BIM技术在装配式建筑中的应用探究

摘要：装配式建筑已经成为我国现代建筑行业发展的主要潮流，而作为建筑信息化主要工具的BIM （ Building Information Modeling，建筑信息模型）技术也大大促进了建筑业的发展。通过对近几年来装配式建筑以及BIM技术应用的综述性文章进行研究，文章综合分析了装配式建筑和BIM技术各自的优势，并且对 BIM技术在装配式建筑中的应用进行探究，旨在实现装配式建筑项目全寿命周期管理的合理化和科学化，最终在装配式建筑中形成一个连贯的信息平台。

Abstract： The fabricated building has become the main trend of the development of modern construction industry in China. As the main tool of building information， BIM （building information modeling） has greatly promoted the development of construction industry. Based on the review of the papers about the fabricated buildings and BIM technology in recent years， this paper analyzes the advantages of fabricated architecture and BIM technology， then explores the application of BIM technology in fabricated architecture. It aims to realize the rationalization and scientification of project lifecycle management in fabricated construction project， and finally form a coherent information platform in the fabricated building.

关键词：装配式建筑；BIM；信息管理；全寿命周期管理

Key words： fabricated building；BIM；information management；lifecycle management

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）23-0161-03

0 引言

在我国现阶段，随着可持续发展、节能环保等理念的不断深入，装配式建筑正在逐步成为人们关注的焦点。与传统现浇式建筑相比，装配式建筑有节约成本、缩短工期、减轻噪音、施工污染少等特点。而BIM技术在信息化时代对建筑业的发展也有很大的推动作用。

近年来许多学者将BIM技术在新型装配式建筑中的可行性应用进行了研究：我国早期对BIM技术与装配式建筑进行结合的是周文波等人；随后齐宝库等对BIM技术在装配式建筑全寿命周期管理中的应用进行了探讨，通过具体的案例分析，阐述了BIM在装配式建筑全寿命周期管理中的应用前景；常春光、吴飞飞把BIM和RFID技术在装配式建筑施工过程管理中进行了推广；白庶等人分析了BIM在装配式建筑各阶段的应用价值。本文通过对装配式建筑的实际情况进行分析，结合BIM技术的发展，从装配式建筑的设计、生产、施工、运维等阶段着手，探讨了BIM技术在装配式建筑整个全寿命周期管理中的应用，使得装配式建筑在BIM技术的结合下有更好的发展前景。

1 装配式建筑的优势

装配式建筑顾名思义就是指在工地上用预制的构件装配而成的建筑。从20世纪初，装配式建筑就初露头角得到了人们的关注，直到60年代英国、苏联、法国等国家做了首次尝试，装配式建筑才得以实现。装配式建筑之所以能够迅速在世界各地发展开，因为它有建造时间短，成本低等的优势。

1.1 建设工期短

根据装配式建筑的定义可知，装配式建筑是把在工厂中预制好的构件直接在工地上进行装配，大部分都是用机械进行作业，取代了好多手工作业，从而节省时间。在工厂进行预制构件的时间并不包含在建设工期中，在工地上的操作就是把构件进行装配，节省了钢筋捆绑、抹灰等工序，从而大大节省了施工时间。

1.2 节能环保，可持续

现在国家一直提倡节约能源，保护环境，而装配式建筑正是符合了这一要求才得以迅速发展。在装配式建筑中好多材料可以循环利用，如钢模板，木模板等，这样就达到了节约资源的目的。另外，由于是工厂中生产好的预制构件直接运输到工地进行装配，所以在施工现场减少了施工噪音，同时还避免了尘土飞扬，使环境污染得到有效控制。

1.3 提高工程质量和安全

在传统建筑的现场施工中，经常会进行高空作业。由于施工人员素质不够高，并且技术水平有限，导致了施工过程中施工质量出现问题，甚至还存在很多安全隐患。这就使得施工现场人员的人身安全受到威胁。而在装配式建筑中就大大减少了以上问题的出现，在工厂进行预制构件的生产大都是低空作业，不存在高空坠物等现象，在工地进行预制构件的装配是由专业人员操作的，并且大部分都是机械化操作，因此施工质量得到了保证。所以说装配式建筑能够很好地提高工程质量，减少安全隐患。

1.4 提高劳动生产率，节约成本

因樽芭涫浇ㄖ的预制构架都是大批量的在工厂进行生产，然后直接运输到施工现场进行安装，所以对脚手架和模板的使用就大大减少了，这样不仅节约了施工成本，还减少了传统建筑中的一些现场施工流程，缩短了工期，从而使得劳动生产率大大提高。

1.5 便于施工，受气候条件制约小

传统的建筑施工由于受到气候条件的制约，冬季施工时好多工序必须停止，在雨季也有许多条件的制约，所以会影响整个施工进度。而装配式建筑的大部分作业是可以在室内进行操作的，外墙板、内墙板、预制梁、预制柱等在工厂中进行生产，不受外界气候的影响，再将这些预制构件运输到现场进行安装。

2 BIM技术原理及其特点

BIM技术的基础就是建筑工程项目中的各种相关信息数据，然后再通过建立建筑模型，来模拟建筑物的真实信息，换言之就是一种数字信息的仿真。BIM技术具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。

2.1 BIM技术的可视化

可视化顾名思义就是能蚩醇、能够得到的形式，可视化在建筑行业的运用中有可观的前景。传统的读图就是拿到施工图纸，看着这些线条进行空间的想象，对于今天复杂多变、形式不一的建筑来说不太现实。而BIM技术把图纸中的这些平面化的线条进行三维立体的展示，让工作人员一目了然，能够形成一种通构件之间的互动性和反馈性可视。不仅如此，在BIM技术的帮助下，工程中的设计、建造、运营等都可以在可视化的状态下进行。

2.2 BIM技术的协调性

在建筑业中协调性是非常重要的内容之一。在整个项目的实施过程中，设计单位、施工单位以及业主之间都要时时刻刻进行配合，做好协调工作。BIM技术的协调性能够很好地解决各方沟通不到位的问题。BIM技术可以提供协调数据，具体操作就是对建筑物建造前期存在的不同专业间的碰撞问题进行协调，然后生成数据。另外BIM技术还可以解决电梯井布置与其他设计布置及净空要求之间的协调，地下排水布置与其他设计布置之间的协调等等。

2.3 BIM技术的模拟性

BIM技术的模拟性并不是单单的对建筑物模型进行模拟，还能够对虚拟的事物进行模拟。在设计阶段可以进行节能模拟、热能传导模拟、日照模拟等等；在招投标阶段可以进行4D模拟（三维模型+项目的发展时间），就是依据施工组织设计来进行实际施工的模拟；另外还有5D模拟（基于3D模型的造价控制），来对整个工程的成本进行控制；在整个工程的后期运营阶段也可以进行模拟，例如对一些突况人员的紧急疏散进行模拟。

2.4 BIM技术的优化性

BIM技术在整个工程的设计、施工、运营过程中可以做到更好的优化。在工程中，优化受到时间、信息和复杂程度的制约。合理地优化是在准确信息的基础上做出来的，而这一点就是BIM技术的优势所在，它不仅可以提供建筑物实际的所有信息，还可以提供建筑物发生变化后的信息。对于现在复杂程度高的建筑物，BIM与其配套的各种优化工具可以对其实现优化。

2.5 BIM技术的可出图性

BIM技术的可出图性并不是指出一些建筑设计图纸，而是对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟和优化后，出一些关于综合管线、综合结构留洞的图，以此来消除一些错误，甚至可以做一些建议改进的方案。

3 BIM技术在装配式建筑全寿命周期管理中的应用

装配式建筑作为建筑业未来发展的一个趋势，同样也面临着许多困难和问题，最突出的就是在全寿命周期管理中遇到的问题。首先在现代建筑业中会涉及到多种多样的预制构件。而且整个项目的参与方较多，导致信息不集中，在预制构件的制作、运输和组装中就会出现配合不协调。其次是在施工过程中，很难准确及时的收集到各构件的信息，使得整个工程的施工进度不能被很好的把握，增加了管理的难度。最后对于已经完成好的装配式建筑，当出现某个构件损坏或者不合格的情况时，由于信息难以及时收集和处理，导致整个建筑物的损坏。而把BIM技术应用到装配式建筑的全寿命周期管理中，就会很好的帮助解决以上问题。

3.1 BIM技术在装配式建筑设计规划阶段的应用

在这个阶段BIM技术发挥了很大的作用，它的主要优势是协同一致、相互关联、参数化，这就可以很好地解决传统建筑中出现的一些设计冲突造成的设计变更问题。第一，BIM技术在该阶段可以进行选址的规划和场地分析。在整个项目中起着关键作用的就是场地分析，它影响着建设项目的定位。而传统的方法没有足够的定量分析，也不能对大量的数据进行科学处理等等，但是在BIM技术的帮助下与地理信息系统相结合，根据拟建建筑物的空间信息和场地条件，对其进行数据建模。这样就可以更好的帮助决策者进行场地分析和规划选址；第二，可以利用BIM技术绘制图纸和建立模型。与传统图纸相比，BIM技术最大的好处就是它所绘制的图纸中的每一个图元都是由工程含义的，例如构件的空间尺寸、材料的属性等等，这样就有了模型参数的关联性。在BIM建立的模型中，任何一个构件的模型参数发生变化，随即构件也会发生变化。BIM模型还可以进行实际的施工模拟，在模拟过程中发现问题及时改进。同时根据BIM技术的可视化特征，各个参与方就设计方案可以进行沟通；第三，BIM技术可以解决设计的冲突检查。传统的方法都是根据设计图纸通过想象来对建筑物的立体图进行还原，没有科学的方法必然会产生一定的误差，这就导致在施工的时候会出现与设计不符现象，导致方案重新修改，工期延长，成本增加。而结构师利用BIM技术，如果设计过程中出现管线冲突，在BIM模型中就会显示出来，可以进行及时修改；第四，利用BIM技术可以进行工程造价计算。传统的造价还是用人工来进行工程量的统计和计算，这样就会出现计算失误，而有了BIM软件，可以为造价人员提供大量的工程量信息以及定额信息，既节省时间也降低错误率，并且预算和实际的误差。

3.2 BIM技术在装配式建筑生产制造阶段的应用

在装配式建筑的构件生产制作阶段，把BIM技术和RFID（无线射频识别）技术相结合，将含有构件的材料种类、几何尺寸、安装位置等信息的RFID芯片植入到各类预制构件中。又因为RFID标签编码具有唯一性原则，所以在构件的生产、存储、运输、吊装等过程中可以保证信息的准确性。BIM的作用体现在不仅可以为构件的生产管理子系统提供构件的有关数据，还可以把每个预制构件的存储、质量监测、生产等信息返回给BIM数据库。这样在BIM与FRID技术的完美结合下，可以实现预制构件零缺陷、零库存的目标。

3.3 BIM技术在装配式建筑施工建造阶段的应用

在装配式建筑施工阶段，BIM技术的主要应用价值有以下方面：第一，能够随预制构件的库存和现场管理进行改善。在实际的施工现场构件找不到或者构件找错等情况是时有发生的，所以只有严格对施工现场进行管理才可以防止此类事件的发生。而在这个阶段利用BIM技术和RFID技术的有效结合，就可以对这些构件实时追踪控制。它们结合的优势就在于获得信息准确且传递速度快，能够减少人工引起的误差；第二，利用5D施工模M对施工、成本计划进行优化，对工程质量的进度进行控制。基于3D-BIM模型，又引入了时间和资源维度形成5D-BIM模型，以此来对装配式建筑的各种资源投入情况和整个施工过程进行模拟，形成一个动态的施工规划。另外在模拟的过程中，对原有的施工规划存在的问题进行优化，避免工期延长和成本增加。5D-BIM模拟还可以使整个项目的施工流程和成本资源的投入更加直观的展现在施工人员和技术人员面前。

3.4 BIM技术在装配式建筑运营维护阶段的应用

在装配式建筑的运营维护阶段，BIM技术的主要作用就是提供建筑物的使用情况，各构件运行情况以及财务等方面的数据和信息。第一，在物业管理方面BIM技术发挥了很大的作用，通过和相关设备进行连接，BIM软件可以提供建筑物的各项参数来判断其运行情况，这样物业管理人员可以及时做出科学的管理决策。另外BIM技术和RFID技术结合在设施管理和门禁系统方面还有很多的应用，各个构建安装上电子标签后，工作人员在进行维修的时候就可以通过阅读器很快找到相关设备的位置，在维修过后把相应的数据再次记录到电子标签内，把这些信息数据在存储到BIM的物业管理系统中，通过“提供数据――维修操作――维修记录――信息集成”这样一个过程，使得工作人员可以更加直观的了解建筑物设备的运营情况。第二，装配式建筑在进行扩建或拆除的时候，运用BIM技术针对建筑结构的各项指标进行分析检测，可以避免结构的损伤。同时还能起到很好的资源回收作用，运用BIM技术可以了解到寿命结束的建筑物中哪些构建还可以进行二次利用，既减少能源的消耗，又顺应可持续发展的潮流。

4 结语

为了响应我国绿色、可持续发展的理念，装配式建筑正在逐步成为21世纪建筑业发展的风向标，而BIM技术的融入弥补了装配式建筑中信息难以收集、处理等缺点。把BIM技术应用在装配式建筑的全寿命周期管理中使得装配式建筑有了更好的发展前景。在BIM技术的应用过程中结合RFID技术可以更有效的提高装配式建筑的设计、生产、施工、维护的管理效率。所以对BIM技术在装配式建筑中的应用进行更加深入的研究探讨是我们今后的主要研究方向。

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