“十四五”规划下装配式建筑与BIM技术的结合发展研究

汪俊桥，申云龙，李 臣，李林杰

（中国建筑一局（集团）有限公司西南分公司，四川 成都 611730）

1 装配式建筑

1.1 装配式建筑特点

装配式建筑是由工厂生产的预制构件在工地装配而成的建筑，按照预制构件形式及施工方法可分为砌块建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升层建筑等5种类型。装配式建筑特点如下。

1）部分构件由生产车间加工完成，常见构件种类主要包括：外墙板、内墙板、阳台板、空调板、楼梯等。

2）采用建筑装修一体化设计、施工，理想状态下装修可随主体结构同步进行。

3）设计标准化和管理信息化可有效提高生产效率与装配式建筑性价比。

4）节能环保，符合绿色建筑要求。

1.2 装配式建筑发展概况

1.2.1 各省、市政策发布情况

1）人社部 2020年2月25日，人社部等三部门印发《关于发布智能制造工程技术人员等职业信息的通知》提到装配式建筑施工员定义，即在装配式建筑施工过程中从事构件安装、进度控制和项目现场协调的人员，并公布装配式建筑施工员的主要工作任务。

2）国家卫健委与住建部 2020年2月8日，国家卫健委与住建部印发《新型冠状病毒肺炎应急救治设施设计导则（试行）》，其中建议：新冠肺炎应急救治设施鼓励优先采用装配式建造方式，新建工程项目宜采用整体式、模块化结构。结构形式选择优先考虑轻型钢结构等装配式建筑。

1.2.2 人才资源情况

随着中央及地方装配式政策的出台，装配式建筑已进入高速发展期，围绕国家低能耗、环保、绿色、增效的要求，建筑行业正面临一场新的产业革命。与此同时产生变化的还有行业内对人才的需求。

由于装配式建筑是在工厂内进行构配件制作生产，施工现场进行安装，传统工种用工量大量减少。但在淘汰部分工种的同时，也将产生另外的技术人才缺口，相应的装配式设计人员、现场吊装人员、管理人员等岗位用人需求也不断增加，预计到2025年，全国装配式建筑工程人员的需求量将达到50万。

2 装配式建筑与传统工艺对比

2.1 质量与安全

传统施工质量与工人水平有很大关系，现场施工质量参差不齐，各种混凝土构件问题频频出现，无法杜绝，造成后期大量的整改与返工，也对建筑物质量造成永久性影响。同时，传统施工方法需大量人员进行作业，并存在穿插施工现象，导致工作面狭窄，人员密集，易导致事故频发，如高处坠落、高空抛物、粉尘超标等，安全问题十分严峻。

装配式建筑的构件制作大部分集中于工厂进行加工处理，并有严格的制作与验收标准，构件质量有保障。在施工现场，可按照施工深化方案进行吊装、拼装等工序，减少施工工序穿插，同时减少现场用工量，一定程度上降低安全事故发生几率。

2.2 进度与成本

传统混凝土施工工序为模架搭设、钢筋绑扎、模板拼装、浇筑混凝土、养护、拆除模板等，一系列工序下来建造1层需要4～7d的施工时间，同时涉及的工种有架子工、钢筋工、木工、水电工等，施工现场为确保工程进度，会增加用工量，人工费用不断提高，造成工程造价提高。

装配式建筑工序简单，一般建造1层只需1～2d即可完成预制构件安装，施工效率高，现场采用机械化吊装，安装工人用工量小，可有效降低人工成本。

2.3 四节一环保

1）节地 装配式构件采用工厂预制+现场安装，现场不需要按照传统模式设置模板、钢筋等材料堆场，仅需根据吊装工序合理设置构件堆场，有利于现场合理布置工作面，减少安全隐患。

2）节材 传统施工工艺中三大主材（钢筋、模板、混凝土）的使用与现场管理和施工水平密切相关，钢筋下料、模板切割及拼装、混凝土浇筑及振捣，每道工序环环相扣，一旦其中一道工序出现问题，通常会导致材料浪费，如模板支设不到位导致胀模、漏浆等问题时有发生，造成现场材料浪费和质量问题。装配式建筑采用标准化设计与标准化生产，可使用定制规格的钢模板，其重复使用率高且不易损坏，构件质量控制水平高，并在极大程度上减少施工现场木模、木方等木制品的使用，在节材方面有显著效果。

3）节水 装配式建筑在生产建造过程中所使用的水资源可循环利用，同时现场安装完成后不需进行洒水养护，构配件在工厂生产，现场进行安装，不用进行洒水降尘，可有效减少水资源浪费。

4）环境保护 施工现场通常存在噪声、扬尘、固体废弃物、废水等污染，严重影响环境。装配式建筑主要构配件在工厂进行加工生产，施工现场几乎不存在扬尘、废弃物排放等情况，可实现文明施工和绿色施工。

3 BIM技术下的装配式建筑发展

3.1 建筑行业信息化发展

1）背景情况 根据麦肯锡研究表明，对比全球各行业的信息化水平，建筑行业信息化水平排在倒数第二，仅略高于农业。建筑行业各细分领域基本上处于信息化严重不足的状态，项目各部门之间协同程度不够，管理方式过于粗犷。另一方面，建筑行业在应用技术和创新管理上处于明显迟缓的状态，对新技术进行前期投入的研发费用不足收入的1%，投入水平相较其他行业处于较低水平。而建筑行业不仅亟待信息化产业升级谋求成本降低，也需在当下发展受阻的情况下探索新的管理模式。

2）国内形势 住建部、科技部、工信部、自然资源部等九部门联合发布的《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，从9个方面提出37条措施，从设计、施工、信息技术融合等方面，对新型建筑工业化的发展提出明确要求。其中包含推广装配式混凝土建筑、大力推广建筑信息模型（BIM）技术2条措施。2020年是国家建筑业信息化“十三五”计划的收官之年，转型风口之下，行业对装配式建筑技术人才需求急剧增加，BIM和装配式工程师人才缺口巨大。未来几年，装配式建筑拥有1.6万亿市场以及130万BIM工程师缺口。

3.2 国内BIM技术发展历程

1）BIM技术1.0时代 在BIM技术刚引入国内时，行业对于BIM技术的概念仅停留在可视化阶段，用三维模型进行一些简单的可视化应用，对于各参建方来说BIM技术只是一个可视化工具。

2）BIM技术2.0时代 在2.0时代，已有参建方开始利用BIM模型进行各专业协同深化设计，提前解决设计中出现的问题，但较大部分仍停留在管线综合方面，未能将各参建方协同起来，模型利用率低，对各方来说BIM技术仍是一个成本大于收益的负担。

3）BIM技术3.0时代 通过BIM模型将建筑、结构、机电、装修各专业有效串联，形成BIM一体化设计，BIM信息化模型集合各专业协同、设计变更，对后期装配式施工、运维管理提供全套信息支持。项目各参建方都与中心模型有关系，这个模型符合大家共同的标准，能随时在自己权限范围内对模型信息进行更新，以及调用自己权限内的信息以完成自己的工作。同时基于BIM的信息管理平台作为工程项目全过程的运算服务支持，可形成企业资源数据库，并实现协同办公，对装配式建筑设计、生产、装配全过程的采购、成本、进度、合同、物料、质量和安全的信息化管理，最终实现项目资源全过程的有效配置。

3.3 BIM技术与装配式建筑的结合

1）设计阶段 利用BIM技术可视化、及时化优势，依靠BIM模型进行设计工作，提前解决各专业之间的问题，模拟建造过程，合理规划空间，优化设计内容，进行多方面方案比选，在设计阶段实现建设项目投资成本创效，对整个项目的成本有直接的把控。由于目前国内建筑行业信息化程度较低，为提高效率，大多趋向于标准化设计，在如今人们审美越来越挑剔的时代，过度标准化无疑会是装配式建筑面临的一大难题，但BIM技术可恰当解决这类问题，其模型的建筑信息足以满足各类异形结构的设计建造，参数化的构件模型可配合设计进行复杂结构的设计，并进行相应节点数据的生成。

2）构件生产阶段 装配式建筑厂商可依靠设计院给出的BIM模型进行参数提取，依靠自动化生产车间进行数据分析，自动生产相匹配的构件，做到“3D打印”的效果，将构件进行合理排序运往现场进行现场组装。

3）施工阶段 现场管理人员在现场接收构件前，可提前依靠BIM模型进行现场构件固定支模架的组装，利用BIM模型进行构件组装顺序模拟，合理分配工作面及劳动力。待构件抵达现场后，可根据构件附带的二维码进行构件信息确认，确认构件完整无损后，可组织工人按照方案依次进行吊装安装。

3.4 BIM+装配式全产业链协同工作

上海市浦东新区惠南新市镇项目是上海市工业化住宅示范项目。该项目的改造开始于项目设计和规划审批已结束，因此各项改造均需在原设计基础上进行，为工业化改造设计造成一定约束和难度。通过方案比选，最终采用双面叠合板式混凝土剪力墙体系，单体预制率达30%，项目采用BIM技术，将建筑、结构、机电一体化设计，实现建设全过程控制。该项目统一预制构件包含阳台、墙板、楼板、楼梯等，节材约70%，节水36%，节能30%。利用BIM技术按照标准化进行套型设计，通过车间流水段高效施工，现场进行“搭积木”式拼装，整栋建筑仅用82d完成建设，建设速度为平均6d/层，节省人工的同时有效缩短工期。

4 结语

2020年底住建部发布的新版《工程总承包合同（示范文本）》，将BIM服务纳入其中，BIM技术作为一种有效提高建筑行业信息化的管理手段，已逐渐融入建设工程项目各阶段，也代表着正式吹响了建筑行业信息化全面改革的号角。而装配式建筑也注定会随着建筑行业一体化、信息化的提高而步入正轨，实现与建筑强国接轨的目标。