基于BIM 和3D 打印的装配式装修绿色施工应用实践

李森萍 陈普华 冯建行 韦力奋

（1 广东碧桂园职业学院；2 广东诚加装饰设计工程有限公司）

0 引言

国内经济社会快速发展，人民生活水平日益改善，人民对生活品质的要求逐渐提高。建筑业中传统装修带来的施工工期长、湿作业质量风险大、工种劳动力需求多、维护和替换耗材浪费大、环保程度低等问题，已不能满足现代社会的发展需求。2018 年2 月，住房城乡建设部在发布实施的《装配式建筑评价标准》中提出：推进装饰装修与主体结构的一体化发展，推广全装修，鼓励装配式装修[1]。装配式装修具备工期短、干作业施工、工种劳动力需求少、耗材浪费少、环保程度高等优势，完全符合绿色施工理念，是未来装修行业发展的一种新趋势。BIM 和3D 打印技术作为现代信息技术手段，如何有效保证装配式装修绿色施工的实施效果，是本研究的重点。

1 装配式装修与绿色施工

1.1 装配式装修

装配式装修是以部品部件（按照标准化设计要求，在工厂集中加工生产好）的形式，在施工现场进行组合安装，主要涵盖装配式地坪体系、装配式墙面、装配式吊顶等，具备以下四大特性：

⑴标准化设计：装修设计、建筑设计采用一体化的模数；对建筑、管线等与装修进行碰撞检查。

⑵工业化生产：在工厂集中加工生产的部品部件，其型号规格、设计标准做到统一。

⑶装配化施工：采用施工现场组合安装，通过管理规范施工现场安装的工艺流程。

⑷信息化协同：部品部件实现模块化、标准化和模数化，将部品部件的配送与现场施工的进度进行协同，将部品部件的工厂制造与施工现场实测数据进行协同。

与传统装修相比，装配式装修在工期、工艺品质、工序流程、维护和替换、环保程度方面，具备明显优势，具体如表1 所示。

表1 装配式装修和传统装修对比

1.2 绿色施工

绿色施工是指工程建设中一种能够节约资源与保护环境的施工活动，以“四节一环保”为基本约束，以“以人为本”为核心要求，对建筑的安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居等方面的性能进行综合评价[2]。绿色施工具备以下三大特性[3]：

⑴环境友好性：绿色施工有效解决建筑业发展和生态环境保护之间存在的矛盾，不生搬硬套技术或经验，而是因地制宜，从所处环境实际情况出发，合理利用当地自然条件。

⑵可持续发展性：在可持续发展理念基础上，进行施工生产或项目管理活动，通过在生产模式以及管理理念方面的提升和创新，做到保护环境、节约能源。

⑶系统性：施工过程作为建筑全生命周期中一部分，绿色理念贯穿于施工过程各子环节，减少单位或部门之间的问题碰撞和内部消耗，从而显著提高项目生产效率。

装配式装修彻底改变传统装修模式，体现出施工工序简单，干作业、装配式施工，减少对资源和能源的浪费的优点，符合绿色施工资源节约理念。

2 BIM、3D 打印技术在装配式装修绿色施工中的应用

2.1 BIM技术在装配式装修绿色施工中的应用

BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技术，2002 年在国外首次提出，目前已得到国内外的广泛认可，可以实现将建筑的全生命周期建筑信息，全部集成在一个三维BIM 模型的数据库中，各参建单位人员都可以基于BIM 技术，在同一个平台上进行工作协同，从而切实有效提高工作效率、降低成本、节省资源和能源，实现可持续发展[4]。

2.1.1 BIM 施工模拟

BIM 施工模拟是指实际施工过程在计算机上的虚拟实现，利用BIM 建模软件（目前常用的有Revit、Tekla、Bentley 等），创建出建筑物的三维BIM 模型，以及施工模拟环境。与传统施工方案编制方式不同，能够以实时、交互和直观形象的模拟形式，实现对已有的施工方案进行验证和不断完善。

BIM 施工模拟操作流程如图1 所示。对装配式装修施工过程进行BIM 施工模拟，可以提前了解到一些可能在实际施工过程中出现的技术、质量、安全等方面的问题，提前想好应对措施，避免和减少后续正常施工过程中可能出现的返工、资源浪费等不利现象，进而优化好施工方案，合理配置施工资源，节省施工成本，加快施工进度，控制施工质量[5～6]，达到提高装配式装修施工效率的目的，保证绿色施工的实施效果。

图1 基于BIM 的施工模拟体系流程

2.1.2 BIM 施工技术交底

在建筑业中，正式施工前，施工企业相关专业技术人员要向参与现场施工的人员进行施工技术交底（是一项非常重要的技术管理工作），可以使参与现场施工的人员掌握工程项目的施工重难点、技术性要求、工艺流程、施工方法、施工措施等，便于后续科学有序地组织现场施工，保证施工质量，避免生产安全事故的发生[7]。

然而，传统的装配式装修施工技术交底，属于一维、二维层次，会显得很抽象，复杂的节点构造很难得到精确表达，基于BIM 模型的施工技术交底（一般步骤如图2 所示），则属于三维层次，可以有效提高装配式装修施工技术交底内容的直观性和精确度，极大提高工作效率，接受交底的现场安装人员也能很快理解施工方案和设计方案，施工工艺的执行更加彻底，减少对资源和能源的浪费，保证绿色施工的实施效果。

图2 基于BIM 模型施工技术交底一般步骤

2.2 3D 打印技术在装配式装修绿色施工中的应用

3D 打印（3D Printing）技术可以实现让实体物品从无到有，常称“增材制造”（传统的制造方式为“减材制造”），属于一种快速成型技术[8]，基于三维模型，采用木塑、金属、碳纤维、尼龙等3D 打印耗材，在3D 打印机上通过逐层打印方式形成模型整体，目前也可利用光固化成形，对应的3D 打印耗材多为液体状的光敏树脂。

2.2.1 3D 打印节点构造

要进行节点构造的3D 打印，首先需要在Revit、Solidworks、UG 等三维建模软件中创建好所需的节点构造三维模型，经过格式转换，然后进行3D 打印，具体打印流程如图3 所示。

图3 3D 打印流程

借助3D 打印机，通过调整节点构造模型打印比例，可以打印出1:1 实体节点构造模型，或者放大、缩小版实体节点构造模型,占据成本低，可作为企业管理费支出。3D 打印节点构造模型可用于装配式装修施工前的施工模拟，进行材料材质、规格型号、数量的准确确定，实现合理配置施工资源，加快施工进度，节省施工成本，控制施工质量[9]，达到提高装配式装修施工效率的目的，保证绿色施工的实施效果。

2.2.2 3D 打印施工材料

PLA（聚乳酸，polylactic acid）作为3D 打印的常用耗材，是一种使用可再生的植物资源（如木薯、玉米等农作物）所提取的淀粉原料制成[10]。PLA 易被土壤中的微生物降解，生成对环境不产生污染的CO2和水，可以说是一种绿色环保材料。

在装配式装修施工中，对于那些非受力部位的施工材料，且存在施工材料用量较少、按常规施工难度大且观感效果差等情况时，可以采用BIM 技术建模，然后借助3D 打印技术，采用绿色环保材料--PLA，将该部位施工材料3D 打印出来，然后进行现场安装，减少切割、节省材料、环保程度高，保证绿色施工的实施效果。

3 实际工程项目应用实践

以校内实际工程项目--装饰信息化创想工作室地面改造装修工程为例，进行基于BIM 和3D 打印的装配式装修绿色施工的应用实践。装饰信息化创想工作室建筑面积120m2，利用常规教室改造而成，其中主要是对地面进行改造，地面采用防静电地板装配式装修绿色施工。

图4 装饰信息化创想工作室

3.1 BIM 施工模拟

防静电地板安装施工前，按照图1 中基于BIM 的施工模拟体系流程，创建装饰信息化创想工作室BIM 模型（如图5 所示），对地面进行精细化建模（单独创建支架、龙骨、螺杆、面板等族文件），然后对防静电地板装配式装修绿色施工进行全真模拟。能预知防静电地板实际安装过程中可能遇到墙面不方正、基层地面不平、现有内开门不能正常开启等问题，事先做好一定的预案，避免和减少返工以及资源浪费不利现象，优化施工方案，实现合理配置施工资源，节省施工成本，加快施工进度，控制施工质量的目的，保证绿色施工的实施效果。

图5 装饰信息化创想工作室BIM 模型

3.2 BIM 施工技术交底

防静电地板安装施工前，按照图2 中基于BIM 模型技术交底一般步骤，创建防静电地板BIM 三维模型（如图6 所示，由支架、龙骨、螺杆、面板等族文件组成），然后形成交底文件资料，利用校内投影设备，面向现场管理和安装人员，进行可视化技术交底，有效提高防静电地板装配式装修施工技术交底内容的直观性和精确度，极大提高工作效率。现场的安装人员可以很快理解施工方案和设计方案，施工工艺的执行更加彻底，减少对资源和能源的浪费，有效保证施工目标的顺利实现和绿色施工的实施效果。

图6 防静电地板BIM 三维模型

3.3 3D 打印节点构造

防静电地板安装施工前，按照图3 中3D 打印流程，打印出1:1 防静电地板实体节点构造模型（如图7 所示，考虑面板过大，只打印局部），用于防静电地板装配式装修施工前施工模拟，进行防静电地板面板、支架、龙骨等材料（材质、规格型号）的选型、材料数量的准确确定，实现合理配置施工资源，加快施工进度，节省施工成本，控制施工质量，达到提高装配式装修施工效率的目的，保证绿色施工的实施效果。

图7 防静电地板3D 打印实体模型

3.4 3D 打印施工材料

防静电地板装配式装修施工中，收边条作为非受力部位的施工材料，且存在施工材料用量较少，按常规施工采用金属压条施工难度大、造价高且观感效果差等情况，可以先采用BIM 技术创建精准三维模型，然后借助3D 打印技术，采用绿色环保材料--PLA，将施工材料收边条3D 打印出来（如图8 所示，得到3D 打印一体化阳角收边条），然后进行现场安装（安装效果如图9 所示），可以减少切割、节省材料、降低造价、环保程度高，保证绿色施工的实施效果。

图8 3D 打印一体化阳角收边条

图9 3D 打印一体化阳角收边条安装效果

4 结论

装配式装修具备施工工序简单，干作业、装配式施工，减少对资源和能源的浪费等特点，符合绿色施工资源节约理念，是未来装修行业发展的一种新趋势。灵活应用BIM 和3D 打印现代信息技术，具体通过BIM 施工模拟、BIM 施工技术交底、3D 打印节点构造、3D 打印施工材料等方式，可以有效保证装配式装修绿色施工的实施效果，较好地解决传统装修施工带来的施工工期长、施工环境差、耗材浪费大、环保程度低等弊端，为装配式装修绿色施工实际应用提供技术支持。