BIM技术支持下的建筑模块化和工业化建设

岳文娟

传统施工方式存在现场生产率低，资源消耗高和环境污染严重等问题，上世纪50年代以来，建设工业化逐步得到认可。但直到近期，工业化进程并不发达。近几年，建筑信息模型（BIM）应用激增，业界已经看到虚拟设计和施工的好处。将BIM技术融入工业化建设，能有效提高模块化和工业化建设。

建设工业化 模块化 BIM

引言

建设工业化始于20世纪50年代初，以满足二次世界大战和内战后设施重建需求。第一轮工业化重点是设计标准化、施工构配件件大规模预制和现场施工机械化。80年代，工业化观念随着经济改革逐渐消失。经济发展，人均收入水平和住房需求都大幅上升。但因过度强调标准化，房屋样式偏少。有限的技术和建筑材料致使预制件质量差，出现房屋质量偏低等问题。不能满足快速扩张的房屋市场的需求。因此，自90年代以来，定制设计和铸造施[一直占主导地位。

过去几年，工业化再次被业界关注，源于两点。一是劳工短缺，劳动力成本上升。随着经济发展，服务行业提供很多新的职位吸引更多年轻人。相比之下建筑业工作条件恶劣，从事建筑劳务的年轻人变少。同时，从2000年到2009年，建筑工人的平均工资增长了31%，远高于建筑材料价格和其他行业的平均工资水平。因此，建筑业面临老龄化的劳动力结构，急需寻求工业化发展模式，减少对劳务的需求。二是对可持续建筑和可持续建筑过程的需求。工业化建设在现场组装预制构件，相比之下，降低能源消耗，减少灰尘；另外，一些新型材料的预制板更能满足环保节能需求。

建筑信息模型（BIM）在建筑行业的应用飙升。借助建筑模型和业务流程之间的数据集成，BIM技术为推动建设工业化和模块化提供了巨大潜力。

建筑的模块化和工业化建设

中国每年的新建筑20亿m2，占世界新建总量50%以上。但是，中国建设工业化并没有得到市场认可，只有不到1%的新建筑是以工业化的方式建成的。主要有几个问题。一是缺乏政府的财政支持。政府鼓励建设工业化，但没有实际资本投资或相应税收减免政策。其次，建筑规范落后于工业化技术，许多工业化建筑项目需要特别审查批准，因为施工方法超出现行建筑规范。第三，建筑业在招投标、施工安全管理等诸多方面尚未为工业化进程做好准备。最后，每个公司都是利润驱动的，而工业化建筑的成本还会高于传统方式。例如，制造的PC墙板比砖砂墙更贵。如果没有政府的适当干预和工业化成熟商业链带来实际经济效益，很难说服企业实行模块化和工业化建设。

好在政府认为工业化是建筑业实现可持续发展必经道路。未来三十年新建筑将达到200-300亿m'。到2030年以前，所有住房项目都应由工业化建设建成。

BIM在中国的发展

中国建筑业在2002年左右就了解了BIM。直到几年前，BIM的优势才得到认可。团M应用自2012年激增。但其使用仍不成熟。早期，BIM应用主要在设计阶段。过去几年，建筑业开始将BIM与项目管理结合。BIM在中国最成熟的应用是碰撞检测和集成优化，用BIM模型来分析可构建性问题，并评估其对成本和进度影响。将各参与方创建的多个BIM模型加载到一个软件中协调，Navisworks目前是中国市场领导者oBIM执行指南和BIM专家缺乏是两个重大挑战。由于BIM优势日益显著，但国内尚无系统的执行指南，许多项目采用类似项目或国外BIM指南作为参考。与此同时，BIM专业人才也极度缺乏。除了管理挑战之外，缺乏本地BIM软件工具也是一项挑战。

基于BIM的模块化设计

BIM模块化设计基于建筑组件模块化。适合具有类似布局或单元组合的建筑物，例如经济适用住房开发，由于总面积和单位面积成本限制，经济适用住房布局选择较少，唯一的变化是标准层数量和住房单元布局。BIM支持不同模块级别参数化设计，模块化第一级是单元布局，再将单元模块拆卸到如浴室模块的房间中。下一级模块包括建筑部件，如墙板或管道系统。

基于BIM的工业化建设和安装

BIM在工业化中首次应用是施工前的碰撞检测和施工能力分析。PC建筑中有几百万个预制构件，传统缩影绘图审查和会议协调方式，很难确保施工中没有冲突。特别是PC组件中钢筋或嵌入式零件造成的一些冲突，比现浇施工更难处理。为每个组件开发数字模型，并将所有模型放在虚拟施工过程中，通过动态可视化模拟施工中出现的问题。

一些大型MEP承包商已经开始实践工业化安装。BIM模型为MEP承包商提供了建筑项目服务体系的准确几何信息。虽然MEP系统的设计信息在BIM模型中非常准确，但由于混凝土结构质量不同，物理安装条件不如计算机理想。最近，一些有经验的MEP承包商开始采用3D激光扫描设备来创建结构系统的点云模型。然后用它校准MEP系统的设计模型以产生精确制图。MEP承包商还将机器人全站仪与BIM模型结合，确保MEP系统的快速准确布局。

结论

中國建筑业需要健康可持续发展。BIM广泛应用被认为是加决模块化和工业化建设发展的有效途径。研究表明，BIM的模块化设计、碰撞检测和可构造性研究方面的创新使BIM模型有助于建造过程，通过BIM模型检索的数据进行建造管理，并使用3D激光扫描技术确保精确的几何MEP系统的信息。建筑行业实施BIM，将会发现节约物料、提高施工质量、缩短工期、创造安全工作环境等模块化和工业化建设的更多好处。

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