BIM技术助推装配式建筑绿色发展

摘 要：在当前“双碳”背景下，装配式建筑成为建筑领域的关注点。在节能环保增效方面，装配式建筑比传统现浇建筑有显著优势，但其建造难度有所增加，需要使用BIM技术来协同辅助进行智能化建造。本次研究主要是分析装配式建筑施工的重难点，并介绍了基于BIM的装配式建筑绿色发展的优势。

关键词：BIM技术；装配式建筑；绿色发展

引言

近年来，全球气候变暖，引起极端天气频发，自然灾害增多。为此我国制定了2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标。在传统建筑施工过程中，会产生大量粉尘、建筑垃圾等，对环境造成很大压力，建筑行业的碳排放控制刻不容缓。尤其目前，建筑行业发生了较大的变化，项目施工现场遇到劳动力短缺、建造成本增加、多专业协同困难等问题。同时人们对建筑的需求也发生了较大改变，行业正面临巨大挑战。装配式建筑相比于传统建筑，建造周期短，施工现场所需人力少，对环境污染小，正适合现在的建筑市场。因此，发展装配式建筑是城市中开展绿色经济的必然选择。

一、装配式建筑施工的重难点

一是预制构件供应难。一个完整的装配式建筑项目涵盖构件生产、土建、安装、暖通、给排水、消防、智能化等多个专业，各专业工作空间频繁交叉，沟通协同困难，施工效率也必然下降。预制构件作为装配式建筑的基本组成，目前其标准化程度不高，配套生产厂商的数量和规模也都不大，工厂生产效率不高，且由于缺少统一的验收标准，预制构件的质量也参差不齐，其全过程管理尚待完善。二是可借鉴经验少，技术人员匮乏。目前，国内成熟的装配式建筑设计方案和施工经验不多，且由于地区及环境因素，可借鉴资源更少。同时，装配式建筑项目由于其复杂性，设计图纸与变更次数较多。目前装配式方向的专业技术人员较少，真正掌握装配技术与方法的人员更少，这为项目施工与建筑质量带来极大挑战。三是建设精度要求高。考虑建筑整体的稳定性与安全性，装配式建筑对节点连接与构件连接的精度要求高。建筑构件要考虑生产、运输、吊装等因素，深化设计较难，需考虑周密。同时，为进一步减少现场施工难度、缩短工期，会把多项工作前置。四是供应链管理风险大。由于目前建筑业的市场波动大，建筑部件的供应链系统管理风险增大，开发商的责任管理制度、评估体系、承包商的建设水平等起到关键性作用，生产计划、物流与材料价格波动较大，难以实现各方利益最大化。五是市场接受度不高。装配式建筑出现较晚，市场认知度和接受度远不如传统建筑。部分人认为装配式建筑像积木一样拼装而成，会不牢固，安全性得不到保障。部分开发商对装配式建筑的认识也有偏差，导致装配式建筑发展缓慢。

二、装配式建筑发展现状

（一）国内外发展现状

装配式建筑在全球的应用逐年增多，许多发达国家已经将其作为绿色建筑的首选。日本、德国、瑞典等国家的装配式建筑发展较成熟，案例与研究也较多。在我国，由于国家政策的支持及市场需求，近几年装配式建筑发展迅速，包括工业厂房、住宅和公共建筑设施等。程佳提到安徽省在部分农房建设中采用冷弯薄壁型钢-轻聚合物复合墙板进行全装配建造[1]；孙浩等介绍了绿色材料在装配式建筑中的应用[2]；周文瑞研究了低碳背景下的EPC装配式建筑项目成本管理等[3]。

（二）政策支持及发展前景

为推动装配式建筑的发展，我国制定了多项政策与标准规范，自2016年《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》出台后，全国各省市相继出台了多项与装配式建筑相关政策文件与技术标准，特别是各项激励政策，为装配式建筑提供了建设的制度保障和技术支撑。 在政策及市场的助推下，与装配式建筑建造相关的产业快速发展，能力快速提升，同时还带动了制造、运输、安装等行业公司的转型发展，一些高校与龙头企业积极培育装配式建筑技能人才，为建筑行业增加新的血液，产业链逐步完善。近几年，疫情因素使得产业链各环节都受到阻碍，尤其是运输、现场吊装环节，这就需要BIM技术进行多方位管理，实时调整方案。2020年，相关部门联合发布了装配式建筑施工员等16个新职业，从业人员正式“持证上岗”，此后，对应的职业标准与技能标准相继出炉，加速了建筑业的转型升级，也提升了装配式行业的就业率，行业发展前景广阔。

三、BIM技术助推装配式建筑绿色发展

（一）设计阶段

区别于传统建筑形式，装配式建筑在此阶段增加了建筑部件拆分、构件深化设计、预制生产安排、现场吊装布局等流程。通过Revit、Tekla、Bentley等软件构建三维BIM模型，将构件信息添加到模型中，将其数字化，以方便整理归档。再根据方案深化设计后，使得模型能满足各专业的需求。设计阶段为后续生产、建造及安装提供了指导保障，通过建筑外形设计、建筑材料选取、构件拆分、碰撞检测、管线综合等过程的模拟来论证项目方案。

一是建筑外形设计。绿色建筑需考虑采光、通风等因素，尽可能减少照明和取暖成本。通过BIM软件快速“拼装”多种方案，选出最合适的门窗尺寸及布局。建筑外部的植被、遮阳设施等布置也可通过BIM软件模拟得到最优方案，以此降低建筑能耗。二是建筑材料选取。通过对BIM模型的分析，可以更好地保障建筑材料的科学选取和高效应用。例如模拟自然光在各个空间的传播路径，分析其在不同时段的分布及内外墙材料的反射性，选取高效能的墙体材料，多利用自然光，节约人工照明所产生的能耗。同时，从BIM协同平台资源库中优先考虑和选择地方性材料，以减少运输过程中的能源消耗和碳排放，后期如果出现变更或售后问题，也能够更加方便快捷地进行处理和解决。三是碰撞检测与管线综合。装配式建筑中，建筑构件需要拼装，所以对预制构件的精度要求很高，要使用BIM技术对预制构件中的钢筋及预埋预留等进行碰撞检测，减少现场安装时的问题。同时，根据施工图进行BIM模型搭建，检查构件连接节点处的碰撞情况，调整钢筋排布及建筑构件尺寸等。装配式建筑中，机电系统整体性较强，且管线排布错综复杂，安排不合理的话，对空间净高影响较大。利用BIM技术进行管道碰撞检测和漫游查看（见图1），可以对不规则房间进行净高分析，优化管线区域，尽量在平面减少管线之间的交叉，综合考虑管线尺寸与间距、支架位置、楼地面装饰层厚度、施工便利和预留的功能区，在符合规范要求的同时，有效提升净高或降低层高，节约管线耗材[4]。四是预制构件深化设计。在这个阶段，借助BIM模型，可精确掌握建筑构件的几何尺寸、强度要求、保护层厚度、预埋件位置形状及安装方式等信息，便于合理拆分构件，整理归纳标准化构件，进而简化后续的生产施工流程。再结合模型中机电系统提供的准确点位排布，将预制的楼板、墙体、梁柱、部分整体构件等，与现场浇筑部分的空间关系进行协调，确定现场的固定设施准确位置和预留预埋需求，以减少现场返工，节省安装成本[5]。

（二）生产阶段

预制构件厂的工人通过查看三维模型，可准确绑扎钢筋，控制构件保护层厚度等，减少生产误差。以BIM模型为基础，建立云平台进行智能化管理，将生产进度与现场施工进度关联，结合RFID监测构件位置，3D扫描监测对比构件实际生产质量，移动终端实时反映建设问题。除此之外，由于大量预制构件在工厂生产，工程量统计要保证准确性，将构件材料信息添加到BIM模型后，可实时查看材料的供需情况，一旦发生变化，能及时通知下游供应商，从而提高产业链效率和管理水平，控制建设成本。

（三）施工安装阶段

一是节点安装。由于装配式建筑是由构件通过拼装组合而成的，因此，为了确保建筑能够满足防水、抗震等多方面的性能要求，及提高整体结构的稳定性和安全性，必须高度重视节点的安装质量。在施工技术交底时，施工团队需要对整个施工过程或者关键的施工工序进行比较细致的可行性模拟分析。让负责安装的技术人员可以更加深入地了解BIM模型中所展示的节点连接细节，从而在实际操作中能够更加精准地进行安装工作。这种模拟和指导不仅能够帮助安装人员规避在施工过程中可能遇到的吊装偏差、拼接误差大等问题，减少返工次数，还能降低施工安装的技术门槛，减少对高技能工人的依赖。这有助于降低施工方整体的用人成本，同时确保工程质量得到有效控制和提升。二是进度安全管理。在构件安装的过程中，安全管控、成本控制以及进度控制是需要特别关注的几个方面。为了更有效地管理这些方面，可以构建一个现场施工场地的BIM模型。通过这个模型，确定现场堆场、各种材料加工棚以及塔吊等关键设施的最佳布置位置。进而利用BIM软件进行模拟规划出最高效的施工工序，从而确定最优的场地布置方案。此外，通过BIM云端平台，项目工程的建设过程可以被实时展现出来，管理人员能够更加直观地掌握现场的实际情况。基于平台提供的进度偏离提醒功能，管理人员可以及时调整施工进度计划，以达到缩短工期的目的。

（四）运维阶段

在建筑的全寿命周期中，运维阶段是持续时间最长且和居住评价最相关的阶段。这个阶段主要的工作职责是确保建筑设施得到妥善的管理和维护，包括但不限于市政设施的维护、各种设备的保养、建筑内部的装修工作以及对预留建筑空间进行合理的规划。基于BIM模型以及云端平台所提供的详细全过程建筑信息资料，维护人员可以迅速而准确地定位到故障的具体位置，轻松找到建造过程中所使用的各种构件以及相关设备的生产厂家信息，然后及时地进行必要的维修和保养工作，并且将这些维护活动的记录及时上传至云端平台，确保整个建筑的全寿命周期内所有活动都有详细记录可查。此外，利用BIM技术进行人员疏散和救援流程的模拟，可以帮助我们制定和更新应急预案，从而显著提高应急行动的效率和效果。这一点对于公共建筑来说尤为重要，因为公共建筑通常规模庞大，结构复杂并且人员密集，更加需要利用信息化的管理方式来进行日常的运维管理工作。

四、装配式建筑的发展方向

一是标准化设计。通过实施标准化设计，我们可以显著降低在构件拆分过程中出现的不确定性因素，从而减少设计阶段可能出现的错误。这样在生产过程中能够有效节约因不规则模具使用而产生的损耗，从而提高整个建筑项目一致性。再将人工智能和机器人技术等现代科技手段融入构件的生产和现场施工过程中，可以实现智能化生产建造，提高构件生产效率和精度。二是智能化设计。将BIM协同平台与建筑的自动化控制系统、监测系统等结合，可建立集成化程度较高的可视化建筑管理系统，方便项目各参与方快速了解建筑建造情况、运行情况及遇到的困难等。通过平台交互及深入的数据分析，可优化资源使用。三是政策支持。目前，大众对装配式建筑还持观望态度，政府和相关机构可以在公共建筑领域广泛应用装配式建筑，加强宣传，并出台政策支持来保障行业的良性运行，从而拓展更广阔的市场。

结束语

相比于传统建筑，装配式建筑更符合现代社会对建筑功能的需求，能提升建筑的整体价值。随着未来建筑行业及其他智能化技术的不断提升，装配式建筑的功能会愈加完善，应用场景也会更加广泛。建造大众满意的建筑一直是建筑行业的发展方向，这也是实现可持续发展和绿色生活方式的重要途径。

参考文献：

[1]程佳，周学才，张旭东，等.装配式建筑技术助力现代宜居农房建设——以安徽省长丰县吴山镇龙门里绿色农房项目应用实践为例[J].建设科技，2023（21）：49-51，56.

[2]孙浩，张涵，郭强，等.绿色材料在装配式建筑中的应用[J].住宅与房地产，2023（35）：61-63.

[3]周文瑞，唐克静，胡立群，等.绿色低碳背景下EPC装配式建筑项目成本管理研究[J].企业科技与发展，2023（12）：50-52，78.

[4]田龙.基于BIM技术的装配式建筑智慧管理应用探索[J].四川建筑，2023，43（06）：269-272.

[5]彭鹏，张文文.基于BIM技术的装配式建筑在绿色建造中的应用研究[J].住宅与房地产，2023（35）：52-54.

基金项目：2023年无锡商业职业技术学院校级课题（KJXJ23433）

江苏高校哲学社会科学研究项目（项目编号：2020SJA1546）