基于BIM 的装配式建筑智慧建造结构体系研究

傅小珠

（闽南理工学院，福建 泉州 362700)

0 引言

本文所涉及的装配式建筑，智慧建造结构体系是利用装配式建筑模型的建立与智慧建造相结合，通过感知层来接收内外信息的实时变化，再经传输到BIM 技术建模中，利用云计算平台接收信息，并与计划数据做比较，如有偏差，采取纠偏措施的有限循环过程。实现装配式建筑项目全寿命周期的“三全”，即：全过程、全面、全员参与的控制[1]。

1 智慧建造结构系统构建的四要素

从项目策划、各参建单位的协作、项目的过程与目标控制、项目使用维护等四个要素研究装配式建筑项目系统的建设。

1.1 项目策划

项目策划是四要素的重要组成部分，主要涵盖了项目建设前期所有的准备工作。包括项目组织与管理的总体方案决策、组织结构、合同结构和项目结构分析、工作任务分解、职能分工及工作流程确定等。项目策划的意义是使项目建设有据可依，在建设过程中任何一个阶段、任何一个方面的工作都经过各专业人员的分析和计划，能够避免工作的重复和疏漏，建设质量提高，建设成本和经营成本减低，建设周期缩短，社会效益和经济效益提高。

1.2 各参建单位的协作

基于BIM 的装配式建筑为各参建单位搭建高效的协作平台，他们通过平台进行信息交流，为组织的协调工作带来了便利。平台支持各专业设计协同，随着设计的细化，模型精度随之提高，在项目建设和运作过程中，模型集成的相关数据趋于完整，直至项目报废拆除。在整个项目的全生命周期中，平台所需要集成的信息和数据对各参建单位开放，各方的信息互动交流，高效、无障碍，有效地解决了平台在传统的项目管控模式下工程中的设计施工脱节、信息孤岛等问题，提高其工作的协同程度，提高质量，缩短周期，降低建设成本，减少错误发生。

1.3 结构体系目标控制

基于BIM 的装配式建筑智慧建造从项目过程的实时监控和目标的动态调整，实现结构体系的顺畅运行。目标控制主要是投资控制，进度控制和质量控制，提出目标的具体措施，连续不断地进行过程的检查，将检查的结果与目标进行比较，及时揭示结果和目标之间的差异，进行定量分析、定性分析和作出客观的评估，反馈信息，及时采取有效的补救措施，从而更好的实现目标。

1.3.1 投资控制

在项目建设中，项目前期和设计阶段对整个建设项目的投资起到关键性作用，在建装配式建设项目也同样适用。根据经济学中的“二八定律”，项目前期的决策和实施期的设计阶段，已确定了项目的全生命周期百分之八十的费用，此外在设计阶段中初步设计、方案设计、施工图设计中，初步设计起到决定性作用，所以要特别关注这两阶段的投资控制。在项目立项审批阶段，以“三大效益”（经济效益、社会效益、环境效益）作为经济指标，从BIM 项目数据信息和大数据库中发掘，制定方案，再与相似的项目进行方案考校选择，最终确定最优方案。同理在设计阶段，也需要考虑方案的考校选择，通过各种方案模拟后的数据，得出建筑的各项参数，再与BIM 项目信息库中的类似方案做比较，选择最优方案，实现项目的高质量低成本。

1.3.2 进度控制

装配式建筑项目的进度控制是利用项目结构分解，进行任务分工，并对任务时间和资源上的消耗进行优化设计，使得工期最短，资源利用最大。在进度控制过程中也要注意动态的调整，根据实时状况的改变，及时给予积极措施进行调控。在此过程中，依靠物联网感知状态，并将搜集的信息实时传达给BIM 信息库中，实现实时监控。

1.3.3 质量控制

装配式建筑施工项目的质量控制要素，包含最初的设计、生产过程中的原材料构配件、生产工艺、施工流程、运输和进场堆放和安装工序等过程的质量控制。设计质量控制过程中，BIM 的作用效果非常显著。通过BIM 的碰撞进行检查，对方案进行调整和优化，使设计变更大大减少，为构件的生产打好基础。对于施工阶段的构件安装，进行虚拟仿真，得出精确数据，制定优化的施工设计方案，保证了施工的质量。对于施工中的质量问题都能在BIM 数据库中显现，这样在整改时都是有据可依，质量过程控制可以在物联网上实时进行采集，做到预防质量事故发生、定位质量整改，实现智慧化质量控制[2]。

1.4 项目使用维护

项目使用维护包含使用安全、环保、节能、使用功能和运营成本等五个方面的监控。各施工单位在工程建设项目完成后，应按照有关国家标准规定进行自检，自检合格后由监理单位组织预验收，最后由建设单位组织各参建单位进行正式的竣工验收，并且将其交付给有关运维部门进行监控，主要是根据有关法律法规、合同条款、设计文件，对工程项目实体和施工资料进行全面检查，审核后尚存在的问题要向有关单位及时反馈，督促施工单位整改，最终移至运维单位负责管控。

2 智慧建造结构体系构建的原则

2.1 连续性原则

装配式建筑LCM 要经历几个不同的阶段，每个阶段的工作要点各有不同，但是整个过程必须保持连续，为了避免各阶段的交接矛盾，需要将项目全生命周期紧密联系起来。

2.2 联合性原则

最主要表现在各参建方的利益相关关系，即为了保证各参建方不为自己的私利而牺牲全局利益，来协调和平衡各利益相关者工作。

2.3 标准性原则

为了保证项目数据库的准确性和统一性，而不至于产生重复性工作和信息孤岛。

2.4 动态性原则

项目进行过程是动态的，参建单位在动态变化中做出决策时需要有不断更新的信息作为支撑。任何市场信息都具有一定的时间规定性，要提高信息的时效性，并且及时掌握有效的信息，能够避免决策失误，提高工作效率和经济效益。

2.5 异质性原则

纵使两处的建筑物一模一样，但由于其宏观环境自然环境、经济环境、人口环境、技术环境、社会文化环境、政治法律环境等的不同，相关的结构体系也需做出相对应的调整。

3 结构体系协作过程

基于BIM 的装配式建筑智慧建造工程结构系统，主要目标是解决装配式建筑项目整个生命周期各个环节的脱轨状态。通过BIM 与物联网结合，将建筑的硬件和软件一一对应，实现信息资源的共享，为整个项目的施工搭建桥梁，做到项目体系全生命周期的智慧化，消除各个环节中的资源浪费，降低建设运维成本，项目各主要的利益相关者协同合作，承担着连带责任，使利益达到最大化[3]。装配式建筑智慧建造结构体系是通过CPS 实现云计算，做出方案决策再与BIM 大数据库进行比选，实现工程实体与计划方案的实时比较，运用动态控制原理及时纠偏，从而实现建造过程的高效化、智慧化。装配式建筑智慧建造结构体系过程如图1 所示

图1 装配式建筑智慧建造结构体系过程

4 结构体系环境与构建

装配式建筑结构体系环境外部因素包含经济、政治、法律、人文、技术和自然环境等[4-6]，这些外部因素作用于项目的全寿命周期中，约束整个结构体系，给项目带来重大的影响。结构体系环境是把双刃剑，既会产生有利的影响，也会产生不利的影响，对项目建设起到决定性作用[7]。

在项目的全寿命周期中，把基于BIM 的装配式建筑智慧建造结构体系进行指标划分，把智慧组织、智慧设计、智慧生产、智慧运输及安装、智慧运维、智慧建造平台等6 个阶段作为一级指标，根据确定的一级指标，将装配式建筑智慧建造的项目进行二级体系的合理筛选和合并，最后形成完善的的基于BIM 的装配式建筑智慧建造结构体系[8-10]。基于BIM 的装配式建筑智慧建造结构体系如图2 所示。

图2 基于BIM 的装配式建筑智慧建造结构体系

5 结束语

本文通过对基于BIM 技术的装配式建筑智慧建造工程结构体系的协作过程、目标控制（投资—进度—质量控制）、环境影响等进行分析，最终构建完善的结构体系。把该结构体系运用在装配式建筑施工过程中，可使建筑等同于制造业，做到生产工艺流水化、产品制作标准化、建造方式模块化，再结合“三全”控制，可大幅度提升施工质量，缩短施工工期，节省工程投资。