BIM技术在装配式建筑全寿命周期中的应用

王成元　徐理　曾海明　郭秋兰　廖菲菲　蔡运芳

[提要] 随着城市化的不断深入和绿色发展理念的强力推行，集环保、高效、节能于一身的装配式建筑得到国家认可与推广。而BIM技术作为数字化信息技术与装配式建筑进行结合，充分发挥各自的优势，使建筑业发展进入智能化发展时期。本文从传统建筑入手，引入装配式建筑和BIM技术，并详细分析BIM技术应用于装配式建筑的优势，两者的结合必将迎来建筑业发展的新阶段。

关键词：BIM技术;装配式建筑;全生命周期

中图分类号：TU71 文献标识码：A

收录日期：2019年5月5日

近年来，随着房地产行业的高速发展和脱贫攻坚的全面推进，我国城镇化水平不断提高，城市扩张不断加速。传统的粗放式低技能建造方式环境污染大、资源浪费严重，已经无法满足当前的建造要求，而装配式建筑构件以其低碳、环保、工业化批量生产、可持续发展等顺应了时代要求，迎来了空前的发展时机。BIM技术作为数字化信息技术，与装配式建筑技术进行结合，能够更高效智能地完成建造任务，将我国建筑行业的发展推向新的高度。

一、装配式建筑概述

装配式建筑是指以工业化生产方式进行建筑构件的预制，通过建筑构件的组装，完成建筑项目建造。由于建筑构件引入工业化生产，预制装配式建筑构件便能像机器零件一样在工厂进行标准化、高质量、高效地完成生产任务。通过预制装配式构件组装完成的建筑物，具有建造价格低廉、建造效率高、低碳环保等显著特征。预制装配式建筑根据材料的不同可分为重质和轻质两种，重质材料有混凝土等，轻质材料有木材、高分子膜结构材料、玻璃钢等。预制装配式建筑根据受力情况不同分为框架承重结构、墙体承重结构和框架墙体承重结构三类。

二、BIM技术与装配式建筑的结合

纯粹的装配式建筑建造流程大致分为建筑设计、装配式预制构件工厂化生产、施工现场组装成型三个阶段，这三个阶段是相对独立的。这样就容易出现信息交流不是很不顺畅等一些影响项目整体性的因素，由于信息交流不顺畅、不及时导致的建造过程返工现象时有发生，导致资源浪费、工期拖延和费用增加。而将BIM技术引入装配式建筑建造的全生命周期，极大地提升了装配式建筑从建筑设计到项目运营管理的效率。特别是将建筑设计、构件生产和构件组装形成统一整体。真正做到统筹、协调建筑设计、装配式构件制造、装配式构件组装等各个环节，最大限度地排除或杜绝可能出现的问题。

BIM技术与装配式建筑技术相结合，充分发挥了BIM技术的“集成”优势，是数字化信息技术与工业化生产技术的统一。并且依靠BIM技术全生命周期管理的优势，使得装配式建筑从建筑设计、构件工业化生产、构件施工现场安装、后期项目管理和项目拆除都印上了数字化的属性。在协同设计、信息共享、可视化、节点连接与检验、仿真模拟等方面发挥着巨大作用，将装配式建筑发展推向智能化的新高度。BIM技术拥有庞大的共享数据库，可以实时直观地展现装配式构件的生产与组装，实现强大的装配式构件系统集成，再经过BIM技术的碰撞检查与三维施工图展示来实现装配式施工图的完美绘制。（图1）

三、装配式建筑全寿命周期BIM技术的应用

（一）装配式建筑设计阶段BIM技术的应用。由于BIM模型包含了构件中的所有参数信息，如构件尺寸、生产单位、质量负责人、构建材质和性能等，项目设计单位、施工单位、构件生产单位等都使用相同的BIM模型，这样就能避免各单位间信息不对称或不一致而出现问题。装配式建筑BIM模型是一个数字化的智能模型，任何一个单位对模型中的任何一个参数进行更改，相关联的参数都会自动跟着调整，避免人工调整产生失误或各单位因沟通不及时产生返工现象等。在装配式建筑设计时需要对各类构件进行预埋和对各类孔洞进行预留，设计师们在共享的BIM模型上交流、设计或修改，通过BIM技术的碰撞检查功能和筛选分析功能，在3D状态下显示不同专业设计上存在的冲突并进行修改调整。施工单位、建设单位、构建生产单位等利用BIM模型能够实现一键出图、一键出工程量、模拟施工等强大功能，根据各单位自身特点和项目定位等，对设计方案、施工组织方案、构配件供应方案等进行沟通、协调和优化。BIM技术将项目可能出现的问题消灭在萌芽阶段，最大限度地避免了设计错误造成的施工成本增加、资源浪费、工期耽误。由于可以实现一键出图和一键出工程量，这样就大大提高了图纸和工程量的准确性和效率。

BIM技术是开放、共享的数字化、信息化技术，设计师们可以利用“云端”的族库装配式构件大数据信息，进行门、窗、设备等对比、筛选和预装，丰富云端族库装配式构件并确定装配式构件的标准形态和参数模数。族库的建立，可以大大提高设计师们的设计效率及效果，拓展设计师们的设计思路，设计出更加美观、宜居、生态、耐久的装配式建筑。利用BIM技术精细化、数字化的特点，设计师能够精确、直观地计算出装配式构件中预埋铁件等的参数，避免装配式预制构件施工中出现偏差而返工。

（二）裝配式建筑预制构件阶段BIM技术的应用。利用无线射频识别（RFID）技术对装配式预制构件进行识别、读取管理。按照施工单位或采购合同的要求，为了保证装配式构件的唯一、可靠性，对装配式构件进行编码，并将包含有装配式构件全套信息（构件形态、尺寸、性能、材质等）的RFID芯片植入装配式构件中，便于项目相关人员清楚地掌握装配式构件的详细信息，并根据实际需要将装配式构件的使用情况上传到BIM信息系统中，项目相关单位根据构件使用情况及时采取相应措施，避免等待材料等产生窝工现象。

设计师将项目设计方案及装配式构件信息上传到信息库中，便于构件生产商将装配式构件信息（如，预埋铁件、钢筋、模数、材质等）输入成加工参数进行生产。设计师和生产厂商通过BIM技术实现装配式构件信息参数共享，从而实现设计信息与生产系统无缝对接，进而提高装配式预制构件的生产效率和生产的智能化。另外，利用BIM技术的模拟仿真功能，在项目建造之前进行模拟施工，进而消除装配式建筑项目建造过程中出现的问题。

（三）装配式建筑采购阶段BIM技术的应用。在装配式构件运输的工程车上植入RFID芯片，可以对运输车辆进行跟踪定位，掌握构件运输的位置信息，便于构件调配安排。如根据装配式构件的存储位置、装配式构件的大小、是否是特大构件等，合理规划构件的运输路线及运输时间，降低运输费用，实现装配式构件的“零库存”。装配式建筑构件的施工方在接收材料时，可以直接电子读取构件信息，系统自动进行对照分析，避免人工驗收的信息误差，提高了验收效率。

（四）装配式建筑施工阶段BIM技术的应用。充分利用BIM技术的施工仿真技术，在项目开工之前进行模拟施工，对不合理的施工方案进行调整、优化和合理安排施工程序。例如，对于不同的装配式构件的吊装效果可能会有差异，根据构件吊装效果的不同制定不同的吊装方案，以期实效最佳的吊装效果。在BIM技术的施工管理中增加时间和成本两个因素，实现BIM施工5D管理，实时掌握项目的时间和费用，在保证施工质量的前提下，实现施工时间和施工成本的最佳组合，进一步优化装配式建筑构件的施工方案。而在装配式构件安装阶段，施工员可以利用无线射频技术自动调出构件信息，以便确认构件的安装位置及安装方式，提高预制装配式构件的施工质量和管理水平。对影响工程施工安全的安全事件进行模拟，并有针对性地制订相应的施工安全方案，减少或杜绝装配式建筑构件施工过程中安全事件的发生，通过模拟仿真施工技术，对施工过程中优化调整材料场地和加工场地，优化调整施工现场道路及车辆行驶路线，避免构件的二次搬运，提高施工的自动化程度和机械施工效率，缩短施工时间。

（五）装配式建筑运维管理阶段BIM技术的应用。将BIM技术与无线射频技术相结合，针对特定的装配式项目建立项目运营维护系统，进而监测项目中的预制构件及设备。如，装配式建筑物出现火情时，灭火人员可以利用运行维护系统对火情点进行定位，读取相应火情点的建筑材质及性能，根据不同的材质或性能，消防人员可以采取不同的灭火措施控制火情。在装配式建筑使用过程中出现问题需要维修时，在BIM模型信息系统中，可以准确调出装配式构件或设备的生产厂家、性能型号等信息，大大缩短维修时间，提高维修效率。根据装配式建筑构件中安装的RFID芯片，利用BIM技术读取并监测装配式建筑构件的能耗，在大数据中进行分析定位能耗高的构件，为装配式建筑的绿色运营管理提供帮助。

四、结语

将BIM技术应用于装配式建筑，能够全方位加速和优化装配式建筑各个阶段的情况，BIM技术和装配式建筑两者的完美结合，既能满足社会发展需要、顺应时代要求，也能够在低碳、环保、高效、资源节约等方面为社会做出积极贡献，相信在不久的将来，通过广大技术人员的不断实践和改进，建筑业必将迎来新的发展时期。

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