BIM技术在装配式建筑中的应用研究

文章编号:1009-6825( 2016) 14-0227-02 BIM 技 术 在 装 配 式 建 筑 中 的 应 用 研 究 收稿日期:2016-03-05: 2016 年度浙江广厦建设职业技术学院院级课题成果 作者简介: 朱维香( 1975-) ， 女， 讲师， 工程师 朱 维 香 ( 浙江广厦建设职业技术学院， 浙江 东阳322100) 摘要: 简述了装配式建筑的特点， 从建筑设计、 生产制造、 运营维护等阶段， 阐述了 BIM 技术在装配式建筑工程中的运用， 指出 BIM 技术实现了工程各参与方协同一体化管理目标， 促进了装配式建筑的进一步发展。 关键词: 装配式建筑， BIM 技术， 建筑设计， 运维管理 中图分类号: TU712 文献标识码: A 0引言 我国每年竣工的城乡建筑总面积约 20 亿 m2， 是全球第一大 建筑市场， 但是我国建筑业生产存在能耗大、 质量差、 周期长、 成 本高、 不环保等一系列问题， 迫切需要采取现代化手段推进建筑 业转型升级。在 2016 年政府工作报告 中特别提出， 积极推广 绿色建筑， 大力发展装配式建筑， 提高建筑工程标准和质量。在 国务院日前印发的 关于进一步加强城市规划建设管理工作的若 干意见 中也提出， 发展新型建造方式， 加大政策支持力度， 力争 用 10 年左右时间， 使装配式建筑占新建建筑的比例达到 30%。 提供符合市场要求、 节能环保、 省工省时的新型装配式建筑， 已经 成为推进建筑产业可持续发展的必然。 1装配式建筑和 BIM 技术 装配式建筑就是 “搭积木式” 造房子， 把在工厂流水线上制造 完成的主要构成部分， 如墙体、 梁、 柱、 楼板等零部件， 现场拼装到 一起组建成房屋， 实现设计多样化、 功能现代化、 制造工厂化、 施 工装配化， 是通过 “三化” ( 标准化、 产业化、 信息化) 方法来建造、 使用和管理建筑， 促使建筑业从传统建设方式向集约、 节约、 环 保、 绿色、 科技等现代化方式转变。从上海试点住宅项目结果统 计看， 装配式建筑与传统现浇建筑相比， 可实现节地节材 20%， 节 约用水 60%， 节约能源 50%， 而建筑垃圾减少量达到 80%， 提高 施工效益 4 倍 5 倍等等。 BIM 为建筑信息模型( Building Information Modeling) 的简称， 该模型的创建以建筑项目中的各类数据、 信息为基础， 再通过数 字信息虚拟仿真建筑物的实际真实信息， 呈现的方式是数据库 + 三维模型， 具有可视化、 模拟性、 协调性、 优化性、 可出图性等特 点。作为建筑工程项目设计建造管理的数字化工具， BIM 技术通 过参数化的模型整合项目的各类相关信息， 从项目策划开始， 直 至生产、 施工、 运行和维护的全过程中进行数据及信息传递和共 享， 提高项目建设人员对建筑信息的认识、 理解及应对的实效性， 为建设方、 设计方、 生产方、 施工方等相关方提供协同工作的基础 和平台， 从而促进生产效率提高、 成本节约和工期优化。 装配式建筑的核心是 “集成” ， 信息化是 “集成” 的主线。对装 配式建筑来说， 通过 BIM 技术可以有效实现装配式建筑全生命周 期的管理和控制， 包括设计方案优化、 构配件深化设计、 构件生产 运输、 施工现场装配模拟、 建筑使用中运营维护等等， 提高装配式 建筑设计、 生产及施工的效率， 促进装配式建筑进一步推广， 实现 建筑工业化。 2BIM 技术在装配式建筑中的应用 装配式建筑与现浇式建筑相比， 多一个预制构件生产阶段， BIM 技术在装配式建筑中的应用框架见图 1。 图 1BIM 技术在装配式建筑的应用框架 建筑设计阶段 模型建立 图纸绘制 碰撞检查 工程量统计 造价管理 生产制造阶段 构件生产制作 构件存储管理 构件运输管理 信息 时间 建筑施工阶段 施工方案设计 构件进场检查 构件存储管理 施工进度模拟 施工质量跟踪 施工成本控制 运营维护阶段 物业管理 设备监控 翻新改造 扩建拆除 质量追溯 应急管理 生产 计划 信息 反馈 进度 计划 调整 计划 构件 清单 记录 追溯 21BIM 技术在建筑设计阶段的应用 1) BIM 模型建立及图纸绘制。 BIM 技术建模以 3D 为基础， 以参数化的设计方式建立构件 的信息资料库， 呈现的方式是数据库、 三维模型， BIM 模型建立主 要分三大阶段: 标准制定、 模型建立、 模型应用。BIM 模型中任一 个图形单元都涵盖了构件的类型、 尺寸、 材质等参数， 因所有构件 模型都是由参数控制， 这就实现了 BIM 模型的关联性， 若构件模 型中某一参数发生改变， 与之相关的所有构件都会随之更新， 解 决了图纸之间的错、 漏且导致的信息不一致问题。BIM 模型建成 后， 可根据需要导出二维 CAD 图纸、 各构件数量表等， 方便快捷。 设计单位可利用 BIM 的可视化特征， 与建设方、 施工方、 构件厂商 等进行交流沟通， 及时对设计方案进行修订完善， 为后续各阶段 的协同合作打下良好基础。 2) 协同工作及碰撞检查。 BIM 技术最大价值在于信息化和协同管理， 为参与各方提供 了一个三维设计信息交互的平台， 将不同专业的设计模型在同一 平台上交互合并， 使各专业、 各参与方协同工作成为可能。碰撞 检查是针对整个建筑设计周期中的多专业协同设计， 各专业将建 好的 BIM 模型导入 BIM 碰撞软件， 对施工流程进行模拟， 开展施 工碰撞检查， 然后对碰撞点认真分析、 排除、 讨论， 解决因信息不 互通造成的各专业设计冲突， 优化工程设计， 在项目施工前预先 解决问题， 减少不必要的设计变更与返工。 3) 工程量统计与造价管理。 在传统图纸时代， 造价人员需花费大量的时间、 精力统计工 程量， 且造价精确度不是很高。而在 BIM 中， 因 BIM 是一个含有 大量建筑信息的数据库， 工程量可以由计算机快速地根据模型中 的数据进行统计与计算， 避免了人工操作， 减少计算误差。美国 斯坦福大学 CIFE 中心通过调查统计， 得出通过 BIM 进行造价管 理有如下优点: 可消除40%预算外更改; 造价估算控制在3%精度 范围内; 造价估算耗时缩短 80%; 通过碰撞检查， 解决冲突， 可降 低 10%合同价格等。 22BIM 技术在生产制造阶段的应用 722 第 42 卷 第 14 期 2 0 1 6 年 5 月 山西建筑 SHANXIACHITECTUE Vol 42 No 14 May2016 DOI:10.13719/14-1279/tu.2016.14.123 1) 构件生产制作。 装配式建筑建造中特有且非常重要的一个环节是预制构件 生产， 此环节是连接建筑设计与施工吊装的桥梁与纽带。预制构 件生产商可直接从 BIM 信息平台调取预制构件的尺寸、 材质等， 制定构件生产计划， 开展有计划地生产， 同时将生产信息反馈至 BIM 信息平台， 及时让施工方了解构件生产情况， 以便施工方做 好施工准备及计划， 有助于在整个预制装配过程实现零库存、 零 缺陷的精益建造目标。 为保证预制构件的质量， 且便于对构件在生产、 存储、 运输、 施工、 运维全过程管理， 在构件生产制作阶段， 将 BIM 与物联网 FID 技术相结合， 根据用户需求， 借鉴工程合同清单编码规则， 对构件进行编码， 编码具有唯一性、 扩展性， 从而确保构件信息的 准确性。然后制作人员将含有构件类型、 尺寸、 材质、 安装位置等 信息的 FID 芯片植入构件中， 供各阶段工作人员读取、 查阅并使 用相关信息。根据实际施工情况， 及时将构件质量、 进度等信息 反馈至 BIM 信息共享平台， 以便生产方及时调整生产计划， 减少 待工、 待料， 通过 BIM 平台实现双方协同互通。 2) 构件运输管理。 在运输预制构件时， 通常可采用在运输车辆上植入 FID 芯 片的方法， 这样可准确地跟踪并收集到运输车辆的信息数据。在 构件运输规划中， 要根据构件大小合理选择运输工具( 特别是特 大构件) ， 依据构件存储位置合理布置运输路线， 依照施工顺序安 排构件运输顺序， 寻求路程及时间最短的运输线路， 降低运输费 用， 加快工程进度。 23BIM 技术在建造施工阶段的应用 1) 预制构件现场管理。装配式建筑因预制构件种类繁多， 经 常会出现构件丢失、 错用、 误用等情况， 所以对预制构件现场管理 务必要严格。在现场管理中， 主要将 FID 技术与 BIM 技术结合， 对构件进行实时追踪控制。构件入场时， 在门禁系统中设置 FID 阅读器， 当运输车辆的入场信息被接收后， 应马上组织人员 进入现场检验， 确认合格且信息准确无误后， 按此前规划的线路 引导到指定地点， 并按构件存放要求放置， 同时在 FID 芯片中输 入构配件到场的相关信息。在构件吊装阶段， 工作人员手持阅读 器和显示器， 按照显示器上的信息依次进行吊运和装配， 做到规 范且一步到位， 提升工作效率。 2) 施工模拟仿真。装配式建筑施工机械化程度高， 施工工艺 复杂， 安全防护要求也高， 需要各方协调配合， 为此在施工前， 施 工方可利用 BIM 技术进行装配吊装的施工模拟和仿真， 进一步优 化施工流程及施工方案， 确保构件准确定位， 从而实现高质量的 安装。利用 BIM 技术优化施工场地布置， 包括垂直机械、 临时设 施、 构配件等位置合理布置， 优化临时道路、 车辆运输路线， 尽可 能降低二次搬运的浪费， 降低施工成本， 提升施工机械吊装效率， 加快装配进度。在各工序施工前， 利用 BIM 技术实现可视化技术 交底， 通过三维展示， 使交底更直观， 各部门沟通更高效。另外， 施工方也可通过 BIM 技术模拟安全突发事件， 完善应急预案， 减 少安全事故发生概率。 3) 施工质量进度成本控制。在装配式建筑施工过程中， 利用 BIM 技术将施工对象与施工进度数据连接， 将 “3D- BIM” 模型转换 成 “4D- BIM” 可视化模型， 实现施工进度的实时跟踪与监控。在此 基础上再引入资源维度， 形成 “5D- BIM” 模型， 施工方可通过此模 型模拟装配施工过程及资源投入情况， 建立装配式建筑“动态施 工规划” ， 对质量、 进度、 成本实现动态管理。 24BIM 技术在运营维护阶段的应用 随着物联网应用越来越广泛， 装配式建筑运维阶段 BIM 技术 的应用也迎来了新的机遇。在突发火灾等应急管理方面， 通过 BIM 信息模型界面， 可自动触发火警警报， 准确定位火灾发生位 置， 为及时疏散人群和处理灾情提供重要信息。在装配式建筑及 设备维护方面， 运维管理人员可直接从 BIM 模型调取预制构件及 设备的相关信息， 提高维修的效率及水平。运维人员利用预制构 件的 FID 标签， 获取保存其中的构件质量信息， 也可取得生产工 人、 运输者、 安装工人及施工人员等相关信息， 实现装配式建筑质 量可追溯， 明确责任归属。利用预制构件中预埋的 FID 标签， 对 装配式建筑的整个使用过程能耗进行有效的监控、 检测并分析， 从而在 BIM 模型中准确定位高能耗部位， 并采取合适的办法进行 处理， 从而实现装配式建筑的绿色运维管理。 3结语 借助 BIM 技术， 避免装配式建筑 “错、 漏、 碰、 缺” 等施工问题， 实现装配式建筑从设计到运维的一体化协同管理， 有效的提升装 配式建筑整体建造及管理水平。BIM 技术作为 21 世纪建筑业发 展的重要变革， 将有力推动装配式建筑发展， 促进建筑业转型升 级， 实现建筑产业工业化、 信息化。但在装配式建筑 BIM 技术应 用过程中， 还存在很多困难， 如相关技术标准不完善、 行业认可度 低等， 要达到 BIM 技术与装配式建筑完全无缝结合， 还需在实践 中进一步完善。 参考文献: 1 白庶 BIM 技术在装配式建筑中的应用价值分析J 建 筑经济， 2015， 3( 11) : 106- 109 2 常春光 基于 BIM 和 FID 技术的装配式建筑施工过程管 理 J 沈阳建筑大学学报( 社会科学版) ， 2015( 2) : 170- 174 3 何海芹 BIM 技术在 SI 住宅上的应用初探 J 中国住宅设 施， 2014( 1) : 74- 77 4 齐宝库 基于 BIM 的装配式建筑全生命周期管理问题研究 J 施工技术， 2014( 15) : 25- 29 5 刘楠 浅谈建筑工程成本管理与 BIM 技术的应用 J 江 西建材， 2014( 17) : 247 The application research on BIM technology prefabricated building Zhu Weixiang ( Zhejiang Guangsha Building Vocational and Technical College，Dongyang 322100，