題一直存在。在裝配式建筑中，大量的建筑構(gòu)件在工廠加工，并運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，大幅度減少原本的現(xiàn)澆作業(yè)量，從而減少資源浪費(fèi)和環(huán)境破壞的問(wèn)題，也加快了施工進(jìn)度[1]。建設(shè)部于2015年發(fā)布的《工業(yè)化建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中明確推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，發(fā)布的《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》計(jì)劃2020年裝配式建筑占新建建筑20 %以上并于2025年達(dá)到50 %以上[2]?？梢?jiàn)裝配式建筑在未來(lái)的建筑業(yè)發(fā)展中占據(jù)關(guān)鍵地位。

1.2 基于BIM的裝配式建筑運(yùn)用

建筑模型信息化(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM)是當(dāng)今建筑業(yè)的智能化發(fā)展方向。BIM可以將建筑物從設(shè)計(jì)到后期施工中的信息整合在一起，并直觀的展現(xiàn)建筑物全生命周期的信息[3]。已經(jīng)有很多研究提出將BIM與裝配式建筑物聯(lián)系在一起，在裝配式建筑物的設(shè)計(jì)階段使用BIM 技術(shù)可以大幅度減少設(shè)計(jì)失誤，使設(shè)計(jì)更為直觀。在安裝階段使用BIM技術(shù)可以減少安裝失誤帶來(lái)的不必要的構(gòu)件損失。在生產(chǎn)階段采用BIM模型可以更為直觀的展現(xiàn)裝配式構(gòu)件的信息，便于構(gòu)件的生產(chǎn)施工[4]。BIM技術(shù)與裝配式建筑的結(jié)合進(jìn)一步推進(jìn)了國(guó)家的建筑現(xiàn)代化的腳步，從“建筑大國(guó)”走向“建筑強(qiáng)國(guó)”。

1.3 問(wèn)題分析

裝配式建筑推行過(guò)程中遇到的障礙主要有以下幾種：

(1)裝配式建筑構(gòu)件的建造精度僅靠傳統(tǒng)的平面標(biāo)注無(wú)法滿(mǎn)足。

(2)我國(guó)目前處于裝配式建筑初期，尚未建立起完善的裝配式建筑相關(guān)規(guī)范體系以及檢查措施體系，使得裝配式建筑的質(zhì)量難以得到保障。

(3)裝配式建筑的需求量占市場(chǎng)比重較小，生產(chǎn)廠家數(shù)量少并沒(méi)有完善的建造體系與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。其中第一個(gè)障礙隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)得到了改善，但依然有新問(wèn)題的產(chǎn)生。預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)加工需要專(zhuān)業(yè)人士參與，構(gòu)件信息的準(zhǔn)確性需要嚴(yán)格處理[6]。我國(guó)大多數(shù)設(shè)計(jì)單位建立的BIM模型進(jìn)度不足，無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的生產(chǎn)需求。構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)問(wèn)題直接影響到預(yù)制構(gòu)件的采購(gòu)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法是由設(shè)計(jì)院對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，除去預(yù)制構(gòu)件模型精度不足這一問(wèn)題，這也會(huì)不利于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠商發(fā)揮自身的工業(yè)特定和優(yōu)勢(shì)。而如果將深化設(shè)計(jì)交由廠商負(fù)責(zé)，會(huì)使設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)脫離，廠家生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)不到設(shè)計(jì)整體需求，帶來(lái)資源浪費(fèi)[7]。這一切起因于設(shè)計(jì)與制造生產(chǎn)中的信息溝通不暢。設(shè)計(jì)師無(wú)從得知各廠家的生產(chǎn)特點(diǎn)與需求，設(shè)計(jì)出不利于生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件。而生產(chǎn)廠家無(wú)法得知預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)法具有目的性的改進(jìn)自身生產(chǎn)技術(shù)來(lái)迎合市場(chǎng)。這種信息鴻溝加大了裝配式建筑的建造難度進(jìn)而使得裝配式建筑與預(yù)制構(gòu)件的成本居高不下。讓設(shè)計(jì)方與廠商對(duì)裝配式建筑望而卻步。一個(gè)適合廠商與設(shè)計(jì)方一起協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)將有效的減少設(shè)計(jì)生產(chǎn)之間的信息斷層問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)廠商一體化平臺(tái)理念

2.1 平臺(tái)簡(jiǎn)述

裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程一般為：設(shè)計(jì)師根據(jù)整體建筑功能需求，從預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范中選取合適的預(yù)制構(gòu)件模板。隨后對(duì)構(gòu)件模板進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，使其進(jìn)一步滿(mǎn)足整體建筑的功能需求以及建筑制造過(guò)程中的施工安裝需求，最終敲定預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)模型后，交由廠家進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)該設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程，基于BIM的設(shè)計(jì)廠商一體化平臺(tái)由兩個(gè)部分構(gòu)成：基礎(chǔ)平臺(tái)與設(shè)計(jì)廠商對(duì)接平臺(tái)。

基礎(chǔ)平臺(tái)負(fù)責(zé)為全平臺(tái)提供設(shè)計(jì)生產(chǎn)基礎(chǔ)，其中包含兩個(gè)部分：① 裝配式建筑和預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)規(guī)范。② 基于預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的模型庫(kù)。以模型庫(kù)為基礎(chǔ)，從中選擇構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配以提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率[8]。設(shè)計(jì)廠商對(duì)接平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方與生產(chǎn)方協(xié)同設(shè)計(jì)，打破信息鴻溝，使預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)更高效的同時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求和生產(chǎn)需求。

BIM技術(shù)的信息直觀性使裝配式建筑的設(shè)計(jì)生產(chǎn)到施工安裝更為直觀便利。因此，全平臺(tái)以BIM模型作為信息傳遞基礎(chǔ)，預(yù)制構(gòu)件類(lèi)模型提供三維預(yù)覽窗口，方便設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)人員進(jìn)行交流設(shè)計(jì)。

2.2 基礎(chǔ)平臺(tái)

裝配式建筑缺少規(guī)范指導(dǎo)是阻礙裝配式建筑發(fā)展的困難之一。這一問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)得到了改善，國(guó)家發(fā)布的《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)表示方法及示例(剪力墻結(jié)構(gòu))》《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 》《預(yù)制混凝土剪力墻外墻板》等一系列預(yù)制構(gòu)件圖集為預(yù)制構(gòu)件提供了設(shè)計(jì)生產(chǎn)的依據(jù)。這些規(guī)范依據(jù)可以作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)模型依據(jù)。由于規(guī)范中涉及到的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)模板均用平法標(biāo)注等傳統(tǒng)的標(biāo)注方法進(jìn)行展示，不利于預(yù)制構(gòu)件的信息傳達(dá)，基礎(chǔ)平臺(tái)內(nèi)附規(guī)范中涉及的預(yù)制構(gòu)件BIM模型，并提供三維展示與構(gòu)件的詳細(xì)信息(圖1)。在提高預(yù)制構(gòu)件的信息傳遞效率的同時(shí)，減少設(shè)計(jì)生產(chǎn)人員在重復(fù)建模上消耗的時(shí)間與精力。

圖1 網(wǎng)頁(yè)概念圖：構(gòu)件模型及信息

設(shè)計(jì)生產(chǎn)人員進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)兩種途徑獲得預(yù)制構(gòu)件的BIM模型。第一種，從規(guī)范鏈接獲得?；A(chǔ)平臺(tái)內(nèi)相關(guān)規(guī)范重新編排成網(wǎng)頁(yè)的形式，方便用戶(hù)進(jìn)行直接瀏覽。在規(guī)范每一種構(gòu)件基礎(chǔ)模板頁(yè)面內(nèi)，基礎(chǔ)平臺(tái)會(huì)放上相應(yīng)的BIM模型網(wǎng)頁(yè)鏈接(圖2)。用戶(hù)可以在查閱規(guī)范的過(guò)程中直接進(jìn)入預(yù)制構(gòu)件的模型頁(yè)面進(jìn)行瀏覽下載。節(jié)省反復(fù)查找的時(shí)間。第二種，通過(guò)模型檢索獲得。 直接在平臺(tái)內(nèi)搜索預(yù)制構(gòu)件名稱(chēng)進(jìn)入相關(guān)模型頁(yè)面進(jìn)行瀏覽下載(圖3)。

圖2 網(wǎng)頁(yè)概念圖：規(guī)范下載頁(yè)面

圖3 網(wǎng)頁(yè)概念圖：檢索頁(yè)

2.3 設(shè)計(jì)廠商平臺(tái)

裝配式建筑中預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需設(shè)計(jì)和廠商共同協(xié)商設(shè)計(jì)，保障一個(gè)設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足整體結(jié)構(gòu)需求也滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。設(shè)計(jì)人員從基礎(chǔ)平臺(tái)選擇合適的預(yù)制構(gòu)件模型后，結(jié)合整體結(jié)構(gòu)需求對(duì)其進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)后上傳模型，平臺(tái)可以通過(guò)自動(dòng)審圖插件列出與基礎(chǔ)模型的差別，節(jié)省對(duì)照原圖尋找更改項(xiàng)目的時(shí)間(圖4)。構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)模型以及需求量后續(xù)發(fā)布在廠家的接單平臺(tái)，各廠商可以根據(jù)自生的生產(chǎn)特色選擇合作項(xiàng)目。平臺(tái)可以統(tǒng)計(jì)出設(shè)計(jì)師對(duì)基礎(chǔ)模型最常見(jiàn)的修改方式，廠商可以根據(jù)平臺(tái)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得近期的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，以此改進(jìn)自身的工藝。通過(guò)大數(shù)據(jù)了解生產(chǎn)瓶頸，避免設(shè)計(jì)生產(chǎn)脫節(jié)。對(duì)于生產(chǎn)方而言，不同生產(chǎn)廠商有不同的生產(chǎn)工業(yè)特色，將這些工業(yè)特色通過(guò)BIM技術(shù)展示在平臺(tái)，可以方便設(shè)計(jì)師進(jìn)一步了解廠商并主動(dòng)選擇適合的廠商進(jìn)行合作。通過(guò)設(shè)計(jì)廠商對(duì)接平臺(tái)以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的信息缺口，促進(jìn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)共同進(jìn)步。

圖4 網(wǎng)頁(yè)概念圖：模型上傳區(qū)

3 相關(guān)技術(shù)分析

3.1 BIM企業(yè)式族庫(kù)

我國(guó)BIM技術(shù)發(fā)展至今，很多企業(yè)意識(shí)到BIM技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)并主動(dòng)投入BIM技術(shù)的發(fā)展中。企業(yè)在BIM技術(shù)的初步發(fā)展中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)BIM模型具有一定的重復(fù)性，并著手建立企業(yè)專(zhuān)屬的BIM族庫(kù)。陜西建工安裝集團(tuán)有限公司在寶雞式高新區(qū)的某總裝廠房施工中采用了BIM技術(shù)，并建立了管道、通風(fēng)、設(shè)備與電氣的族庫(kù)用于后期整體模型建立。中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司與江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司建立了基于GB/T 51212-2016《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51301-2018《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)》、DGJ 32TJ210-2016《江蘇省民用建筑信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的室外管綜BIM族庫(kù)，提高室外綜合管廊BIM模型建設(shè)效率與質(zhì)量[9]。東莞市建筑科學(xué)研究所與深圳市鵬城建筑集團(tuán)有限公司建立了針對(duì)裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件BIM族庫(kù)，并對(duì)預(yù)制構(gòu)件模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、碰撞檢測(cè)、施工安裝與出圖等后續(xù)操作[10]。中國(guó)建筑第八工程局有限公司建立了完整的企業(yè)級(jí)別的BIM族庫(kù)，并對(duì)現(xiàn)有族庫(kù)的審查與檢索效率、安全性等方便進(jìn)行優(yōu)化，以提高BIM的工作效率[11]。綜合上述案例可看出企業(yè)式族庫(kù)的種類(lèi)繁多，發(fā)展層次參差不齊并且沒(méi)有一個(gè)恒定標(biāo)準(zhǔn)作為參考。BIM族庫(kù)作為BIM模型的基礎(chǔ)，關(guān)系到后期工程量計(jì)算與安裝出圖等環(huán)節(jié)的質(zhì)量問(wèn)題。建立一個(gè)規(guī)范化權(quán)威性的BIM族庫(kù)在發(fā)展BIM技術(shù)中必不可缺。企業(yè)化BIM族庫(kù)雖然可以滿(mǎn)足企業(yè)的自生需求，但在規(guī)范和權(quán)威認(rèn)定方面有所欠缺，在后期使用BIM模型進(jìn)行如造價(jià)運(yùn)算等工作中缺少保障，容易引起信任危機(jī)，帶來(lái)多方重復(fù)核對(duì)與磨合的不必要的資源浪費(fèi)。

3.2 BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)

建筑信息化發(fā)展至今，出現(xiàn)了很多與BIM相關(guān)的線上平臺(tái)，為BIM從業(yè)者帶來(lái)便利。主流的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)主要有中國(guó)BIM構(gòu)件庫(kù)、構(gòu)件塢、EABIM的族廣場(chǎng)與BIM數(shù)據(jù)庫(kù)。它們各自的特點(diǎn)如表1所示。

表1 主流的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)及各自的特點(diǎn)匯總

從幾個(gè)線上BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)可以歸納出：目前線上平臺(tái)的發(fā)展處在起步階段，許多預(yù)制構(gòu)件相關(guān)族的模型與信息不完善。部分信息完善的族模型無(wú)法確定建模流程的規(guī)范性，在后續(xù)造價(jià)計(jì)算、施工安裝、出圖等工作中的結(jié)果準(zhǔn)確性有待考證?？v觀以上幾個(gè)主流平臺(tái)可以發(fā)現(xiàn)，各平臺(tái)現(xiàn)價(jià)段主要功能集中在設(shè)計(jì)階段，與廠家聯(lián)合方面基本為零基礎(chǔ)，這一點(diǎn)在未來(lái)有待改進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑信息化與裝配式建筑的結(jié)合共同促進(jìn)國(guó)家的建筑現(xiàn)代化發(fā)展，發(fā)展中出現(xiàn)的阻礙主要來(lái)源于設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間的信息隔閡。設(shè)計(jì)人員無(wú)法根據(jù)廠商的生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出適合生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件。廠商也無(wú)法系統(tǒng)的了解預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，來(lái)有目的性的提高生產(chǎn)水平。因此，應(yīng)用基于BIM的設(shè)計(jì)廠商一體化平臺(tái)理念可以有效的打破設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間的信息隔閡，為裝配式建筑的未來(lái)發(fā)展打好基礎(chǔ)。