探究BIM技术在装配式建筑中的应用价值

陈青青

(黎明职业大学土木建筑工程学院， 福建 泉州 362000)

引言

建筑行业，作为高耗能的行业之一，因其资源消耗大，使用率低、浪费率高而频频受到舆论的谴责，尤其是一些传统的建筑行业。与此同时，装配式建筑由于它的消音减噪、绿色环保、资源利用率高、结构精度高等优点日益备受关注。BIM技术集成了数据库和三维模型，有着良好的可视化效果、较高的协调性、良好的优化效果等优点〔1〕。BIM概念源自于美国乔治亚理工大学的查克伊士曼博士，随之该技术在一些发达国家逐渐被广泛地应用，尤其是在建筑工程领域。21世纪初，我国开始引入BIM技术，但是研究效果并不理想，进步迟缓。现阶段，我国已经进入了“十三五”规划时期，BIM技术已经受到各方的热切关注，相关政策也制定更加合理完善，BIM技术研究目前主要分为三个梯队，分别是：地方政府、高校企业等研究所、专业型人才。

我国正大力推广发展装配式建筑，对于建筑业来说，既是难得的机遇，又是相当大的挑战。具体来说，第一是现代建筑行业进行建筑工程施工的过程中，所需的建筑构建种类多而复杂，所参与到项目中的人员多而分散，以及信息资源无法及时传达或共享导致返工等严重问题的发生；第二是针对于已完工的装配式建筑，由于各个建筑零件的信息无法及时收集、反馈等，经常会出现牵一发动全身的严重情况发生。关于这些所提到的可能出现的问题，国内的科研工作者进行了大量的研究，主要有以下的成果：

(1)魏辰等人针对于怎么样通过利用BIM技术实现装配式建筑中的信息在整个产业链中有效地传送做了深入地探究；

(2)常春光等人则是探析了BIM与GIS等技术在装配式建筑施工阶段的应用问题〔2〕；

(3)白庶等人则是具体地分析了BIM技术如何在装配式建筑运行维护阶段发挥作用，除此之外，顺应绿色发展的理念，提出了绿色运行维护管理的概念。

本文将依据BIM技术的发展现状、未来的趋势以及装配式建筑的实践经验，通过研究分析已有的相关成果，从装配式建筑的设计、生产、施工、运行维护等每个主要阶段着手，探析BIM在装配式建筑中所具有的应用价值，以希望给之后科研人员的研究提供借鉴与帮助〔3〕。

1 BIM在设计时期的应用价值

1.1 提升设计效率

在装配式建筑的设计过程中，因为需要对预制构件进行预处理，所以各个部门各个专业之间的人员需要紧密地联系与配合。装配式建筑基于BIM技术进行构建设计平台建筑工程项目中各个部门各个专业之间的人员可以及时有效地传达出自己所设计的信息，具有较好的协调性与同步性。通过BIM技术和互联网技术相结合，各个部门各个专业之间的人员可以把自己所设计构建的BIM模型通过互联网上传到BIM设计平台，系统通过自身的功能排查并找出不同部门不同专业之间可能存在的冲突或者设计隐患，帮助各个部门各个专业之间的人员及时地调整纠错。建筑行业的业内人士都清楚预制构件不但种类繁杂，而且出图的数量也是相当多，针对这一特点，BIM技术可以发挥其自身的协同作用，打个比方说，装配式建筑工程项目中的某个部门或者某一设计人员对工程项目中某一环节进行了修改调整，那么修改之处可以及时地上传到BIM设计平台之上，其他相关的设计人员看见有调整之后，短时间内及时有效地做出相应的调整，在一定程度上提高了设计效率，减少了设计时间，节省了设计人员的精力。

除了上述所述，针对于不同管理阶层的设计或者管理人员，BIM平台给予他们不同的管理权限，一方面，有利于发挥他们各司其职的作用，依据自己专长与经验提出专业性的建议，提升了管理的效率。另一方面，也有利于增加居住者对建筑设计的满意程度，在一定程度上减少了人力、物力、财力的损耗(如图1所示)。

图1 在BIM技术基础上的合作流程图

1.2 有利于进行预制构件的标准化设计

BIM与互联网技术相结合后，能够实现资源信息的共享、建筑工程项目的快速响应。各个部门各个专业之间的人员可以把自己所设计的方案上传到建筑工程项目的云服务器上，设计平台将各种方案进行资源整合。另外，将所有预制构件按其相似性进行分类，构建相应的数据库。伴随着建筑工程项目的累积，数据库也必将越来越完备，设计人员可以通过对比分析后，进行优化，使之成为装配式建筑工程项目中的标准件。数据库有利于预制构件标准化、统一化。预制构件的标准化和统一化，有利于设计人员节约设计时间，可以分配更多的时间进行建筑格局的多样化布局设计，增加了能够满足业主对建筑的多样化需求的可能性。

2 BIM在生产时期的应用价值

2.1 改进预制构件生产流程

作为装配式建筑工程项目生产周期中的一个关键部分，构件生产流程起到了承上启下的枢纽作用，即承接设计阶段以及过渡到施工阶段。为了在最大程度上确保预制构件在生产阶段所获取到的加工信息的准确度，它的生产厂商可以十分便捷地从BIM模型中直接调用到所需预制构件的标准信息，从而能够制定出符合实际情况的可行性生产方案。与此同时，还能够向建筑项目的施工承包方时刻传送构件的生产进度。为了实时跟进了解预制构件以及装配式建筑质量情况，生产厂家可以选择在其生产阶段，将包含有构件材料、尺寸、外形等相关信息的具有识别功能的芯片安装到预制构件之中，通过射频识别技术对相应的预制构件进行有效的物流管理，提升实时管理效率和增强运输的水平(如图2所示)。

图2 基于BIM技术与射频识别功能的预制构件生产流程图

2.2 缩短装配式建筑BIM模型研制进度

为了保证施工的进度和质量，在装配式建筑设计方案完成后，建筑施工项目的设计人员与预制构件的生产厂家两者之间实现BIM模型数据库中的构件信息共享，生产厂家可以随时根据设计人员的要求找出产品的相关信息，数据库所有的标准化参数都能快速而有效地转变成建筑施工项目的加工参数，实现装配式建筑BIM模型中的预制构件标准化参数信息和相应的生产系统直接交互连接，省去了一些繁琐的中间环节，间接地提升了装配式建筑自动化能力和大幅度地缩短了生产时间，有效地改善了生产效率。此外，还可以利用一些先进的制造技术，譬如3D打印，把装配式建筑BIM模型打印成实物，依据打印出来的产品，探讨方案的可行性，从而在一定程度上加快了装配式建筑施工项目的研制进度。(如图3所示)。

3 BIM技术在施工时期的应用价值

3.1 优化预制构件库存及加强其管理能力

在装配式建筑预制构件的生产期间，需要对预制构件采取分门别类地管理、储备等环节，这些消耗的人力、物力、财力是相当之大的，并且人为管理难免会有疏忽，出现一些问题。根据上文所描述的，将BIM与射频识别技术相结合，生产厂家在生产阶段已经将包含有构件材料、尺寸、外形等相关信息的具有识别功能的芯片安装到预制构件之中，进入施工阶段后，负责检验验收的工作人员和物流运输人员都可以利用扫码等方式来能一目了然地了解到预制构件的相关信息。和传统的检验验收与物流运输模式相比较，不难发现，利用BIM技术的这一模式在一定程度上可以有效地避免验收的数量出现人为差错、构件存放位置不恰当、物流运输过程信息不及时更新等不良问题，在人力、物力、财力上，也有明显地提升〔4〕。在进入到装配式建筑施工的时候，相关建筑人员利用射频识别技术可以实时查阅浏览预制构件的相关参数信息，也能够检查构件的安装位置是否正确合理，从现实情况来看，BIM技术确实优化预制构件库存及加强其管理能力。

3.2 加强施工现场管理

装配式建筑构件繁多，装配工艺比较繁琐，需要较好的机械化施工能力，同时对于施工现场的安保也要给予高度重视。在正式进入项目施工之前，施工方可以做几套可行性较高的预案，慎重选择定夺，对最后确定的方案，利用BIM技术进行模拟与仿真，优化项目施工的各个过程；认真分析模拟仿真时出现的故障等不良问题，尽可能地解决到真正实施时候所潜在出现的问题；还能够进行项目施工项目突发安全事故的模拟仿真，针对现实中可能存在的安全隐患完善预案，提高解决事故的应变能力，降低在现实中可能存在安全事故的概率。由上述看来，BIM技术在一定程度上缩短了装配式建筑的施工时间，提高了施工效率。

4 BIM技术在运行维护时期的应用价值

4.1 增强运行维护时期的设备维护保养管理能力

基于BI技术与射频识别技术，组建装配式建筑信息交互管理平台，设计人员可以通过平台开发出针对于预制构件以及运行设备的维护保养管理云系统〔5〕。举下面这个简单的例子——基于BIM技术进行设备与资料的管理以及突发事件的应对。就应对突发事件而言，倘若在建筑施工的时候，发生突如其来火灾的时候，消防人员可以借助于装配式建筑信息交互管理平台，快速而有效地查找出起火地点的准确方位，而且能够发现在火灾起火地点附近堆放的设备种类或者构件的材料属性，准确选择特定的灭火材料，在最短的时间内灭火，最大程度上减少财力、物力的损失。对于设备与资料的管理来说，当进行设备运行维护和设备保养的时候，设备运行维护工程师能够在较短时间内，通过装配式建筑BIM模型，查找浏览某一设备的相关信息，比如设备的规格、装配设备所选用的材料、设备的工作机理等等，在一定程度上提高了维护与保养的效率，减小了工程师的工作压力。

4.2 加强运行维护时期的质量和减少能源的消耗

从装配式建筑开始运行到最后的报废弃用这一整个时期，BIM技术都能全程监测下来，设备运行维护工程师通过在生产阶段已经安装在预制构件中的具有识别功能的芯片，可以实时获取调用某一预制构件的相关信息，当这一预制构件从使用到弃用的过程中发生任何问题的时候，都能追本溯源，究其根本，查出究竟是什么原因哪个方面出现问题，谁应该为出现此问题而负责。在“十三五”大力推广五大发展理念的时期，BIM技术也能顺应潮流发展趋势，通过BIM技术构建的平台，对装配式建筑的整个运行过程实现全程监测，以及对能源的损耗情况进行科学合理地分析，在确保装配式建筑整体运行稳定的基础上，尽可能地减少能源的损耗。具体而言，设备运行维护工程师依据BIM信息交互平台监测分析后所显示出来的数据，精确地定位产生较大能源损耗的具体位置，然后进行方案设计、优化能源损耗较大的设备，较为理想地解决问题。最后，当装配式建筑使用到了报废弃用的时候，BIM技术也能够发挥积极的作用，通过BIM技术所显示出的某一构件的具体使用参数，判断是否可以回收，进行二次利用，从这一层面上看，同样可以减少能源的消耗。

5 结语

装配式建筑与传统建筑相比，具有消音减噪、绿色环保、资源利用率高、结构精度高等优势点。BIM技术，作为一种潜力巨大的高新科学技术，是未来的热门研究课题，也是未来的发展趋势之一。将BIM技术应用到现代装配式建筑中，潜力巨大，是现代建筑领域的一个重要发展方向，本文从设计、生产、施工、运行维护等四个时期，探讨了BIM在现代装配式建筑中的实际应用价值，希望可以给之后的研究人员以借鉴。

〔1〕朱维香.BIM技术在装配式建筑中的应用研究〔J〕.山西建筑2016,(14):227-228.

〔2〕常春光,吴飞飞.基于BIM和RFID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(02):170-174.

〔3〕白庶,张艳坤,韩凤,张德海,李微.BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析〔J〕.建筑经济,2015(11):106-109.

〔4〕李天华.装配式建筑寿命周期管理中BIM与RFID应用研究〔D〕.大连理工大学,2011.

〔5〕纪博雅,戚振强,金占勇.BIM技术在建筑运营管理中的应用研究--以北京奥运会奥运村项目为例〔J〕.北京建筑工程学院学报,2014(01):68-72+82.