基于BIM技术的装配式混凝土建筑全生命周期研究

王正，邱国林

（吉林建筑大学）

1 引言

建筑业一直是我国的重要经济支柱之一。如今装配式混凝土建筑已经成为建筑业发展的主流方向，相比传统施工，我们不需要在复杂的施工环境中现场浇筑，而是把施工所需要的建筑材料在工厂制作成成品，运到现场进行构件间的组合、安装，因此，装配式产业对建筑、结构、设备等各专业的模块化设计、制作、施工等各个环节工作的协调性要求更高，如果某一环节出现问题，则需从多个方面进行检查修改，会影响项目的进程，从而造成项目的损失。若能合理运用好BⅠM技术则可以有效避免或尽可能减少衔接环节上的技术错误，在项目的各个阶段为装配式混凝土建筑构件的设计、施工、运营维护等环节提供依据，加强各方协同，提高整体施工的质量和管理效率。

2 BIM技术与装配式混凝土建筑

2.1 BIM技术

BⅠM英文全称“BuildingⅠnformation Modeling”，我们通常把它称作“建筑信息化模型”。BⅠM技术通过手动绘制二维和三维模型，能够避免传统设计过程中信息和数据无法协同的问题。通过变量三维模型的建设，可以结合实际的建设设计需求，建立起施工方面的立面图，保证实际施工工作的开展。构建使用BⅠM环节需要大量的数据，通过对建筑工程的三维立体建模，可以使工程人员更好地理解工程的具体进展；在传统的长、宽、高基础上加入了时间和成本的考量，可以确保提高工程的实际工作效果。

随着BⅠM技术的蓬勃发展，我国的学者也对BⅠM技术做了很多深入研究，如郭烽仁分析了BⅠM技术的应用价值，并结合BⅠM技术在装配式建筑各个阶段的实际应用，为建筑行业人士提供了参考依据[1]；陈野平通过分析BⅠM技术在混凝土装配式建筑全生命周期中的应用，找出了使用BⅠM技术的优势，通过开发BⅠM设计通用软件并结合其他部分的开发工具或其他专用设计软件快速提高设计实现效率，降低建设维护成本[2]。通过仔细阅读大量文献，我们还发现国内不少专业学者均对未来BⅠM模式在中国混凝土装配式建筑工程中可能的商业应用模式感兴趣，学者们的深入研究无疑直接促进推动了建筑BⅠM管理技术模式与国内混凝土装配式建筑应用的深度协同发展。

2.2 装配式混凝土建筑

装配式混凝土建筑是以预制钢筋混凝土预制块和预制块组合而成的组合建筑。这种工程具有快速、劳动强度低、便于冬季作业、提高生产率、提高制品品质、降低材料消耗等优点。组装水泥结构的部件均可拆卸下来并重新装配使用，整个安装过程中机械化操作的标准化程度极高。装配式混凝土建筑结构作为一种住宅工程产业化经营的实施方式也已经开始成为整个建筑行业中的未来技术发展趋势，是我国应对传统建筑业劳动力资金匮乏现状和环境污染提出的一条重要解决方案，因此，在现代化的发展和建设中，推动装配式混凝土建筑建设是社会发展与建设所迫切需要的。

但是，目前我国工程实践中尚有一些问题，比如：施工技术不够先进，抗震性能和结构的承载力和抗震性能都很低，在设计图纸和工程实践中出现矛盾的情形并不少见。尤其是预制构件的设计施工等环节没有数据的支撑，无法使构件的生产与施工有效衔接，BⅠM技术是一种重要的技术方法，它可以使装配式混凝土建筑设计和建造的关系得到有效统一，并在不同过程中增强了信息的传输和回馈，从而促进了整个装配式建筑的全生命周期建设。

3 BIM技术在装配式混凝土建筑中的应用

3.1 BIM技术在建筑设计中的应用

殷晓博指出BⅠM技术可以促使建筑设计从二维转换为三维并实现资源共享，在BⅠM技术的实践运用过程中，统一数字标准下的建筑模式可以大大提高建筑模式中各种信息与数据的共享，从而达到建筑信息设计与资源共享的目标。BⅠM技术与建筑设计的协同从根本上促进了建筑设计效率的提高，保证建筑工程质量达到相关要求，有效提升建筑企业在市场上的竞争力[3]。

阮健航从方案形成、方案确定、任务分析、设计输出等方面研究了BⅠM技术在建筑设计阶段的应用措施，指出在建筑设计阶段采用BⅠM技术，可促使建筑行业朝着更高水平、高质量发展，要求设计、建设单位充分熟知BⅠM技术的优点，以及相关的使用方法。同时,设计研发人员还要不断学习，提升完善自己的专业能力，以便发挥出BⅠM技术的最大作用，提高设计图纸的效率，及时发现存在的问题，确保建筑施工稳定顺利地完成[4]。

姚远认为，BⅠM技术的诞生，将会给企业带来新的技术，也会给企业提供新的工作程序和新的商业模式。在BⅠM技术的帮助下，将协作设计和BⅠM结合起来，并融入BⅠM中。然而，目前的企业生产过程组织和经营都是以生成平面图形为核心的，制约了BⅠM技术的推广。BⅠM技术的发展必须要解决许多制约BⅠM技术推广的难题，方能使BⅠM技术得到快速发展[5]。

通过阅读文献我们发现，建筑设计传统方法非常复杂，对设计人员要求较高，设计周期长，易发生错误，若出现错误，则需要对整个设计进行排查修改，使工期延长，影响施工进度及施工质量。采用BⅠM技术应用在建筑设计中，可以使施工人员快速完成任务，并可以从三维立体角度全方位检查设计图，若发现错误，可以及时改正，降低了设计人员的工作难度，保证了施工进度。

3.2 BIM技术在施工过程中的应用

徐林大致从三个方面介绍了BⅠM在施工过程中的应用，首先是对预制件进行参数化设计，其中涉及的构件种类繁多，因此必须采用BⅠM技术对其进行参数化建模，以便于对其进行有效的管理。

①通过建立数据模型库，方便修改构件参数，支撑工程的精细化管理；②预制构件的深化设计，因为预制件之间的连接点是装配式混凝土建筑最脆弱的环节，构件深化设计的精准度直接影响了施工的质量，这时就要使用BⅠM模型，在软件中对构件连接点进行模拟测试，提前检查该点可否顺利连接，对之后的正常施工提供数据支撑；③预制构件管理，在使用BⅠM技术进行装配式混凝土建筑与构件生产时，可以在构件的电子标签中加入数据，以便在协同管理平台对构件进行管理[6]。

吕昌祝认为，运用BⅠM技术构建建筑材料资料库，能快速准确地提取建筑材料的具体数量，并能准确地为工地的物料采购和定额的领取工作提供准确的数据支撑，从而防止由于堆存而造成工期延误、建筑材料申报不准确等问题[7]。

黎舒婷指出，在施工过程中，应用BⅠM技术可以对施工过程中产生的各类信息进行整理，并且合理保存这些信息，通过BⅠM技术能够对施工的整体情况有全面了解，只有对施工的信息了解更加全面，才能更好地进行各项工作的后续安排，制定施工规划，在施工过程中，需要提前制定下一步的施工计划，利用BⅠM技术进行信息处理，也能够提高施工计划的合理性[8]。

BⅠM技术在装配式建筑施工中能够为施工过程中的协同管理奠定良好基础。施工管理工作者需要依托基于BⅠM技术所生成的三维信息模型，对施工实际情况与原有施工计划之间的差异进行比对，并通过对各类施工要素进行调节以及对施工规划进行调整，确保施工工作能够满足施工质量要求以及施工进度要求。

3.3 BIM技术在运维管理中的应用

李豪杰指出BⅠM技术可应用于设备维护抢修、应急疏散及消防演练、设备管理、安防报警管理、智能建筑等方面，将BⅠM技术与建筑施工设备的控制技术相结合，实现了建筑内部照明、空调、用水能耗的实时采集和实时显示，并将BⅠM技术应用于建筑智能化建筑的实际应用[9]。

赵志华指出BⅠM平台技术能做到实时监控整个建筑项目，监测房屋各个建筑构件。后期改造房屋时，还可实时利用BⅠM中原始数据进行现场模拟改造。物业公司现场管理房屋时也可自动连接到BⅠM平台与其他相关控制设备，从而能够做到远程实时监控和判断消防、电梯、照明、通信设备等控制设备是否可正常高效运转[10]。

刘翔宇指出BⅠM技术可应用于装配式混凝土建筑运维管理，让物业监控到建筑内的消防、电梯、照明等设备的准转情况，提高设备维修、消防的速度，方便了安保部门，与RFⅠD技术相结合可精准确定高能耗部位[11]。

通过BⅠM技术，可以显示工程建设全程的数据及有关的内容，以及对零件损伤的资料进行详细记载，从而为维护单位的可靠度提供依据。同时，要对工程部件进行耐用性检测，创造一个有利的运行环境，确保工程的科学运行。这些信息包括预制构件的材料、性能、施工情况、使用状况，通过BⅠM信息化平台，物业管理人员可以随时查阅这些信息，能够对预制件及其相关设备进行实时监控，以便对其安全性、耐久性和适应性进行及时分析和监控，并解决施工中的问题，确保建筑物的安全。

4 结语

在工业生产和产业结构调整的要求下，装配式结构已成为建筑业发展的必然方向，从传统的“粗放”到“精细”的应用，需要通过BⅠM软件，将其与部分开发或专门的软件相融合，以提升工程的整体效果。因此，必须在BⅠM技术的基础上，实现全过程一体化系统，实现建筑的精细化设计、多专业协同、全产业链应用，从而达到降低建筑工程造价的目的。BⅠM技术在装配式混凝土建筑中的运用可以有效克服了以往的施工难点，为工程的设计、制造、安装等方面提供技术支持，保证工程的质量和建造速度。