BIM技术在装配式建筑中的应用研究综述

(山东建筑大学管理工程学院 山东 济南 250101)

引言

当前，我国的经济发展快速发展，但是由环境发展而带来的环境问题日益突出。传统建筑行业资源浪费率高、环境污染重使得整个工程受到很大的威胁。与此同时，建筑工业化工程由于其施工污染小、施工速度快、资源利用率高等优点越来越受到建筑行业人士的欢迎。中华人民共和国住房和城乡建设部于2011年5月印发《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，提出加快BIM应用、推动信息化建设的总体目标。2016年印发《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》提出要大力使用BIM技术。与现场施工建成的传统建筑相比，由于构件在预制工厂采用工业化的方式生产，可在现场拼装并行实施，能大大提高生产效率，节约人力资源，缩短生产周期，因此，装配式建筑代表了我国建筑工业化发展的方向[1]。我国许多学者对BIM技术在装配式建筑中的发展和应用做出了大量研究，本文在搜集外部资料的前提下，分析BIM技术在装配式建筑中的应用并针对如何使得BIM技术更好的在装配式建筑建设过程中发挥作用提出了合理化建议，对未来做出展望，以期为后来BIM技术在装配式建筑中应用的理论研究和实践研究奠定基础。

一、BIM技术及装配式建筑的发展

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和三维模型，具有可视化、模拟性、协调性、优化性、可出图性等特点[2]。其概念最初起源于1975年，由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院(Georgia Tech College of Architecture and Computing)的查克伊士曼(Chuck Eastman)博士提出。我国于2002年引进BIM技术，但发展较为缓慢。在国内，直到2005年，Autodesk进入中国为了推广它的软件在国内宣传BIM，BIM的概念才逐步在国内被认知。到2007年的时候，建设部发布行业产品标准《建筑对象数字化标准》。

2008年开始，上海的标志建筑上海中心决定在该项目采纳BIM技术，BIM技术在国内发展开始加速。2011年，中国出现第一个BIM研究中心(华中科技大学)。2012年开始，政府部门逐步开始接触并推广BIM，2016年住房城乡建设部印发2016-2020年建筑业信息化发展纲要，文件中多次强调使用BIM技术[3]，2017年国务院办公厅指导意见提出要推广智能和装配式建筑。现阶段很多高校、企业开始成立BIM研究中心，积极进行BIM人才的相关培养。

BIM技术的使用刚开始是在传统建筑物中，后来由于装配式建筑的兴起，逐渐应用于装配式建筑中。BIM技术现在装配式建筑设计阶段、施工阶段以及后期运维阶段都得到了广泛应用。包胜从建筑设计标准化、构件部品生产工业化、施工安装装配化、生产经营信息化和建筑项目生产集成化五个方面研究BIM理念与建筑工业化的相关性，系统详实地描述如何将BIM应用至建筑工业化的过程进行分析并提出意见，以促进BIM在建筑工业化中的应用[4]。

二、BIM技术在装配式建筑中的应用理论研究

(一)BIM技术在装配式建筑设计阶段的应用

在传统建筑设计阶段会出现很多问题，例如：建筑信息都是基于二维图纸，设计人员不能清楚明白的了解图建筑物内部的一些细节，导致信息在转换、传递的过程中，错误率增大；在装配式建筑中涉及到的各种预制配件较多，后期方案不统一，各专业修改起来比较麻烦。信息技术的落后导致装配式建筑在施工的过程中存在很多问题，这就使得在建设过程中存在很大的风险。魏辰等在如何借助BIM技术实现装配式建筑设计中的信息在产业链各个环节的有效传递做了深入研究[5]。蒋剑以一个实际工程为例，主要探讨分析了BIM两款代表设计软件Revit、Tekla在工程中的具体应用与价值[6]。学者们对BIM在装配式建筑设计阶段的使用做了大量研究。

(二)BIM技术在装配式建筑施工阶段的应用

装配式建筑的构件生产、安装的过程即为施工阶段。在此阶段涉及到的部门较多，专业技术还不成熟，相关的管理模式还存在一定的缺陷，以及构建在生产和运输安装的过程中会出现破损、漏装的情况等都会造成装配式建筑在施工过程中存在一定的风险。将BIM应用于本阶段是BIM技术和RFID(无线射频识别)技术相结合，将含有构件的材料种类、几何尺寸、安装位置等信息的RFID芯片植入到各类预制构件中。又因为RFID标签编码具有唯一性原则，所以在构件的生产、存储、运输、吊装等过程中可以保证信息的准确性。

BIM的作用体现在不仅可以为构件的生产管理子系统提供构件的有关数据，还可以把每个预制构件的存储、质量监测、生产等信息返回给BIM数据库。这样在BIM与FRID技术的完美结合下，可以实现预制构件零缺陷、零库存的目标[7]。万越针对目前建筑工业化大力推广及发展的趋势，将BIM技术与装配式建筑结合，从BIM技术的价值分析着手，对BIM在协同设计、深化设计、工厂预制加工、吊装工艺模拟等在建筑中的具体应用进行详细分析总结，论证了BIM技术对装配式建筑工业化进程的推进具有重大作用。此外装配式建筑施工进度安排是一个非常苛刻和耗时的过程[8]。建筑信息模型为规划和调度提供了重要支持。

(三)BIM技术在装配式建筑运营维护阶段的应用

建筑物在其生命周期的费用消耗中，80%的部分都是在使用阶段。在建筑物的平均使用年限达到7年之后，使用阶段发生的费用会超过该建筑物最初的建筑安装的总造价，伺候就会以一种不均衡的太高比例增长。因此，专业化的运维管理将会给业主和运营商带来极大地经济效益[9]。

齐宝库等人表示在运营维护阶段的管理中，BIM技术可以提供建造施工阶段与运营维护阶段的无缝交接和提供运营维护阶段所需要的详细数据，以及物业管理和门禁系统性中，实时对建筑物进行监控。此外在装配式建筑改(扩)建过程中，利用BIM技术也可以进行建筑结构的安全性、耐久性检验[10]。而运用BIM技术，可以建立建筑从生产阶段到运维阶段的全部信息管理系统。在建筑日常运行时，可对设备动态监测，极早发现危害；在灾害发生时，及时定位构件破坏点，减小灾害损失；在发生质量问题时，还可追究具体相关人的责任。陈青青表示BIM技术在装配式建筑的运行维护期间可以增强运行维护时期设备保养管理能力以及加强运行维护时期的质量和减少能源的消耗[11]。

三、研究结论与启示

(一)研究结论

为了响应我国绿色、可持续发展的理念，装配式建筑正在逐步成为21世纪建筑业发展的风向标，而BIM技术的融入弥补了装配式建筑中信息难以收集、处理等缺点。把BIM技术应用在装配式建筑的全寿命周期管理中使得装配式建筑有了更好的发展前景。学者们的文章研究在BIM技术在装配式建筑的设计和施工阶段的应用较多，相比之下后期运行和维护的相关研究较少。对于BIM技术在装配式建筑在设计和施工阶段的应用，主要是建立模型以辅助设计和施工人员的工作。但是对于后期装配式建筑的运营和维护，BIM技术也是必不可少的，使用建筑信息模型可以有效地增强设为在运行维护期间的保养管理能力，加强维护时期的质量并且减少能源的消耗。

(二)研究启示

相比于西方发达国家，我国的建筑工业化程度还不高，使用信息化手段来辅助装配式建筑的发展是必不可少的。我国的装配式建筑之所以发展程度较满，是因为在建筑工业化背景之下我国建筑行业BIM技术普及程度较低，现如今我国建筑工业化的普及率仅仅在5%左右，只有接近4%的设计人员使用过BIM软件还只是停留在初级的建模阶段。大部分设计和施工人员并没有理解BIM技术的真正内涵。其次是BIM技术的应用缺少专业性人才，建筑工业化BIM技术的应用与推广面临着严重的人才不足问题，由于建筑工业化对于BIM技术的应用不足，导致对BIM技术的重要性认识不足，从而打击对BIM技术应用于推广的积极性，造成专业技术人才短缺。因此建立基于BIM能力的土建应用型人才培养体系是一个非常重要的环节，基于此BIM技术才能真正在装配式建筑中得到广泛应用，才能更快的推动建筑工业化的发展。