BIM的预制装配式建筑绿色施工应用研究

2022-08-12赵璐

建材发展导向 2022年15期

赵璐

（唐山市墙体材料革新办公室，河北唐山 063000）

预制装配式建筑之所以这么受欢迎，是因为它是一种工业化的建造方式，它的主要部件都是在工厂里进行的，而施工需要的零件则会被运到现场上，由专业人士根据图纸组装而成。要注意，为了保证结构的可靠，所有的部件都要是牢固的。将BIM技术运用于预制装配式建筑中，可以使构件在到达现场后根据图纸进行组装，而不需要按二维图纸进行浇筑、现场组装。这种结构看起来和用常规的方式建造的房屋完全相同，但是它的构造方式是不同的。 BIM技术在预制装配式建筑中的应用，可大大缩短施工工期，节约用电、用水、人工，使施工流程更加简单。同时，它还能降低各类污染物，降低垃圾数量，避免对建筑环境造成污染，有利于现场的管理。

1 预制装配式房屋的现状和特征

相对于传统的混凝土结构，预制装配式建筑具有明显的优势，其优点是: 节省了大量的资金，缩短了建设周期；本文主要从节省人力、降低工程造价、保证工程质量、良好使用性能等几个方面进行论述。

1.1 资源的节省

根据不完全的数据统计，目前国内建筑业的能源消耗比发达国家高出3 ～5 倍，很难适应建筑的节能要求。水泥、钢材的消耗量是国外发达国家的15%～25%，而且在建设过程中往往会产生大量的废料。根据资料显示，中国建筑业的CO排放量占到了整个国家的30%。从这一点可以看出，传统的建筑工程不仅不能达到节能的目的，而且会产生大量的环境污染物。

装配式建筑多采用预制外墙板，充分利用预制的外墙板，从而大大减少了墙体的使用，根据不完全的数据统计，可以节省20%～30%的钢筋，节省40%的木材，减少70%的金属焊接，同时减少建筑废料的产生。

1.2 缩短建设时间

由于在装配式建筑的外壁板施工中，预先预留了木块，在结构封顶后即可进行外壁的封堵，因而节省了大量的时间。此外，在装修和装饰层中，施工人员通过预制的飘窗和预制的外墙来完成装饰和保温，这比传统的建筑工程节省了3 个多月的时间。

1.3 节省人力资源，减少项目成本

在我国的预制装配式建筑中，往往采用集中生产的方法，采用流水式的生产方法，在工作台上进行拼装，这样可以极大地提高生产的效率，一般由4 ～6个人来完成，大大降低了材料的消耗，节约了成本。

1.4 良好的使用效果

通过大量的实例，可以看出，组装房屋的强度要比传统的混凝土结构要高得多，而且在装配式建筑中还采用了隔热材料，起到了很好的隔热和密封作用。另外，钢筋混凝土是装配式房屋的主要构件，其韧性、硬度、强度、热胀冷缩均有很好的适应性，从而极大地提高了结构的使用寿命。

2 BIM技术的特点和优势

2.1 BIM技术特点

BIM技术具有可视化、协同、模拟、优化、绘图等特征。尽管设计师在设计阶段采用了之前的二维设计，但BIM技术能够对灯光、风力、能量等进行三维建模，从而为建筑设计提供科学依据。 BIM技术可以对操作过程中的地震、火灾进行仿真。通过对BIM技术的深入研究，可以对大型工程进行深度的分析与优化。通过对系统的优化，可以使用户理解怎样才能更好地达到控制投资费用的目的。通过对BIM技术所产生的图形进行可视化、协同、仿真、优化，为以后的应用提供了更好的依据。

2.2 BIM技术的优势

本文对我国BIM技术在我国的应用状况进行了分析，其优点是: 1) 效率高。通过 BIM 技术的特性，可以清晰地理解工程规划，并对其进行优化和改善。采用3D视觉效果，提交施工图纸，工程的进度能得到保障； 2) 通信便利。通过三个共享的模型， BIM技术团队能够更好的了解工程，并能更快的完成工程； 3) 利用BIM数据模型，可以检验和修正设计中的缺陷，是否因预先设计疏忽而导致的施工问题，从而实现节约投资； 4) 对现实世界的仿真。预先对施工流程进行仿真，保证对实际工程进行计划。在BIM技术中，结构化的方法能够很好的了解设计者的意图。这样就能解决在建筑中出现的问题，并在设计阶段进行解决，从而节约了成本和时间。

3 在装配式建筑工程中引入BIM 技术应注意的几个问题

3.1 工程成本因素

BIM技术在施工中的应用，将会涉及到更多的构件，因此，在建造的过程中，构件的造价会更高。但在施工项目中，施工费用管理中存在着明显的施工部件管理不到位的问题。而对建设单位而言，造成这种情况的原因，主要是由于成本管理人员缺乏足够的专业知识，缺乏足够的社会实践经验，没有足够的工作态度，很难将项目的成本发挥到极致。而且，想要生产出合适的零件，所需要的成本也会根据市场的价格而改变。

3.2 设备因素

近年来，我们可以看到，在装配式建筑的建设和管理体制方面，并没有发生很大的变化。长期以来，有关部门的工作重心都集中在建设项目的效率与质量上，因而常常忽略了施工项目中的某些质量问题。然而，在装配式施工中， BIM技术的引入常常会涉及到设备的问题。 BIM技术要比传统的技术更加的依赖于科技，也更加的依赖于电子信息技术。 BIM技术的实施需要将施工项目的设计与实施有机地结合起来，但在施工的过程中，没有好的设备是不可能实施的。通过调研，目前大部分BIM技术未能应用于施工中，最主要的原因在于缺乏相应的施工设备。

4 BIM技术在装配式建筑中的应用问题

4.1 设计与生产脱节

我国目前的装配式建筑发展迅速，其技术体系多种多样，对其需求也各不相同，但传统的设计者对其技术系统认识不足，对其设备状况也未给予足够的重视；在预制和现场组装过程中，仍沿用了传统的设计思想，导致部件的尺寸不够规范化；模具重复利用率低，生产施工埋件设计考虑不全面，生产和施工效率低，这无疑会加大工程造价，不能充分发挥其优越性。

4.2 BIM建模高成本和低利用率

BIM建模是一种非常消耗人力的方法，但大多数BIM模型都是在工程施工的各个阶段进行的，没有充分的利用，从而使投入和产出不成正比，不仅不能带来显著的经济效益，反而会增加企业和工程的负担。

另外，有些公司把已有的零件深化设计做BIM模型，仅做三维展示和宣传，无疑增加了企业的投资，这也是BIM技术在实践中的一个误区。

4.3 BIM软件之间的数据交互性能不佳

BIM技术是在装配式建筑中进行的一种技术；基于BIM技术的不同阶段 BIM技术的应用，需要不同阶段、不同专业的 BIM技术进行协同，需要 BIM技术的相互配合。虽然BIM公司宣称可以通过多种形式的IFC和API进行互动，但BIM的各功能模块间存在着无法完全导出、属性无法识别、数据丢失等问题，导致数据的传递也无法精确。

5 BIM技术在装配式建筑绿色施工中的应用

在建筑信息化的驱动下，建筑工业化进入了一个全新的发展时期，以大数据为基础，通过云计算平台的数据结构，对整个建筑的生命周期进行可视化、模拟化的研究。通过BIM技术，使装配式建筑从 “设计、生产、装配” 的全生命周期转变为 “一体化设计、生产、装配”，从而使信息资源的共享、各个施工阶段的协同、信息共享，避免了 “信息孤岛” 现象。 BIM技术在装配式建筑的各个方面都得到了广泛的应用。

5.1 BIM技术在建筑方案设计中的应用

在装配式建筑中，预制件的预埋和预留过程是两个重要的问题。在施工项目设计中，要解决这两个问题，不仅要耗费大量的人力物力，而且还需要高度的协调。在BIM技术的引导下，通过搭建标准的设计平台，为设计者提供高效的对接。在此基础上，将 BIM建模的相关数据传输到系统中，可以使系统的设计方案与参数的协调与优化。设计员们可以通过此平台进行高效的沟通，或者通过自身的测试和失误来找出并改正设计中的不足，从而帮助设计者及时地做出相应的调整，使其达到最优。

5.2 在装配施工阶段BIM技术的应用

组装建筑的部件都是由工厂统一生产的，这样的工业化生产模式可以极大的提高工人的劳动生产率，同时也可以减少人为因素的影响，同时也能保持较好的生产条件，从而保证构件的质量。而常规的平面设计显然无法满足这种生产模式。利用BIM技术，将设计过程中的全部数据与组件制造工厂进行共享，在设计阶段生成的三维模型能够满足零件的精度要求，因此可以直接应用到组件制造中。装配式建筑与传统的建筑结构有很大的区别，它是将预制件在工厂内生产，然后运输到现场进行组装；而后者，则是就地灌浆。因此，装配式建筑的制造工艺要求工厂对已完成的产品进行保护，利用BIM技术构建的精密建筑模型可以在产品制造之前，为产品的储存做好准备，从而更好地保护产品。

5.3 BIM技术在装配式建筑施工布置中的应用

BIM技术对于装配式房屋的规划和工程建设有着不可取代的优势。 BIM技术在施工企业的规划中的运用，主要涉及到施工流程优化、施工现场一体化、存货管理等方面。

1) 优化施工工艺， BIM技术能够模拟现场的设备布局，根据场地的实际情况，合理的规划施工通道，设置不同工种的工作区，优化场地布局，最大限度地解决施工中遇到的问题。利用BIM技术，将预制构件的堆场布置在适当的位置，以减少二次运输的影响，提高作业效率和使用率。通过对预制件的进场速度和资源的消耗进行仿真，发现设计中存在的缺陷并对其进行优化，从而达到改善工程质量的目的。BIM模型能够对各个施工阶段的不同地点进行建模，从而使施工方案更加直观、合理地安排施工设备和作业范围，全面准确掌握施工进度、适时调整设计方案、合理调配资金、合理安排施工人员、确保方案符合施工要求，使施工质量、效率、效益最大化。

2) 全面的施工场地管理， BIM技术可以帮助施工单位掌握工程的施工流程及技术关键，通过BIM技术对工地进行科学的设计，便于工人熟悉作业流程，从而有效地提升作业和作业的质量。对于一些重要的，复杂的，精细的预制品，可以利用BIM仿真系统进行操作，并在BIM仿真平台上反复演练，从而提高工作效率，确保工程的质量。

3) 管理存货，利用BIM 技术对存货进行管理，能够实现批量、快速、自动化的验收，并能有效地减少手工验收带来的误差。同时，利用条形码对预制件的大小、安装位置等信息进行分析，便于施工人员进行分拣、实际安装，保证了整体库存管理的精确性和条理化。

5.4 BIM技术用于装配式建筑线路的碰撞检测

建筑工程包括: 给水、通讯、通讯；燃气、电力、供热等各类管道，管道数量多，线路间有交叉，施工时若不进行合理的布线，会造成管道穿孔，要进行返工，从而增加建设费用。建筑工程的实体交叉，其实体间的间隔小于设置的容差，对施工造成的影响或对建筑物的特殊要求造成了影响，称为冲撞。在进行碰撞检测时，要注意观察建筑结构梁、空调管道、给排水管道之间有无碰撞现象，或为保证施工的安全、方便，在不同专业施工之间留出一定的空间，以防止彼此的影响。在解决装配式建筑设计变更时，要进行碰撞检测，其工作程序包括: 1) 为客户供应各种工程，如土建工程、安装工程； 2) 审核并修改提交的样品； 3) 对各个行业的模板进行碰撞测试，然后将测试结果进行打印； 4) 技术人员对各个模式进行了最优设计，并编制了相关的碰撞报表。利用 BIM技术进行拼装施工现场的碰撞监测，可以在施工过程中及时地发现构件制造和施工中存在的问题，并利用BIM技术进行结构设计和施工，使其不会发生冲突。通过BIM软件，可以导入供热、燃气、给排水等相关的数据，然后将这些数据导入NavisWorks，通过构建各种模型，建立相应的模型，生成相应的图形，并对各种不同的组合进行组合。装配式建筑可以根据不同的构件类型，将相同的部件合并成一个完整的碰撞测试。如果撞击的位置少，则可以进行最佳的搭配，而如果发生了冲突，则要按照楼层来进行细致的区分。在进行撞击探测时，还可以设定预制构件的起重路线，并对在起重时可能产生的冲撞进行分析，以便对吊装线进行优化。机电安装工程是装配式建筑工程中的一个重要阶段，也是一个难点问题。采用BIM技术可视化技术，在施工过程中，可以直观地显示出所需预留的空洞的位置及尺寸，并在对应的坐标上进行标记，以保证工程的正常进行。

5.5 BIM技术在建筑工程建设中的应用

与传统的建筑工程相比，装配式建筑在管理上也有一些差别。装配式建筑中的大部分部件都是预制的，在运送到现场后，要直接进行吊装。所以，装配式建筑的建设管理重点是预制件的制造、运输、进场、入库、吊装，保证工程进度顺利完成。装配式建筑的施工管理，其关键是能否及时掌握构件的制造、运输、进场等信息，从而避免对工程的整体进度产生不利的影响。传统的材料管理方法不能很好地适应装配式建筑的需求。通过将BIM技术和RFID技术相结合，构建了一个现代的建筑信息管理平台，使得项目经理和操作工人可以及时地掌握预埋件的工作状态和特定的数据。在部件制作期间，装配车间的工人会把部件的大小和模型；将物料等资料录入 RFID晶片，按照客户的要求或合约编号，再将含有元件资讯的晶片植入元件内，方便日后采购。施工人员查阅、查询。通过 RFID芯片获取的零件信息，将其输入到BIM模型数据库中，根据所定义的位置和过程信息，将其与模型匹配。在预制件制造完毕后，制造商将零件运送至现场，利用RFID芯片，能在最短的时间内掌握零件的运送地点，并依据车辆的具体状况，进行合理的设计。在零件运送至现场后，由现场门禁系统读卡器读取出运输车辆的资料，及时通知采购及物管部门进行实地检查，确认后将其堆放在指定地点，再将现场资料输入RFID芯片，并将其导入BIM模型库，将各部件的位置、进度与BIM模型进行比对，以防止出现信息差错。通过对零件RFID芯片的数据分析，建立了BIM模型，将零件在仓库中的位置显示出来，实现了零件的点对点堆叠和利用。