基于BIM信息化建设与管理系统的装配式建筑发展研究

杨 威，郑菘序

(1.十九冶成都建设有限公司，四川成都 610091；2.中国十九冶集团有限公司，四川成都 610031)

装配式建筑是由预制构件在现场装配而成的建筑，与传统的现场施工方式相比，由于构件在预制工厂中采用工业化方式生产，可在现场拼装并实施，能够大量节约资源、节约时间、提高生产效率，实现绿色、文明施工[2]。

当前，国家在大力推广装配式建筑，施工企业也正在积极地参与研究和应用装配式建筑技术。但过程中仍存在一系列困难和问题，例如项目建设过程中多单位之间的协调难度大、建筑信息化程度较低等问题。装配式建筑的发展，要求解决的不仅是装配式施工技术难题，同时要转变建造流程和组织管理方式，需要将信息化与建设过程融合，在建设过程中渗透信息化技术。当前，建筑业正在大力推广应用的BIM技术，为建筑业进一步向工业化、信息化发展提供了重要技术支撑。

1 装配式建筑技术发展现状

1.1 国外装配式建筑发展现状

日本在发展装配式建筑过程中制定了完善的制度体系。在不断探索装配式技术体系后，形成了KSI建筑体系(都市再生机构骨架+填充住宅建筑体系)，装配式建筑已占市场比例达50 %以上[3]。

美国在发展装配式建筑过程中，以低层木结构和轻钢结构住宅为主，且主要以市场机制为主导，早在1976年就对装配式建筑的设计、施工、节能和耐久性等进行了规范。目前，装配式部品部件可以通过标准目录进行按需选取。

此外，新加坡、英国、瑞典等国家也在装配式建筑的发展过程中形成了完善的体系，而且混凝土预制构件已广泛用于民用和工业建筑[4]。

1.2 国内装配式建筑发展现状

我国从20世纪90年代开始，提出了发展装配式建筑。近年来，随着推广装配式建筑的政策不断出台，以北京、上海、深圳、成都为代表的城市陆续要求在房建中采用装配式构件。在政策支持和市场导向的情况下，开发商和施工企业已经开始自发参与装配式建筑技术的研究和实施[5]。

2 BIM技术与装配式建筑技术的融合

2.1 BIM技术

国内近年来加大了推动BIM技术在规划、勘察、设计、施工和运维阶段的应用。通过BIM技术，实现设计阶段的可视化、施工阶段的协同性、建造过程的模拟性、方案的优化性、可出图性以及数据的高度集成性。

2.2 装配式建筑技术

与传统建筑方式相比，装配式建筑施工中减少了混凝土泵送和振捣、钢筋加工和焊接、模板脚手架安拆等过程噪音，节约施工场地，实现绿色施工。同时，由于施工过程大大降低了传统施工中作业人员水平不规范的影响，装配式建筑能有效地减少质量通病，建筑保温隔热性能显著提升，施工效率得到明显提高，施工工期也会缩短。因此，通过装配式建筑技术能够更好地实现绿色施工和节能减排。

2.3 BIM技术与装配式建筑的融合

2.3.1 BIM在设计阶段应用

传统的装配式建筑设计，是基于CAD二维图纸，不同专业之间的设计互相独立，沟通协调效率低，容易产生专业碰撞等设计问题，导致后期施工过程风险和成本增加。同时，由于图纸信息不直观、信息量大，导致信息在转换和传递过程中出现错误的概率较大。在装配式建筑中，PC预制构件的种类和数量多，使得过程管理复杂程度非常高。

如图1所示，建筑业的数字化发展正在经历从二维设计到三维设计，从单一数据到多维数据的集成管理。在设计阶段，通过BIM构建三维模型，各专业之间可以协同设计，能够避免各专业之间的设计冲突，提高设计信息的传递和共享效率，减少设计变更，进而为施工阶段资源和成本的节约提供保障。利用BIM技术在装配式建筑设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段以及内装修等各阶段协同设计应用，是当前的研究热点[6]。大量的研究结果表明，BIM技术在建筑设计阶段直至运营和拆除全生命周期的应用是当前设计院、建设方和施工单位都在关注的方向[7-10]。

图1 建筑业数字工具发展阶段(图片来源：中国BIM门户)

2.3.2 BIM在施工阶段的应用

在施工阶段，由于涉及的人员多、工艺复杂、技术不成熟，缺乏对于装配式建筑的管理经验，导致较多潜在风险。在实际生产过程中，PC构件的生产和运输效率，专业技术人才和专业工人的数量不足，都直接影响着施工进度，构件破损、错装、漏装、偏差等情况时有发生。

通过BIM技术的运用，同时配套RFID技术，可以实现在装配式建筑施工阶段的高效和准确运行。通过BIM搭建三维模型，将三维模型与进度计划相关联，成为4D模型，进一步与成本进行关联，成为5D模型，通过将实际进度与计划进度对比，实际成本与计划成本对比，实时对结果进行研判，为管理层提供决策依据，能够很好地保证质量、进度和成本可控。将BIM技术与RFID技术结合，将PC构件生产、施工阶段信息进行关联，通过构件编码并将信息存储在BIM模型中，能够对PC构件进行准确的跟踪管理，对出现问题的构件作出及时决策，并进行反馈和快速更新，大幅提高施工效率[11]。

2.3.3 BIM在运维阶段的应用

在整个建筑设计、施工和运营维护阶段，近80 %的成本发生在建筑的使用阶段。当建筑物使用约7年之后，其发生的成本费用会超过建筑物建设时期的成本，随着时间延长，运维成本不断提高。因此，若在运维阶段实现精细化管理将给业主带来巨大经济效益。当前，装配式建筑的维修，需要进行信息再收集，但由于信息量大，难以保证信息的完整性，这些问题进而影响了运维阶段管理的顺利开展，例如，由于信息的缺失，建筑中的管线破损和老化，可能导致事故的发生，致使建筑使用年限缩短。

通过BIM技术，可以为运维阶段管理提供准确、完整的数据信息，运维阶段的信息管理系统是解决上述问题的主要手段。在建筑日常运行中，可对设备动态监测，提前发现危险源，在灾害发生时，通过BIM技术进行定位，发现故障问题所在位置，安排专业人员前往予以处置。在运维阶段，BIM技术与RFID技术的结合，能够在设备运行和维护过程中发挥关键作用。有研究结果显示，用BIM对设备监测和分析，发现高能耗设备并进行及时维修或调整，通过BIM模型找出可回收利用或二次开发的设备，能够节约资源，实现绿色运维[12]。

3 装配式建筑信息化建设发展趋势

装配式建筑的信息化建造，依然面临不少挑战。一是装配式建筑发展仍然以政府主导，市场自发推广应用装配式建筑的氛围没有完全形成，二是BIM技术在建筑领域的应用主要集中在设计和施工阶段，仅有很少的重大项目进入了BIM运维阶段，而且BIM技术应用普及水平和应用深度不够。

当前，以BIM技术为代表的信息化手段正在建筑领域得到越来越广泛应用，但在装配式建筑设计阶段BIM的应用的研究远高于在施工和运维阶段的应用。今后一个时期，着手解决BIM 在建筑全寿命周期的综合应用，加大对BIM 技术的系统性研究、在工程中拓展与其他技术结合的应用研究，是企业需要加大力度重视的方向。我国装配式建筑业的发展需要在政策的支持和保障下，通过市场化手段逐渐实现装配式建筑的推广，不断积累相关专业技术经验和培养专业技术人才。同时，需要对 BIM 技术作深入地研究应用，探索出符合本国市场发展规律的装配式建筑的信息化建造之路。