基于BIM的装配式建筑智慧建造的研究

刘林芝

摘 要：装配式建筑在BIM技术的推动下得到快速的发展，但BIM技术在装配式建筑中仅是局部应用，推动装配式建筑向智慧化发展还存在一定的差距。在此背景下，本文以BIM技术为核心集成其他信息化技术应用于装配式建筑中及时获取项目相关信息以实现信息的快速流转，信息的高度集成和应用使人类特有的感知、记忆、知识、智慧融入于装配式建筑中，推动装配式建筑向智慧、精益发展。本文从智慧建造的概念出发，紧接着分析了智慧建筑的发展，最后研究了装配式建筑智能建造的实际应用。并提出了一套统一完善的标准用于培养BIM人才。

关键词：智慧建造;设计阶段、生产阶段、装配阶段

中图分类号： TU17;TU741                           文献标识码：A                                 文章編号：2096-6903（2022）04-0126-03

1 相关概述

随着城市化建设加速，中国城市建筑的要求也越来越高，传统的建筑方法存在着诸多问题。工业化程度低、建造周期、能耗大、成本高、不利于环保这些问题均迫使建筑施工工业化进程的加快。新型多层预制式和装配式综合建筑系统应运而生，该新型建筑系统具有建造省工省时、建造材料质量好、节能环保等多优点，采用该建筑形式是建筑全生命周期智慧建造与智慧管理的前提[1-2]。装配式城市智能建筑系统实现了从企业建筑设计信息化、智能化、工业化三个角度出发，去优化成本管理，实现一个企业建筑设计高度标准化、构件及配件设计生产高度工厂化、施工管理过程高度机械化、组织管理科学化四化目标及可控化生产成本的目标[3-4]。

2 智慧建造概念辨析

为更好地进行建筑物的智慧建造，需要对智慧建造的内涵及特点进行一定的研究，更需要对智慧建造、精益建造、BIM三者之间相互交融的关系有一定认识，达到一定的高度[5-6]。

2.1 智慧建造内涵及特点

传统建筑环境大变革及智慧城市新概念提出的背景下，杨宝明首先提出一个新的概念——智慧建造，并对该概念进行分析解释，杨宝明指出产业和谐发展及数字神经系统是智慧建造的关键。现阶段，随着对智慧建造的不断深入，可以发现智慧建造的核心便是信息资源的高效流通并得以有效利用，智慧建造的最终目的便是有自己完整的信息库及数据流并配置专门的平台从而可以实现智能化管理。

“智慧建造”的技术依托有很多其中最重要的便是BIM技术，除此之外还有大数据、移动通讯、智能化、云计算、网络化、物联网等手段，整个智能建造的流程便是整合项目信息，之后再此基础上进行有的放矢地分配资源，同时做到心中有数，协调各方人员，从而实现施工、勘察、监理、设计及建设方五方的信息交流及时，使得整个建设过程变得更加高效，产品也更加安全舒适。

根据现有学者的研究我们大致可以将智慧建造分为广义及狭义之分[7]。

2.1.1 广义智慧建造

广义智慧建造是从整个项目比较大的层面进行宏观考虑，广义智慧建造一般包括建设过程的全生命周期，这个过程包括：项目立项、运维和拆除、施工、设计、决策等，项目施工的每个阶段均可以借助平台进行资源分配及数据整合，实现项目的精益化信息管理，有利于项目的进度及质量控制，广义智慧建造应的主要特征如下：

目标：朝着工业化、绿色化、智慧化变革、信息化建设目标发展。

本质：将整个项目的经营过程变得更加集约化、整个项目的建造过程更加的智慧化、整个建设项目的管理更加精益化。

参与主体：建设方、监理方、设计方、施工方及勘察方。

技术支撑：大数据、BIM、云计算、物联网等。

保障措施：信息服务平台。

2.1.2 狭义智慧建造

狭义智慧建造只包括整个项目全生命周中的建设项目施工阶段，主要研究项目施工阶段BIM手段及大数据等先进技术在整个施工过程起到的有利作用，并实现项目施工阶段的智慧建造。

2.2 智慧建造的支撑手段——BIM

BIM技术是建筑行业继CAD之后的又一次革新，使得项目施工朝着五维方向发展。BIM技术有效的将在建项目的物理信息和功能信息可视化，并能够将建筑信息快速交流。BIM技术包含了整个项目的建设信息，将一些传统项目很难表达的东西可视化，这样能够提高整个项目建设的速度，充分利用项目的资源，更加的节约高效。

3 智慧建造的发展阶段

任何新东西的发展都是在旧物件的基础上进行改造进行创新的。智慧建造的出现之前，整个项目建造经历了数字化和信息化建造过程。任何成就不能一蹴而就，就是这两个重要的建造过程，智慧化建造才能够实现，才能更好的促进整个建筑行业的发展，促进社会的进步。

3.1 数字化建造阶段

数字化建造从整体上来说，可以大致的分为以下三个类别：首先第一个就是利用数控设备将确定好的建筑构件进行制造，并将生产出来的模型进行重新组合拼装，这样我们就能够得到完整的建筑物外形;其次第二就是利用数控设备对一些不规则的模板进行批量加工，在根据这些异形模板进行异形构件的浇筑，这样整个异形构件能够高值高量的生产，由于数字车床的加入，使得每个构件的尺寸更加准确;最后便是数字化设计的前提是得到每个建筑构件的物理信息，将每个构件的物理信息输入我们的数控车装，这样才能够进行批量生产，并顺利的开展这个建筑的安装工作。

3.2 信息化建造阶段

随着信息技术的不断发展，BIM技术也被大众认可，越来越多的工程引入BIM技术，从而使整个建筑建造阶段发生质的飞跃，BIM技术的普及也使得建造阶段从数字化建造成功转变为信息化建造。BIM对施工、设计、决策、运营过程中的管理方式产生了有利的影响，实现了项目五方责任主体的信息共享，减少了工程变更，使得施工质量发生质的飞跃，提高了我国建筑业的管理水平。但是信息化建造的发展空间还很大，其中信息技术与工程技术的融合还有所欠缺，还有待继续研究。

3.3 智慧建造阶段

智慧建造阶段是整个项目建造市场经历数字化及信息建造过程后的一次变革，智慧建造阶段代表整个建筑建造行业的顶尖手段了。随着BIM、物联网等新技术的快速发展，智慧建造也得到了进一步的发展。现阶段智慧建造主要通过RFID、 移动终端等技术手段将整个建造项目的信息录入信息库里，等需要用到建造目标的信息时直接从信息库里调出，整个过程十分方便快速，大大提高了数据获取的效率;现代智慧城市建造能够从全方位展现出建筑业的智能工业化、信息化、智慧化，也对建筑行业的发展起到有利的作用。关于智慧建造的研究成果很多，具体研究成果如表1所示。

4 装配式建筑智能建造实际应用

4.1 设计阶段

装配式建筑智慧建造在设计阶段的最重要手段便是——BIM技术，智慧建造中的设计阶段和传统设计有很大的不同，传统的设计手段多采用CAD软件将建筑物构件信息及材料信息以平面图的形式进行呈现，每个设计专业出一套图纸，每个专业的设计成果都是一些点、线等二维的元素构成。技术员拿着这些平面图纸很难布置预留孔洞等的钢筋，给整个工程项目质量留下很大的安全隐患。

基于BIM 技术就能够将建筑、水暖电及结构专业的图纸都融入一个三维的模型中，将各个专业的信息都在这个模型里体现，各种管道及线路，整个建筑外立面以及每个结构构件的尺寸及位置均清晰地展现在施工人员面前，这样大大减少图纸问题，借助BIM技术我们也可以实现VR的沉浸式设计。

4.2 生产阶段

传统的构件生产都是根据二维的图纸进行构件的制作，制作人员大多根据平面图纸的平立剖图进行构件的制作，需充分发挥制作人员的想象力，这种传统的制作方法显然不能顺应现在的发展，BIM技术的应用，让建筑行业实现了三维设计的理念，整个目标构件能够立体形象的展现在制作者的面前，制作者可以进行多角度、立体的观察，这样制作者很方便的掌握构件的外形进行准确的制作。BIM软件有很多，常用的软件有的Revit、Bentley、Catia这几类软件，这几类软件不仅有丰富的族而且可以方便的进行二次开发，让这个制作过程实现自动化。预制构件生产完成后，工人可以通过三维激光扫描的方法对生产好的预制构件进行检查，扫描结束后我们对每个目标构件进行编码，将合格的构件录入数据库，这样可以实时了解到我们生产多少构件，生产了哪类构件。整个预制构件达到可以出厂的状态后，将每个构件的运输信息也录入BIM系统，这样能及时了解预制构件的物理信息，就能够及时接货。

4.3 装配阶段

配式阶段是整个智慧建造的关键阶段，装配式建筑最大的优点就是高效、环保，所以上至建筑甲方下至施工单位均对整个装配式建筑的施工进度十分关心。而以BIM技术为基础的装配式建造手段为整个智慧建造提供很大改进空间。

以往的施工进度大多是根据施工网络图进行施工，如果每个关键工作出现问题，就需要各個环节进行协调，由于BIM技术的引进，可以很方便地通过数据库调出相关信息，然后合理的配置对应的资源。预制构件进厂后，质检人员根据相应设备调取构件信息，方便构件的验收工作，也同时将构件的进厂信息录入数据库，此时后台数据库，整个过程都十分方便简洁。

5 基于BIM的装配式建筑智慧建造推广对策

5.1 完善化标准

一个国家的行业标准及其水平的代表之一便是装配式建筑建造水平。目前国内装配式建筑标准还不完备，各个工厂生产装配式构件的模板和底座无法通用，从而使得模板及底座的成本提高，同时由于构件不通用使得预制构件没法规模化生产，模具也无法重复利用，使得装配式建筑的成本很高。因此，制定相对完善的规范和标准十分必要。

5.2 自主开发软件平台与生产工艺创新

国家发展需要创新，行业房展需要创新，装配式智慧建筑同样需要创新，只有坚持科研创新，才能促进技术发展。装配式智慧建筑的创新应从装配式建筑实验室的扩建、装配式建筑相关技术研发为起点，同时促进校企的联合共同解决实际工程问题。只有坚持自主开发软件平台与生产工艺创新才能开创出一套适合自己的信息化流程。

6 结语

智慧建造这个理念很新颖，也很实用，针对我国目前的建筑建造行业来说可以算上“及时雨”。装配式建筑具有很多优点，其中最大优点便是其高效性及环保性能。如何将智慧化建造应用到装配式建筑，还有很长一段路需要走，但是现阶段的经验及技术手段足以支持智慧化装配建筑的推行，因此我们应该积极响应国家的号召，勇于将这个新兴事物应用到实际的工程中，这样才能更好发挥智能建造的优势，促进行业积极发展。

参考文献

[1] 孙二奇.从开放社区到三维都市：中国当代社会住宅建筑设计趋势与方法研究[C].第十二届中国城市住宅研讨会， 2017-06-01.

[2] 闵瑞冬，张鸿瑞，孙鸿.基于BIM技术下的装配式建筑智慧建造分析[J].智能建筑与智慧城市，2021（9）：60-61.

[3] 谢思聪.装配式建筑项目中预制构件的信息化管理与优化研究[D].大连：东北财经大学，2017.

[4] 向君.模块化设计技术在建筑产业中的应用[J].河北建筑工程学院学报，2008（1）：86-87+90.

[5] 杨宇沫.基于BIM的装配式建筑智慧建造管理体系研究[J].西安：西安科技大学，2021（1）：98.

[6] 刘宇，杨淑娟，于德湖.基于BIM的装配式建筑智慧建造应用研究[J].青岛理工大学学报，2020，41（5）：52-57.

[7] 张振.基于BIM的装配式建筑智慧建造全过程研究[J].山西建筑，2021（9）：9-11+16.