“BIM+云技术”在装配式建筑全寿命周期中的数字化研究*

范 香 杜金阳 杨丽琪

（1.西南财经大学天府学院，四川 绵阳 621000；2.圣弘建设股份有限公司，四川 成都 61000；3.四川海辰建筑设计有限公司，四川 绵阳 621000）

随着建筑行业工业化、现代化及可持续发展的需要，国家大力提倡建筑减排与绿色建筑，全面推进人工智能、大数据、BIM技术等信息化技术与建筑融合，建筑产业建造方式面临着从劳动密集型转向技术密集型转变。国家“十三五”规划纲要指出，未来建筑产业将大力发展新型建造方式，大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%，积极推动装配式混凝土结构和钢结构建筑的发展，在具备条件的地区倡导发展现代木结构建筑。与传统现浇建筑相比，装配式建筑具有环保节能、绿色施工、节约劳动力、建造速度快等优点，能最大限度地满足“四节一环保”的要求[1]。在实际工程中，装配式建筑从设计、构件生产到施工与普通现浇建筑差异性较大。目前我国装配式建筑设计规范、图集、标准不够完善，设计过程与生产过程、施工过程严重脱节，许多设计人员按照现浇建筑设计，后期通过生产厂家再次进行深化设计，甚至导致构件生产、安装环节出现尺寸不符合，管线碰撞问题严重，最终影响装配式建筑施工阶段及后期运营的使用。因此，如何做好设计、生产、采购与施工之间的关系，使各阶段、各参与方之间信息畅通，成为解决装配式建筑过程中数字化管理的关键。

近年来，国内外建筑行业BIM相关技术和方法推广已取得一定成果，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)概念的出现与发展，为装配式建筑设计、生产、采购、施工及运维等阶段共享工程信息提供了技术平台，更好地实现了信息的收集、传递与反馈，对装配式建筑全生命周期管理起到了有益的推动作用。本文基于数字BIM技术，结合当前“云计算”“云平台”“物联网”等信息化手段，在装配式建筑全寿命周期中建立面向对象的数据、信息模型，实现多专业在设计-生产-施工-运营维护阶段实时处理及管理数据，这对整个装配式建筑全寿命周期的管理有着重大应用价值。

1 数字建筑的核心理念

数字建筑是以数字化集成、仿真、分析、控制手段为依托，结合BIM、VR、AR、云技术、大数据、物联网等技术，通过建立虚实的建筑信息模型，实现建筑设计、生产、施工、运营维护等各过程的数字化、在线化和智能化，其中数字化是数字建筑的基础。本文利用数字BIM技术将装配式建筑结构与建模，构建与实体映射的数字化模型，实现建筑本体、全过程、全要素、参与各方主体的三方面的数字化，见图1。将各种数字信息传到装配式建筑数据云平台，简称云平台，使装配式建筑全寿命周期的各参与主体共享、管理建筑信息，有效地提高装配式建筑设计、生产及施工的效率，促进装配式建筑这一新型建筑形式更好、更快地推广。

图1 装配式建筑全寿命周期建筑本体、全过程、各参与方数字化模型

2 “BIM+云技术”在装配式建筑全寿命周期中的数字化应用

装配式建筑全寿命周期数字化研究关键是实现设计、生产、采购、施工、运维的一体化。在装配式建筑中基于BIM数据模型，可以从进度、资源配置、现场安全管理等方面，实现各参与主体的数字化、信息化、协同化管理。

2.1 业主决策、监管数字化

根据ISO19650标准，BIM技术应用的目标是实现项目全寿命周期的信息共享和全员参与，在这过程中最大的受益方是业主，如业主可以将工程项目发放给工程项目管理总承包，简称EPC管理，实现EPC管理模式下BIM技术在装配式建筑全寿命周期中的信息化管理。在决策阶段，利用无人机拍摄现有的地形、地貌状况，利用BIM建模软件在将设计理念表达在实景三维模型，完成基地分析、空间规划、历程规划等初期工作。通过BIM其他软件完成项目的投资估算、提前将设计可视化仿真模拟，这对业主投资决策及后期监管提供了一定的参考依据。

2.2 协同设计数字化、标准化、精细化

装配式建筑的设计包括深化设计和正向设计两种。深化设计是设计院按照普通建筑设计生成图纸，由生产厂家将BIM技术融入二次设计中，通过Revit建立构件模型图，设计人员将新的设计模型图导入计算机中，充分考虑预制构件的尺寸、形状、大小以及预埋地连接处设计参数等以减少误差进行的拆分设计。由于受软件、人员素质等原因，目前国内许多实际工程采用深化设计。而基于BIM技术的三维正向设计，在设计阶段，设计人员首先将拟建装配式的楼栋、户型、功能分区、构件、部品、工艺、工序进行数字化拆分解构，如图2建筑数字化解构过程。其次建筑设计、结构、水电等各专业利用BIM技术构建与实体映射的数字化模型，形成不同专业的协同模型，各专业利用模型提资，进行虚拟建造、碰撞及运维，并及时自由的重构与搭配实现方案优化。出图时将每个标准BIM构件编号，并不断增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步构建标准化预制构件库。此过程中的所有信息均传上“云平台”储备，项目参与方后期可通过GPS、北斗、IOT终端、手机端等设备查阅、调配和使用构件库的信息。

图2 建筑数字化解构过程

由图2可以看出，装配式建筑采用BIM三维正向设计，从模型中出图，在满足传统出图图纸内容的基础上，研究增加部分三维立体图纸表达，达到建筑设计、建筑设备、装配式建筑结构设计成果的可视化直观表达，形成新的图纸系列。BIM的正向精细化设计实现项目可视化、可操控信息化管理，提升建筑构件品质，提高装配式建筑全过程设计的效率和质量，与装配式建筑高度集成及精细化设计要求非常契合。

2.3 预制构件生产-运输-库房堆放数字化

在生产、采购运输阶段，装配式建筑生产厂家可以通过已建立的BIM信息云平台获取装配式建筑BIM数据模型，数据模型中包括工程项目的基本信息、预制构件信息等，厂商可以调取标准预制构件库的预制构件的信息，或者根据甲方的需求进行个性定制，实行柔性化生产和采购管理。使用RFID标签编码和二维码相当于给每个构件标上个性标签，信息具有唯一性，确保各阶段构件在生产、运输、吊装、运维过程中信息统一性，各参与主体可以对构件存在的问题及时地进行沟通，解决了设计、生产、施工脱节的问题，同时采购者通过云平台与生产厂家交流预制构件的供应要求，减少现场大批量与之构件堆放的压力。

2.4 施工管理动态化、信息化

在装配式建筑施工阶段，施工人员利用“云平台”直接调出预制构件的设计、生产等相关信息，对此预制构件的安装位置、要求及注意事项等必要项目进行检验，实现施工过程中的动态管理。基于BIM技术、物联网的项目信息管理平台可以集中协同采集和管理工程信息，动态掌控构件预制生产进度、仓储情况以及现场施工进度。在整个施工阶段，项目参建主体可以通过该平台实现对预制构件全过程进度、质量、成本、管理进行识别跟踪，同时紧密结合项目BIM模型，实现预制建筑构件信息管理的可视化、信息化和动态化。

2.5 运维过程信息化、可追溯化

传统运营管理工作中，一般是应用手写记录方式，工作量大，在装配式建筑中，有多种类型的机械设备、自动化设备，监控难度较大[3]。在BIM模型中，记录着构件的各类信息，方便相关人员的随时调取、查阅，了解设备运行状态。在运维阶段，运维管理人员通过扫描FRID信息标签或二维码，利用“云平台”预制构件中的数字信息，及时跟踪构件的使用位置，一旦发生后期的质量问题，运维人员及时调取相应的预制构件型号、参数、生产厂商、安装人员、运输人员等的重要信息，可以将问题从运维阶段追溯至生产阶段，明确责任的归属，找出问题的原因并进行处理，可实现装配式建筑的全寿命信息化。

3 结语

因此，本文利用“BIM+云技术”集成应用可实现项目的数字化管理，解决目前装配式建筑中设计与施工脱节，构件大批量生产与现场保管的压力问题以及后期运维烦琐的问题，建立数字监管-数字设计-数字生产-数字施工管理-数字运维管理体系，最终实现设计标准化、生产工厂化、施工装配化、运维管理信息化，为我国建筑行业建造方式从劳动力密集型向技术密集型转型及提高集约化和精细化管理水平提供一定的理论基础。