建筑信息技术在装配式建筑中的应用探究★

黄 婧 陈琴梅 左兴龙

(内江师范学院建筑工程学院，四川 内江 641199)

随着经济和科技的发展，传统现浇式建筑存在许多弊端，若仍以传统现浇式建筑作为我国主要建筑形式，那么我国建筑行业在国际上毫无竞争力，因此对传统现浇式建筑的修建方式、修建技术改良迫在眉睫，装配式建筑的出现提上了日程。装配式建筑不仅能加快施工进度、减少资源消耗，还能提高工程质量。装配式建筑很符合现代社会发展的需求，是“新型”的修建方式，但目前装配式建筑在我国的应用较为局部。国务院决定大力发展装配式建筑，并出台政策来应用和发展装配式建筑，明确要其达到新建筑的30%，其发展趋势不容小觑。从最原始的手绘时代到二维模型CAD时代，都存在工作效率低、图纸质量差、施工阶段沟通不便等，无法满足现代化高度复杂化的建筑项目。因此，建筑信息技术的出现是时代发展的需要，建筑信息技术的出现标志着建筑业新型技术的发展。交通运输部2018年发布《关于推进公路水运工程建筑信息技术应用的指导意见》，要求加大建筑信息技术的投入，强调提升建筑信息技术应用能力，计划在2020年工程项目中建筑信息技术的应用达90%。响应淘汰低端产能供给，提升中高端产能供给，开展供给侧改革。国务院于2017年发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，明确装配式建筑的目标和意见。直至2019年上半年，我国有31个省市自治区出台了本地的发展实施意见和规划，2018年装配式建筑面积达到2.9亿m2，较2017年增长了81%；2019年全国装配式建筑工程项目达4.2亿m2，比2018年增长了45%，是新建建筑面积的13.4%[1]。由此可以看出装配式建筑对于建筑业的意义以及对于国家经济发展的重要性。而且发展装配式建筑有利于带动科技进步。因构件生产工厂化和标准化，所需的技术、技术人员和材料的标准十分高。为保证装配式建筑各方面的性能，企业单位必须促进各项技术、指标的提升，从而带动了相关企业发展也促进了科技技术的进步，并且是与国际接轨的途径。目前大部分发达国家装配式建筑在建筑业的应用已经很广泛，建筑以装配式建筑为主；发展中国家也在慢慢推广装配式建筑。在经济全球化的国际背景下，我们需要走出去，与不同国家交流，提高我国的竞争力，也需要引进来，引入其他国家先进的技术、人才等。特别是一带一路战略中，强调了装配式建筑的应用，为了与国际市场接轨，我们需要合理利用全球建筑市场来发展我们自己的装配式建筑[2]。

1 装配式建筑

1.1 装配式国内外的发展

在20世纪60年代，由于战争造成大量房屋损坏，战后欧洲经济发展迅速，城市人口集中化，住房严重不足，再加之传统施工建设效率低，装配式建筑因此而产生。最早由英、法、德等欧洲国家进行实施。英国政府出台一系列政策，积极推进装配式建筑的发展，提高工程质量，实现降低建筑成本、事故发生率。法国是最早推行装配式建筑的国家之一，其装配率达80%；1970年，东德工业化水平达到90%[3，4]。

装配式建筑早于20世纪60年代就已出现，80年代在我国兴起，但由于当时我国的技术缺乏、经济落后，不符合当时社会现状，以至于到90年代中期装配式建筑逐渐消失[5，6]。“凤凰涅磐，浴火重生”。近年来，装配式建筑在我国又开始兴起。目前，国家和建筑行业出台了发展目标和相关政策，由于全国建筑行业正在发展和转型的需要，我国已有20多个省份推行了一系列政策来发展扶持建筑行业，装配式建筑的发展市场十分大。

1.2 装配式建筑的优点

1)施工进度快。由于装配式构件可提前在工厂预制，避开了钢筋混凝土构件凝结加固，减少现浇工作，预制完成的大量构件运送到施工现场，确保施工材料和构件的供应。预制和施工可同时进行，节省时间，从而提高施工进度，可以提高工作效率3倍～5倍。2)构件设计的标准化。构件预制是按需求标准设计由工厂制造出的，由于预制拼装时不得有半点差错，因此生产出来的构件是标准规格的，精度很高，其误差达毫米级别。3)减少浪费。生产的构件越标准，生产时按照模板模具生产，其效率也就越高，人工费、材料费的消耗也就减少，从而降低成本。而且在进行预制拼装前可将预制构件运输到现场指定位置，做好施工计划尽可能的一次性预制拼装好，节省吊装机械设备的费用。4)质量高，抗震抗裂性能好。构件工厂化生产，其质量得到保证，而拼装时有高强度螺栓、钢筋等焊接连接，构件组成的装配式结构的抗震性能也就比较好。5)节能环保。由于是工厂化生产，生产的大量工作在工厂就已完成，因此施工现场的垃圾废物大量减少，污染少更环保[7，9]。

1.3 装配式建筑的缺点

1)拼装难度大。预制构件现场组装拼接的工作量和难度都挺大，不仅要进行二次现浇，使构件与建筑完整连接，还要保证其安全性、稳定性等。2)构件运输距离有限。一些大型项目的预制工厂在施工现场附近，相对就不用考虑运输时间、运输成本问题。但对于预制工厂较远情况时，其运送的费用成本很高，且又耗费大量运输时间。若遇到紧急情况，需要大量构件时，距离问题严重影响施工效率。因此，运输构件的距离不能太远，大概在半径距离为200 km以内[3]。3)要求放线和标高测量精确。预制完成构件的尺寸大小已确定，若放线空间尺寸偏小，预制构件将放置不下；若偏大，造成连接缝偏大[9]。在现场施工时，墙的标高要控制好，避免拼装的缝隙过大而重新施工，增加施工作业量，工作更繁琐。4)各阶段关联性太强。由传统的“设计到施工”模式转为“设计到预制再到拼装”模式,其中每个阶段都相互影响，若其中某一阶段出现问题都会影响其他两个阶段，导致工期延长、成本增加等[9]。

2 建筑信息技术

BIM的全称是Building Information Modeling，根据建筑的信息在建筑信息技术软件上建设出建筑的平面图和立体图，建筑信息技术应用于建筑全生命周期中，共享建筑所有信息[10,11]。1962年，道格拉斯·恩格尔巴特提出虚拟设计的概念。1975年，建筑信息技术之父——治亚理工大学教授查理斯·伊斯顿提出建筑信息技术概念的雏形，还提出了基于计算机图形学的建筑三维实体建模的方法。1984年，第一次在PC上使用建筑信息技术。1988年，最早虚拟建筑设计软件ArchiCAD诞生。 2000年，第一代的建筑设计软件Revit诞生，Revit采用了参数化数据建模技术，实现数据关联和交流互动。2002年，建筑信息技术概念的正式提出，将Revit视为全新的建筑信息技术软件[11]。

2.1 建筑信息技术国内外的发展

建筑信息技术起源于美国，并在欧洲、美洲国家得到普及。发达国家的技术水平高，对建筑信息技术的发展有推动性作用。英国政府颁布一系列政策，规定要求所有建筑项目必须使用到建筑信息技术上，是全球建筑信息技术应用增长最快的地区之一[9]。从2009年开始，日本的设计公司和施工单位广泛应用建筑信息技术；目前日本的建筑信息技术已应用于各个工程项目，涉及全国范围[9]。从2010年起，俄亥俄州政府也出台建筑信息技术的政策协议，呼吁更多企业发展应用建筑信息技术。

2004年Revit进入中国市场，建筑信息技术也开始引进中国。初期，国内了解掌握建筑信息技术的人极其少，但仅凭技术没有技术人员是不行的，市场打不开，技术也无法得到很好的应用。因此，产生了由Autodesk和国内在建筑行业有重要地位的清华大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学共同合作的“长城计划”，即在大学生课程中推广建筑信息技术软件技术，让有潜力的人才掌握和发展建筑信息技术。近年来，不论是设计企业还是业主单位都在积极推行建筑信息技术在建筑上的应用。建筑信息技术在国内的应用有许多经典实例，如：北京奥运会奥运村、中国尊、武汉中心等，其都标志着整个建筑行业的进步。与此同时，也有更多的青年才俊愿意花时间和精力去学建筑信息技术，有的自学有的报培训班，其目的都是为了提高建筑水平和效率，为建筑行业带来新能量、注入新血液[10]。

2.2 建筑信息技术的优点

1)模型操作可视化。三维建模、渲染是建筑信息技术的特征，而可视化作用是将这特征更好的呈现出来，即可以将抽象复杂的二维模型转化成三维立体模型直观的展现[12]。可视化可以对项目工程的整体或局部进行解剖生成剖面图，包括结构、排水、供暖、电气等，能更加直观清晰的将效果展现出来。并且三维立体和二维平面可以相互转化，可以清楚得到某个建筑构造的尺寸、材料、规格型号等，便于做检验和修改，对工程管理工作的进行提供帮助，同时也保障建筑工程的质量和安全。2)模型信息完备性。模型信息是完成整个项目的基础，也是必要要素，因此对于信息的处理显得尤为重要。建筑信息技术可通过数据库储存整个项目所有信息，如：工程材料、施工进度、成本等。将信息汇集起来方便采购各种材料、器材，也方便汇总和管理。建筑信息技术可将策划、设计、施工、运营阶段的所有信息汇集储存起来，也不会忽略某个信息，当需要时可随时运用。信息完备的建筑信息技术模型可以优化分析、模拟仿真和决策[13]。3)模型信息协调性。信息模型中的对象是可识别且相互关联着，若其中某一信息有改动，与之相关联的信息也会按着一定的规则自动更新。信息模型中的数据可以进行分析计算或生成图表文档等，这一特点优化了工作效率，如方便查询、更改等。而且建筑信息技术可为不同部门提供信息共享和数据平台。4)模型信息一致性。不同阶段模型信息是一致的，相同信息只输入一次就行，模型可以通过输入的信息自动演化，在不同阶段只需要自行进行小修改不需要重新输入，避免了信息重新输入导致错误，保证了信息的一致性。

3 建筑信息技术应用于装配式建筑

目前装配式建筑还存在许多问题，如构件精度、施工现场管理、能源合理利用等。针对于这些问题，发展相对比较成熟的建筑信息技术可以解决，充分又合理的利用建筑信息技术的三维数字模拟、可视化等特点，在设计阶段、现场施工阶段、后期维护阶段协助装配式建筑的工作。

3.1 设计阶段的应用

1)提高设计效率。设计阶段需考虑不同方面的问题，需不同部门相关人员的沟通交流，而建筑信息技术可以建立这样的沟通交流平台，不同人员间可以交换意见，实现资源共享，可以看到每个时期阶段的设计，对设计的调整改动起着重要作用。在调整过程中存在数据的改动，由于关联性的存在，这时与之相关数据也会自动更改。可以利用建筑信息技术与RFID技术结合，通过RFID的阅读器和应答器将预制构件的参数信息传送到建筑信息技术上，厂家可直接获取构件相关信息，从而更加精确的生产出构件来。可以对构件在生产、运输、布置、安装进行追踪管理，其工作原理类似于物流快递，通过扫描RFID芯片卡将构件信息读取出来并传送到建筑信息技术上[14]。2)实现预制构件标准化。建筑信息技术可将构件设计三维立体化，清晰呈现构件的形态，可预判构件设计是否合理，并且可对构件设计进行解剖，得到预制构件尺寸进行核对，使构件一致。通过建筑信息技术平台实现构件信息共享，工厂生产构件时可充分利用这一优点，使预制构件标准化和参数化，从而实现预制构件标准化[15]。

3.2 施工阶段的应用

1)三维模拟及检查优化。构件存储与安装。装配式建筑中预制构件的存储放置是十分重要的，不仅会影响大型机械搭建位置，还会影响构件安装效率、机械开行路线等。构件放置位置和构件朝向都对应着不同的施工方案。利用建筑信息技术的集成化和三维立体图对建筑进行模拟、比较，选择最优方案从而提高工作效率，减小成本。建筑信息技术可对装配式建筑进行解剖，可检查排水、供暖、电气线路是否有冲突，减少通过二维图纸检查耗费的时间[16，17]。机械选择及布置。在装配式建筑施工过程中，一方面，大部分构件和材料是由大型机械直接运输，如升降机、起重机、打桩机等，机械的效率直接影响了施工效率；另一方面，机械的使用费用较高，很大程度影响着经济成本。因此，机械搭建的选择及布置显得尤为重要。通过建筑信息技术三维模拟确定合理的机械布置位置，选择机械的型号、大小、功能，比较不同方案的经济成本和时间管理选择最优方案。在大部分建筑项目中，存在机械同时工作，布置机械时需要考虑安全性，这时需要建筑信息技术进行模拟、对比、分析，以免机械间相互碰撞等。2)材料器具寻找。由于施工现场材料的种类数目很多，所以在寻找材料器具时也没那么容易。但可以在建筑信息技术上直接找到相应的材料位置，还能知道其数量。不仅如此，工作人员可以通过建筑信息技术选出合理的运输路线，节约运输时间的同时也减少了运费，提高工作效率。对于一些遗忘而未使用的建筑材料，在建筑信息技术上可以发现这些可以使用的材料再次使用，减小不必要的消费，降低成本，也方便管理。3)施工进度的管理。工作人员可以通过建筑信息技术和信息管理平台看到施工进行的阶段，可以模拟建筑现场施工，根据现场施工进度与模拟的施工进行分析，从而对施工进度进行调整管理。还可以在构件拼装前进行施工模拟，保证拼装时的精准度和合理性，避免造成返工等问题，也方便现场的管理。4)提高拼装效率。由于装配式拼装时需二次现浇、放线精确，其操作难度系数大，危险性高。但通过利用建筑信息技术三维模拟提前进行拼装模拟，确定构件放置的位置，实现精准拼装，使现场拼装时能快速高效，同时也避免安全事故的发生。5)改善关联性强的负面影响。由于装配式各阶段关联性强，因其预制构件贯穿各个阶段，设计、工厂预制、现场拼装都相互影响着，一击即溃，因此确保构件的信息准确是极其重要的。建筑信息技术的三维立体和解剖能在设计和工厂预制时提高构件精确度，信息集成化能在施工现场时查看构件的所有信息进行核对，改善由于关联性太强导致的负面影响。

3.3 运营维护阶段的应用

后期维护管理是决定运营质量和整个建筑寿命的主要阶段之一，后期维护主要是管理维护，而目前装配式建筑管理存在不足，即使进行维修但由于内容单一、技术衔接差，容易出现质量及安全问题。通过建筑信息技术信息集成化，有建筑全部信息，在后期运营维护阶段可以根据前期进行有效对接[16]，加强后期管理和维护工作，提高维护质量增加经济效益。

4 结语

通过对建筑信息技术和装配式建筑的发展及在国内外的现状进行探究，分析装配式建筑的优点以及存在的不足，说明优化装配式建筑的必要性。并且结合建筑信息技术的优势，探究在建筑信息技术作用下的装配式建筑在全生命周期的应用。分析装配式构件的设计与生产、构件的存储及安装、机械的选择和布置、材料器具的追踪、施工进度的管理及后期运营维护。对于现代的建筑行业来说，其发展离不开政策的支撑、技术的推动和现代发展的需要，加之在BIM技术的加持下，装配式建筑在未来的发展势必不可挡。它有着传统建筑所缺乏的高效、高质、高精度、节能环保，也促进着建筑行业新创造、新发展。科技技术与建筑相辅相成，科技技术的进步促进着建筑行业的发展，建筑行业向新科技、新技术、新创造发展是必然的结果。在未来，装配式建筑和建筑信息技术将会是我国建筑行业发展的主要方向。