基于BIM技术的绿色装配式建筑技术研究

2020-02-26

山东农业工程学院学报 2020年4期

（阜阳职业技术学院建筑工程系安徽阜阳 236031）

0.引言

在我国城市发展中，土地资源日益紧张，环境污染日益严重，面对如此发展形势，积极探寻绿色施工技术已经变得越来越重要。建筑行业作为环境污染的巨头之一，长期以来一直处于高耗能、高污染、高排放的发展局面，这不利于我国社会的可持续发展，积极探寻建筑行业的绿色施工技术已经到了迫在眉睫的地步，其更是推动建筑行业实现绿色化、环保化转变的关键。工业化技术的发展，使工业化生产方式被成功引入到建筑行业之中，由工厂对建筑所需的构件进行部分或全部制作与加工，然后再现场中进行装配，从而使装配式建筑真正呈现在人们面前。相比于以往的建筑方式，装配式建筑不仅可减少环境污染，而且可有效缩短工期与成本，这也使绿色施工技术在装配式建筑中有了用武之地，从而使绿色装配式建筑更加符合我国在社会发展中提出的创新、开放、协调、共享与绿色发展新理念。

1.绿色装配式建筑的内涵及其发展现状

1.1 绿色装配式建筑的内涵

对于绿色装配式建筑来说，其在整个施工过程中都严格遵循着我国对建筑行业的优质、安全、高效与文明这四个要求，使绿色装配式建筑真正实现四节一保。所谓四节一保，是指节材、节能、节水、节地以及环境保护。在绿色装配式建筑施工中，需要在场地布置合理的基础综合利用绿色施工技术来避免或减少生产活动所带来的噪音、大气污染、光污染以及土地污染等，从而最大限度的降低建筑生产活动给周边环境带来的破坏与扰动，实现建筑项目的系统化施工与规范化施工。绿色装配式建筑在施工方面通过整体思维的有效运用，使其施工组织设计能够真正体现出绿色施工的运用思想。考虑到绿色装配式建筑技术存在设备依赖性、材料复合性、土地吸附性以及劳动密集性等诸多特点，因此只有在技术、材料上的革新，才能使绿色装配式建筑技术得以长远发展，而且在绿色装配式建筑发展过程中，还需要施工人员具备较高的综合素质以及规范化、完善化的管理制度，通过先进管理理念与管理方法的有效运用，最大限度的发挥绿色装配式建筑的经济效果。

1.2 绿色装配式建筑的发展现状

近年来，我国现代化社会的高速发展，使城市面貌日新月异，工业化进程也得到了不断的推进，与此同时，城市人口大量增加，使城市土地资源变得日益紧张，进而对社会稳定造成了一定影响。为了有效应对这些问题，将工业化生产方式引入到建筑行业中，已经成为城市发展过程中的关注焦点。在西方发达国家，诸如法国、美国、日本等国家都已开始应用绿色装配式建筑，并且绿色装配式建筑的结构形式也以钢结构和木结构为主。在我国对绿色装配式建筑的发展前期，越来越多的装配式建筑也相继出现在北京、哈尔滨、广州等地，在上世纪五十年代起，我国北京便已成功通过工业化生产方式建成了一栋两层的装配式建筑来进行实验，该装配式建筑采用大板式装配方法。随后，我国又在木樨园利用钢筋混凝土建成了一栋以钢筋混凝土为主要建筑材料的装配式大板实验楼。在后续的几年里，我国致力于对混凝土壁板生产工艺进行改进的同时，在6个试点利用振动砖壁板进行装配式建筑生产，从而使北京三里屯、水碓子、新中街、左家庄以及龙潭等五个地区的住宅小区成功建成了占地面积高达27.9万平方米的绿色装配式建筑。在2016年9月，我国国务院正式出台了关于推动绿色装配式建筑发展的相关指导建议，并提出在未来10年里对绿色装配式建筑进行大力推广，最终将在2025年的所有新建建筑面积中，至少要有30%以上的建筑为绿色装配式建筑，这标志着绿色装配式建筑已经全面迎来了高速发展新时期。

2.BIM技术、装配式建筑及其绿色施工技术的关系分析

现阶段，许多建筑项目所采用的承包方式为EPC模式，即设计、采购与施工，但这种承包模式也造成建筑产业链中的各个环节相互独立，设计、施工与供应等各个环节之间的关联性不足，从而导致工程管理人员无法根据这些环节之间的内部关联来预判项目的前期风险，只能针对项目施工中所产生的实际问题来加以处理和调整，进而使项目成本增加，延长了项目的施工周期。通过BIM技术的应用，并将其引入到装配式建筑生产方式中，可使施工人员将装配式建筑所使用的各个构建按照“族”库的方式进行整理，进而使建筑工程项目对各类资源的优化以及各个环节的统筹创造了有利条件。此外，BIM技术所具有的碰撞检测功能，可帮助工程技术人员对装配式建筑进行碰撞检测，分析各个施工环节给装配式建筑在成本、质量和安全上的影响，从而提前预判出装配式建筑在绿色施工中可能存在的风险，进而实现对组合绝色施工方案的有效优化。为了使装配式建筑真正实现可持续发展，就必须以BIM技术为核心，在运用绿色施工技术的同时，分析装配式建筑的施工图、施工组织、施工管理体系以及施工方案，深入研究绿色装配式建筑中施工设备、工艺、技术及建筑材料的性能，以此实现对绿色装配式建筑技术实施的科学指导。

3.基于BIM技术的绿色装配式建筑技术研究

在基于BIM技术的绿色装配式建筑中，对其建筑技术的研究需要利用BIM技术来对装配式建筑的设计流程进行优化，通过科学的维护来提高设备的利用效率，这能够在很大程度上促进装配式建筑技术的绿色化转变。我国在《绿色施工导则》中对绿色装配式建筑的评价标准进行了明确，其主要评价标准共包括三个，其一是对绿色装配式建筑的能源节约及利用效果进行评价；其二是对绿色装配式建筑的管理水平进行综合评价；其三是对绿色装配式建筑技术的实施给环境造成的影响进行评价。依据BIM技术在绿色装配式建筑技术中的应用特点，以下便从成本控制与施工管理两个方面来对其进行研究。

3.1 成本控制

在基于BIM技术的绿色装配式建筑中，其施工技术的实施需要确保对自然资源与能源进行最大限度的节约，这种节约主要包括以下内容，其一是节约材料在装配式建筑中的使用；其二是节约能源在装配式建筑中的消耗，提高绿色装配式建筑对能源的利用效率；其三是对装配式建筑所占用的土地资源进行节约，保护土地资源。上述内容也是绿色装配式建筑技术实施过程中的基本原则。在绿色装配式建筑中，工程管理人员需要明确建筑项目的材料库存情况及实际施工进度，合理安排绿色装配式建筑中的材料采购、运输及进场等相关环节。对于施工方来说，则要准确计算绿色装配式建筑所消耗的材料用量，明确绿色装配式建筑的成本造价，尽可能的减少成本在绿色装配式建筑生产中的投入，以此实现对绿色装配式建筑的成本控制目标。一直以来，工程造价人员对绿色装配式建筑的造价进行计算时，需要根据施工图纸来进行手工计算，而这种造价计算方式也造成因施工图不合理或因招投标时间较短，无法准确统计出装配式建筑的实际工程量，从而造成造价计算结果出现偏差或错误。此外，绿色装配式建筑在发生设计变更时，便无法及时更新建筑项目的造价工程信息，进而发生信息更新滞后问题，再加上工程管理人员对施工材料的管理过于粗放化，没有对各类材料在绿色装配式建筑的实际用量进行精确统计，从而造成材料用量的预测发生严重偏差，致使绿色装配式建筑在采购、运输和进场等环节的顺序安排上发生混乱，并且也不利于造价数据在工程项目中的共享与更新，施工单位在进行成本的精细化控制时也往往存在重重困难。

基于BIM技术的绿色装配式建筑技术在应用过程中，可根据绿色装配式建筑的施工图纸、施工场地情况来构建参数化模型，在该参数化模型中不仅能够体现绿色装配式建筑的材料信息，还能体现出绿色装配式建筑的造价信息以及材料用量等信息，工程管理人员可利用该模型来对绿色装配式建筑的工程量进行准确统计，并自动生成建筑项目的工程量清单。当绿色装配式建筑发生设计变更时，工程人员只需对该模型进行直接修改，即可直接生成设计变更后的工程量清单。工程管理人员还可通过BIM模型来对绿色装配式建筑的实际施工进度进行直观的观察和了解，并可实时统计绿色装配式建筑对各类材料的实际用量。借助于BIM技术，可对绿色装配式建筑所使用的各类构件进行编码，当需要对这些构件进行装配时，可通过查询这些构件的编码来快速找到这些构件的装配位置，从而使构件能够实现点对点运输，不仅提高了装配式建筑对材料的运输与装配效率，还可提高各个工种在装配过程中的配合程度，从而缩短施工周期。基于BIM技术的绿色装配式建筑技术可在原有的3D模型基础上引入进度与成本信息，以此构建绿色装配式建筑的BIM5D模型，根据该模型可建立技术信息资源数据库，根据数据库中的技术信息可帮助工程人员及时了解绿色装配式建筑的施工进度，并对项目成本数据进行及时更新，这样其他部门可从BIM平台中实时了解这些数据信息，进而有效消除了不同部门在绿色装配式建筑施工过程中的协同障碍。通过BIM技术，可使工程人员采用相应的算量方法来对成本数据进行自动化算量，进而使绿色装配式建筑在施工准备、施工实施以及竣工验收等环节能够更好的进行成本控制，突出了BIM技术在绿色装配式建筑技术中的应用优势，实现了对项目成本的有效节约。

3.2 施工管理

施工管理是确保绿色装配式建筑技术应用效果的关键所在，只有制定科学的施工管理方法，才能使绿色装配式建筑的施工技术手段得到彻底落实，从而实现企业对绿色装配式建筑的整体管理与细节规划，使绿色装配建筑的四节一保目标得以真正实现，从而更好满足项目的绿色施工要求。工程管理人员可利用BIM技术来对绿色装配建筑的施工方案进行提前模拟，找出施工方案中存在的不足和不合理之处，通过制定相应的安排计划来确保施工方案能够顺利实施，从而有效控制绿色装配式建筑的施工进度，使绿色装配式建筑在现场施工中能够保障其安全性，并可及时有效的应对设计变更所带来的施工变化。

在以往的绿色装配式建筑技术管理中，往往采用二维设计流程，这种设计流程常常会因施工过程中各个专业之间的配合不默契而产生冲突，只有在冲突完全消除后方可继续进行，这不仅浪费了大量的时间，而且也不利用材料的节约。通过BIM技术来建立信息交流平台，使各个专业和部门都能够在该平台中获取所需信息，能够使各个专业和部门及时了解BIM平台中的实时信息，从而使这些专业和部门能够更好进行协同设计，并可通过BIM技术的碰撞检测功能来进行错误检查，防止设计错误在施工过程中出现。

工程人员可利用Autodesk Naviswork软件在BIM3D模型中引入绿色装配式建筑的施工进度信息，并通过BIM技术来对绿色装配式建筑的施工情况进行模拟，通过虚拟施工的模拟方式来分析施工过程中存在的安全隐患与质量问题，实现对绿色装配式建筑中场地与人员的科学调度，使施工方案与施工进度能够结合在一起进行优化。此外，当施工方案发生调整时，可将调整的信息导入到4D施工模型中，即可通过BIM技术来对新的施工计划进行生成，从而帮助工程管理人员根据新生成的施工技术来对后续施工进行有效指导。相比于以往的施工进度控制，BIM技术与绿色装配式建筑技术的结合应用，使技术集成性得到了显著提升，进而大大提高了绿色装配式建筑项目的管理水平，使施工进度得到信息化控制。通过BIM模型来对绿色装配式建筑进行4D模拟，根据工程项目的实际施工情况，在BIM模型中导入质检数据与安全数据，可实现对项目施工现场的有效模拟，进而帮助安全管理人员来排查施工现场中的安全隐患，并可直观的做好施工现场的安全防护工作。比如，绿色装配式建筑在搭设脚手架之前，需要进行技术交底来确保施工安全，由于绿色装配式建筑所处的环境较为复杂，因此需要通过BIM技术来对绿色装配式建筑的脚手架施工方案进行模拟，这样便可通过提前模拟来对脚手架施工方案中可能存在的安全隐患进行排查。通过BIM平台的应用，可大幅提高绿色装配式建筑的管理有效性，即使工程发生变更，也可及时组织各个部门进行平台交流来进行协调，并可在BIM模型发生信息变更时，其他关联数据与图纸也会随之发生变化，并可直接输出变更后的数据统计列表，进而有效消除了传统模式在管理工作中的信息滞后与计算反复等问题。

4.基于BIM技术的绿色装配式建筑技术的发展前景

随着BIM技术与绿色装配式建筑技术在建筑行业中的不断推广与应用，为我国建筑行业的长远发展提供了方向。在2016年，我国在城市规划建设管理意见中明确指出，新型建造方式的出现，为我国建筑行业的发展带来了新的契机，相关人员必须要充分把握这次发展契机，加大绿色装配式建筑的推广力度，各地政府更要通过相应政策来予以大力扶持，力求在未来10年内，确保我国所有新建建筑中，绿色装配式建筑能够占据三成以上，尤其是钢结构装配式建筑，也要积极稳妥的进行推广。同时，珠三角、京津冀等地区也将成为绿色装配式建筑与BIM技术的重点推广区域，采取因地制宜的发展方针，使绿色装配式建筑的结构能够更加多样，如混凝土结构、现代木结构以及钢结构等，都将成为绿色装配式建筑的新型结构类型。相信在重点推广区域的带领下，我国建筑行业的绿色生产方式必将取得新的突破。