基于BIM 的装配式建筑智慧建造可持续发展研究

陈玲燕

（广西建设职业技术学院 管理工程学院，广西 南宁 530000）

0 引言

装配式建筑智慧建造是未来建筑业发展的方向，中央及地方政府持续出台相关政策大力推广装配式建筑，而BIM 技术是装配式建筑智慧建造的核心。2021 年10 月，国务院发布《2030 年前碳达峰行动方案》，要求大力发展装配式建筑。2017 年住房城乡建设部和国务院办公厅印发的相关政策提出要推广应用BIM 技术，全面推进装配式建筑的绿色化发展，提升建设项目全生命周期的科学管理水平，即智慧建造。装配式建筑具有降耗、节材、节省工期、减少建筑垃圾等优势，但基于BIM 技术的装配式建筑智慧建造同时也面临可持续发展障碍，如标准不完善、增量成本较高、建筑信息化人才匮乏、施工管理水平有待提高、节点连接等关键技术急需解决、监管与保障机制缺陷、BIM 软件适用性不强等，这些都限制了其可持续发展。

当前，对于装配式建筑的研究成为学术界研究的热点与主流。石振武等[1]从装配式建筑绿色供应链结构模型入手，构建了装配式建筑可持续发展评价指标体系；吴大江[2]从BIM 技术和装配式建筑的特点出发，结合具体项目，分析BIM 在装配式建筑中应用的原则和内容，通过BIM 实现一体化集成应用及全过程管理，提高装配式建筑效率。目前基于BIM 的装配式建筑智慧建造可持续发展研究得较少。基于此，文章提出BIM 技术在智慧建造发展的设计、施工、物业运维各阶段的应用，并对装配式建筑推广中存在的各种问题提出策略建议，为可持续发展提供策略。

1 装配式建筑智慧建造可持续发展的内涵

装配式建筑能够提升建筑品质，缩短工期，减少污染，实现节能环保，促进经济的可持续发展，智慧建造是建立在BIM、物联网、云计算、大数据等新兴信息化技术基础上的工程信息化平台，而BIM 是智慧建造强有力的手段之一，建造过程中信息能够高效创建、整合、共享、交互，提高了装配式建筑的信息化和精细化水平，提高了建设效率，实现建筑全生命周期智慧化管理，是我国当前重点推行的新型建筑模式。

“十四五”对实现建筑工业化，促进装配式建筑发展提出了具体要求，各地纷纷响应。装配式建筑技术在发达国家已经比较成熟，例如美国、日本、瑞典等国家的装配率分别已达到90%、85%、80%。但装配式建筑在我国的发展水平还处于较低水平。最新数据表明，截至2020 年，我国新建装配式建筑约为6.3 亿m2，占总新建建筑面积的20.5%，与发达国家平均水平差距明显。而且由于装配式建筑标准化设计程度不够，以及现浇钢筋混凝土建造方式的冲击，我国的装配式建筑发展几度停滞。智慧建造可以通过提高资源效率、精细化施工管理和最大限度减少浪费的方式来保持建筑业的良好发展，装配式建筑要想实现可持续发展，就需要智慧建造的指导。因此，本文研究的装配式建筑可持续发展的内涵主要是以大数据、云计算及BIM 等手段作为技术依托的一种新型建造理念，使信息高效创建、整合、共享、交互，从而缩短工期，提高质量，实现低碳节能，保护环境和减少污染，保证健康持续发展。

我国环境污染严重，资源匮乏等现状下，建筑业必然要走低碳、节能、绿色的发展路线。装配式建筑智慧建造则刚好符合该趋势，是建筑业发展的必然选择。基于BIM 的装配式建筑智慧建造可以整合产业链资源，为建筑业发展注入活力。目前装配式建筑的开发建设存在各种各样的问题，重要原因就是BIM 技术在装配式建造中的应用还不够成熟。本文以BIM 技术在装配式建筑智慧建造中的应用为切入点，提出推进装配式建筑智慧建造可持续发展的策略，为政府部门制定相关政策和策略提供有益参考和依据。

2 BIM 技术在装配式建筑智慧建造中的深入应用

BIM 技术应在装配式建筑智慧建造的设计、施工、物业运维各阶段发挥最大作用。

2.1 设计阶段

（1）三维建模

BIM 在装配式建筑智慧建造的应用首先是要建立三维信息化模型，随着项目的推进，持续对模型添加新信息。通过BIM建模软件可将三维模型自动生成平面图、立面图、剖面图以及详图，相对于传统的二维平面图，建筑物表达更直观立体。BIM 模型是一个数据库，它涵盖了工程的基本信息，可以根据需要从数据库中提取明细表，如快速统计构件工程量、尺寸等信息。

（2）性能优化

BIM 模型包含丰富的非图形信息，它可以实现结构性分析、日照采光分析、能耗分析等，通过模型分析建筑物设计合理性，对于不合理的设计，做出修改，节约资源。

（3）碰撞检查

BIM 技术集成了建筑、结构、机电、安装等各个专业。因此可以进行不同专业、同专业不同构件之间的碰撞检查，按照“检测、优化、再检测”的思路，不断完善设计。其次，利用BIM 的可视化技术模拟现场装配，避免预制构件与现浇连接节点位置之间发生碰撞。

2.2 施工阶段

（1）场地布置管理

装配式建筑施工现场是装配、现浇、装饰装修等多专业多工种的协同工作，作业环境复杂，并受到地形和常规技术等限制，因此场地平面布置经常面临变更。传统的场地平面布置是平面的，不能充分考虑吊装等立体空间之间的影响，更没办法考虑到时间维度，而BIM 技术可直观地展示空间上的布置和时间上的逻辑。

（2）预制构件管理

BIM生产阶段的应用主要包括预制构件的生产和运输环节。智慧建造汇集BIM 技术、物联网及GPS 定位系统，可动态跟踪组件的生产和运输，施工、监理、业主等各方可在信息交流平台查询构件的生产、运输状况。拼装结束后，可以通过三维激光扫描，也可以用传统人工检查的方式检查预制构件生产质量，现场管理人员可通过RFID 芯片或二维码查看预制构件当前状态。在运输途中，通过后台数据查询运输车辆车牌号、司机姓名联系方式等基本信息。

（3）安装管理

安装是将设计转换成实体，虚拟转换成现实的阶段，基于BIM 的装配式建筑智慧建造可以实现虚拟预拼装、可视化技术交底、质量跟踪管理等[3]，目前市场上有多款集成软件，如BIM 5D，它将施工进度计划导入，对所有的分部分项工程进行任务关联、然后跟踪进度情况。同时将预算成本、合同成本导入软件，进行清单匹配和清单关联，从而跟踪项目成本状况。实体模型3D、时间维度、成本维度形成了5D，软件可以实时跟踪进度、资源、费用偏差，不断优化施工组织设计。另外，可以用可视化的方式进行技术交底，以动画的形式展示构件空间关系。基于BIM 技术，可以对不同工况和工序进行仿真演示，技术人员还可以通过移动端对质量进行实时监测，通过平台将信息反馈给相关人员。

2.3 物业运维阶段

运维阶段是用RFID、NFC 等技术采集信息数据。RFID 通过射频信号自动识别目标对象，进行实体追踪和数据交换。NFC 与RFID 功能类似，它们都是短距离点对点的通信，会自动寻找附件设备，然后建立连接，即便关机，也能发送和识别数据。通过这些技术可以将各种设备与主控终端相连，不同的基础部件运维有机融合，从而节约人力物力。

3 基于BIM 的装配式建筑智慧建造可持续发展策略

3.1 完善标准化

《建筑信息模型应用统一标准》《建筑信息模型分类和编码标准》《建筑信息模型施工应用标准》等国家标准相继公布，各地市也相应出台了BIM 标准，但大部分是纲领性文件，细节性标准较少，对于装配式建筑构件描述和划分、信息化技术使用更少。根据我国装配式建筑的发展特点和社会大环境，应建立健全国家和地方设计标准，出台相关法律法规约束参建方的行为。

（1）鼓励科研院所、高校、企业的相关专家、学者参与制定国家和行业标准，建立适应于装配式建筑的规范和标准，鼓励BIM、VR、RFID、NFC、三维激光扫描等信息化技术应用于装配式建筑中，推进智慧建筑的发展。

（2）鼓励建筑业头部企业制定企业标准，助力装配式建筑向智慧建造发展。企业积极开拓针对不同项目类型的工法体系，以便更好地对质量、进度、成本、安全进行管控，从而达到降低成本、提高施工效率、促进环保的目的。企业建立有针对性的工法体系，可以降低成本、确保进度、保证质量，从而提高装配式建筑的建设效率。

（3）完善部品部件库。装配式建筑设计需要严格按照模数化标准，否则无法进行大规模生产。建立并不断完善全国统一部品部件库，从而推动预制构件大批量生产，统一化施工，减小地域因素对装配式发展的影响。

3.2 降低成本

增量成本是装配式与现浇建筑每平方米成本的差值，根据住建部2016 年12 月发布的《装配式建筑工程消耗量定（2016）》可估算出装配式住宅的建造成本高于现浇的21%～38.8%，成本高出300～500 元/m2。增量成本产生于建设过程，由开发商承担，但产生的增量效益贯穿于施工、运营以及报废拆除等整个生命周期，受益主体是开发商、消费者和社会，收益与成本不匹配，导致开发商积极性受挫，因此应该寻找合理的分摊比例，减轻开发商成本负担，提高开发积极性，实现装配式建筑的可持续发展。BIM 技术能减少预算变更、减少能耗，但因为其应用成本高，业主不愿意增加成本投入。因此需要从以下两个方面解决。

（1）加大金融扶持。将智慧建造纳入到高新技术产业，享受优惠政策；对从事装配式建筑智慧建造的开发企业，给予宽松的金融政策，降低融资难度，国家给予适当标准的补贴；对智慧建造的新技术企业，降低其所得税税率、社保比例；对采用新型材料的企业实行增值税即征即退政策；对引进大型专用先进设备的装配式建筑生产企业，购置机器设备抵扣增值税，享受固定资产加速折旧等政策；对购买装配式建筑者，降低首付款比例，增加贷款额度和贷款期限，减免契税、印花税等[4]。

（2）建立专项基金。成立基于BIM 的装配式建筑智慧建造专项基金，对示范项目、新重点实验室、技术研发中心等领域进行财政补贴；减免装配式建筑技术工人的培训和技能鉴定费用；对实施基于BIM 的装配式建筑的企业进行面积奖励等。

3.3 培养专业人才

建筑设计人员不熟悉BIM 技术，仍然按照传统的设计思路，导致工作中缺乏协同意识。因此，高校需要将人才培养与就业岗位对接，以最新的职业标准、行业标准和岗位规范为指导，按照装配式建筑智慧建造的职业岗位所需的知识、技能和职业素养进行课程设计，优化创新课程结构、课程内容、课程深度[5；]发挥装配式建筑企业和高校不同的优势，形成“产、教、研”融合、校企优势互补的培养体系；传统授课、慕课平台、实训基地，线上线下相结合、理论实践相结合，立体化全方位地培养新型装配式建筑人才；支持从事装配化建筑智慧建造的相关在职人员继续教育，加强理论和技能操作。

3.4 提高施工管理水平

与传统的现浇模式相比，装配式建筑中大量的现浇现场作业变成了预制工厂制作，如墙、楼梯、阳台、卫生间等，预制构件运输到施工现场，通过可靠的连接装配安装而成，这需要预制构件从设计、生产、运输、测量、吊装、连接和校对等各道工序均具有较强的技术力量和较高的管理水平，管理人员应基于装配式建筑智慧建造的理念，建立有针对性的管理目标和管理计划，加强参与方之间的组织协调，不断提高施工管理水平，促进装配式建筑的可持续发展。

3.5 创新生产工艺

装配式建筑有许多节点连接和构件组装，节点连接的质量高低直接决定装配式建筑质量的好坏。我国装配式建筑节点的承载能力和刚度能满足要求，但节点的延性往往达不到设计要求。此外，装配式建筑节点存在渗漏的质量通病，因此在构造处理时，必须对各连接节点采取有效的防水处理。因此，项目各参与方需提高技术创新能力。如设计单位，要寻求变革与创新，需改变原有的设计思维，用信息化技术贯穿设计全过程；施工企业，建立技术和信息化部门，并在政策和经济上给予倾斜，研究装配式建筑智慧建造的新工艺、新方法，解决节点连接等关键技术问题；生产单位，创新生产流程，因地制宜，就地取材，节约成本[6]。

3.6 加大惩罚力度

政府机构的监管与保障机制是装配式建筑能否可持续发展的关键，因此需要完善政府机构的引导与服务，研究行之有效的监管、保障和激励机制等。为促进建筑业的可持续发展，要达到四节一环保目标，应加大对传统现浇建筑的监管力度，对环境污染严重、质量未达标的建设项目，采取严管重罚，将相关单位和人员记入诚信档案。

3.7 自主研发软件

现阶段我国设计阶段常用的建模软件有Revit、Catia 等[7]，这些软件都是国外开发的，与我国实际情况有一定的差距，以Revit 软件为例，在建模的过程中软件会自动统计工程量，但由于我国和国外的工程量计算规则和定额不一样，因此还需要用广联达、鲁班等传统的计价软件进行二次算量，影响了效率。另外，信息协同平台缺失，装配式建筑的参建方之间的信息交互复杂，信息流失严重，资源整合低效，信息共享困难。因此，应做好装配式建筑关键技术研究中心及实验室配套设施建设，支持关键技术研发，展开科技攻关。鼓励中小企业自主研发，营造装配式建筑智慧建造产业生态圈。智慧建造的核心是建筑全生命周期的信息共享，BIM 本身就是强大的数据库，可集成项目各参与方的信息，使“信息孤岛”转变成各专业、各参与方协同模式。

4 结语

装配化建筑有着无可比拟的优势，但是现阶段存在标准不完善、增量成本高、建筑信息化人才匮乏等局限，限制了其可持续发展。本文提出装配式建筑智慧建造可持续发展的内涵，分析发展现状，提高BIM 技术在装配式建筑智慧建造各阶段的应用能力，并对装配式建筑存在的问题提出相应的策略建议，从而促进装配式建筑可持续发展。