既有建筑装配式装修BIM 技术全寿命周期应用

2022-09-01顾曼GUMan翟胜增ZHAIShengzeng

价值工程 2022年25期

顾曼GU Man；翟胜增ZHAI Sheng-zeng

（江苏建筑职业技术学院，徐州 221116）

0 引言

当前，随着绿色建筑、装配式建筑的发展，装配式装修因其绿色环保、质量高、工期短等优点，成为了装饰装修行业的前沿热点话题。BIM（BuiIding lnformation Modeling，建筑信息模型）技术作为传统建筑业数字化转型升级的重要手段和基础，其作用和意义也是不言而喻的。对装配化技术和BIM 技术的应用，最理想的情况是，装配式装修作为装配式建筑的内在组成部分，整个新建建筑从主体结构、设备管线系统到内装系统、外装系统，能够全面应用装配化技术，使BIM 技术在装配式建筑的专业协同、全寿命周期协同中带来显著效益。

然而，我们也可以看到，目前城市扩张速度相对减慢，新建建筑的数量有限，但大量的存量建筑在长达几十年甚至上百年的使用期内，广泛存在功能不完善、分区划分不合理、结构老化、管线设备老化等问题，可能面临多次内外部装修的更新改造。在其更新改造过程中，如果采用传统装修方式，就会带来结构破坏、安全隐患、噪声污染、建筑垃圾等，从而对建筑本身及周围环境带来负面影响[1]。那么如何在既有建筑改造和装修的过程中，采用先进的BIM技术和装配式装修技术，达到节约资源、保护环境、提高质量、加快工期的目的，就成为当前建筑装饰业亟需研究的问题。

1 装配式装修与BIM 技术的概念和优势

2021 年10 月1 日开始实施的《装配式内装修技术标准》中指出，装配式内装修是指“遵循管线与结构分离的原则，运用集成化设计方法，统筹隔墙与墙面、吊顶、楼地面等各个系统，将工厂化生产的部品部件以干式工法为主进行施工安装的装修建造模式”。该标准同时将装配式装修分为八个部品体系，分别是隔墙和墙面系统、吊顶系统、楼地面系统、集成式厨房、集成式卫生间、收纳系统、内门窗系统、设备和管线系统。

传统装修具有管线嵌入结构、材料现场二次加工、施工时以湿作业为主等特征，与之相比，装配式装修优势明显：①遵循管线与结构分离的原则，无需对墙体进行剔凿和修复，降低翻新改造成本，不会对建筑主体结构产生破坏；②工厂化生产部品部件，施工现场直接进行安装，显著减少现场材料浪费、粉尘、噪声、垃圾污染；③干式工法为主进行施工安装，规避了不必要的技术间歇，杜绝了湿作业带来的多种质量通病，装配工艺易于培训，方便翻新维护。

在具备上述优势的同时，仍处于发展初期的装配式装修，也在各环节面临着新的挑战：①装配式装修设计时难以与建筑、结构、机电等专业进行很好地对接；②设计人员和部品生产商沟通效率低，同时优秀部品不足、接口标准不统一；③大量外观相似又存在区别的预制构件给现场仓储管理和安装前的识别带来了困难；④使用者难以与部品生产商进行技术对接，运维过程中的更新维护不及时。

信息交流不充分是造成以上问题的重要原因之一。BIM 技术作为建设项目信息化的重要手段，能够为装配式装修的发展扫除障碍、铺平道路。BIM 是对建筑物理和功能特性进行数字信息化表达，并在建筑信息模型的创建、使用和管理中产生动态的数据价值[2]。从传统的三维信息拓展至四维（增加施工进度模拟）、五维（增加造价分析）等，BIM 技术包含越来越丰富的模型信息。

2 整体策略

基于BIM 技术的既有建筑装配式装修全寿命周期管理，首先要选择兼容性、关联性好的BIM 建模软件。常用的建模软件Revit 主要采用族库建模方式，同时也存在族库项目不足的情况。在此基础上，针对装配式装修部品构件的特殊性、复杂性和精细化要求，应当进一步选择新兴的参数化建模插件无缝连接Revit，通过参数和程序进一步进行深化设计、三维建模。同时，为了实现全寿命周期管理，需要选择或开发装配式装修BIM 全寿命周期管理平台（以下简称BIM 平台），在现场测量及设计阶段、部品采购生产阶段、现场安装阶段、运维阶段进行有效的数据交流与应用，整体策略如图1 所示。

图1 装配式装修BIM 全寿命周期管理平台整体策略

由图1 可以看出，BIM 模型以及BIM 平台的应用贯穿从测量到运维的所有阶段，二者均发挥着不可或缺的重要作用，并且需要进行良好的数据关联与频繁的数据沟通。除此之外，BIM 平台还需要与装配式装修部品生产厂家的部品销售系统、数控生产系统、建筑物运维管理系统等进行对接，自身还需要实现各参与方线上交流、“拆除部位”标记、生产与安装实时部品跟踪与进度控制、施工安装工艺模拟与质量控制、高效运维管理等多种功能。

3 现场测量及设计阶段

3.1 现场测量及三维建模

既有建筑已具备主体结构、设备管线、装饰装修等各专业的工程物理实体。大多数情况下更新改造的任务，是在原有工程实体的基础上，完成主体结构局部加固、二次结构改造、局部设备管线改造及大面积装饰装修的拆除和更新。因此，依托现场测量的结果，详尽掌握原有工程实体的各方面细节是更新改造项目成功的前提。同时，由于原有工程实体的复杂性，传统的测绘工具和手段耗时长、精度低，难以满足项目要求。因此，应选择高效、高精度的数字化三维扫描仪，例如FARO FocusS70 移动式三维激光扫描仪等[3]，对原有工程实体进行全方位扫描，生成点云数据和点云模型。此时的点云模型还并不完善，需要进一步进行点云拼接、点云去噪、点云修剪等。同时，将既有建筑的已有二维图纸转化为BIM 模型，或者直接获取既有建筑竣工BIM 模型，与点云模型进行对比分析，有差异的细节之处继续与原有工程实体进行复核，完善及复核后的点云模型可以全面、客观地反映原有工程实体主体结构、设备管线、装饰装修等各专业的实际状况，为下一步装配式装修的设计提供精确的数据基础。

3.2 初步设计

将完善及复核后的BIM 模型上传至BIM 平台，设计人员、业主、装配式装修部品生产厂家可以借助BIM 模型共同讨论既有建筑更新改造的初步方案。依据讨论的具体内容，初步设计建模时将需要拆除的装饰面标记为“拆除部位”后删除（删除前保存模型版本以用于后期拆除施工时快速准确定位），将考虑保留的装饰面留在模型中，同时保留原有结构系统和设备管线系统，在此基础上，设计人员着手进行初步设计方案的建模。

建模过程中，对于局部需要加固的结构部位完成加固方案建模，对于局部需要拆除的二次结构和设备管线，也标记为“拆除部位”后删除（删除前保存模型版本），再继续进行二次结构、设备管线的补充完善以及装饰装修设计的建模。设计人员可以为业主提供多个初步设计方案，上传至BIM 平台进行沟通和选择。除了需要参考业主和装配式装修部品生产厂家的意见之外，还可以借助BIM 技术来评估初步设计方案在规范遵守、功能布局、光热分析、人体工程学等方面的情况，通过数据对比和模拟分析进行初步设计方案的论证和比选。

3.3 深化设计

深化设计需要完成的主要工作包括装配式装修建模排版、装配式装修节点设计、碰撞检查和模型复核校验。

装配式装修包含大量标准化的、有规律的部品构件，如轻质隔墙的龙骨和板材、装配式地面的架空模块、装配式吊顶顶板等。在BIM 建模过程中，依据BIM 模型中各个装修面的实际尺寸、装配式部品构件的标准部品和非标准部品的尺寸，在BIM 模型中进行自动建模排版，与人工排版相比速度快、精确度高。

完成大面积装修面的自动建模排版后，还需要进行装配式装修节点的设计，包括各模块安装节点、不同装饰面交接处节点、装饰装修面与设备管线系统交接处、各类预留洞口的节点设计等。采用族库建模方式或参数化建模方式，预先完成节点设计和建模，再将节点模型融入整体模型中。

需要注意的是，在BIM 平台中，需要将BIM 模型与装配式装修部品生产厂家的部品销售系统进行对接，在建模排版和节点设计尽可能采用成熟的标准化部品和构配件。对于需要定制的非标准部品和构配件等，也要在BIM 平台中与厂家进行沟通和确认，以便提高后期装配式部品构件生产和安装的可行性和效率。

完成建模排版和节点设计的装配式装修BIM 模型中包含复杂的各专业构件信息，需要利用BIM 软件进行三维碰撞检查，及时发现装配式装修系统与其他系统的碰撞，如墙体与装饰面重叠、管线与墙体穿插碰撞、消防喷头与灯盒碰撞等，进而解决碰撞、完善模型，在装配式装修部品体系生产和安装时减少返工、节约成本、加快进度。

最后对模型进行复核和校验。将完成节点设计后的BIM 模型上传至BIM 平台，利用BIM+VR 技术搭建仿真场景模拟，提高业主的真实感和体验感，直接进行装配式装修方案的比较和优选。同时由装配式装修部品生产厂家提前验证施工的可行性，在此基础上进一步进行细节的调整和完善。

3.4 计量计价、形成部品清单及出图

深化设计后的BIM 模型已经具备充分完善的模型和构件信息。接着，利用BIM 软件具有的提量组价功能，实现工程量清单的快速提取和施工图预算的快速组价，提高计量计价的效率和准确性。接着，将计量计价成果文件上传至BIM 平台，业主可将当前设计方案的成本与自己的装修预算进行对比，如有必要，继续进行细节的调整和完善，并且可以在BIM 平台上从生产厂家的部品销售系统中直接选择外观、材质、价格等各方面都能够满意的部品和构配件。接着，在模型中为每个部品和构配件设置唯一的二维码，该二维码包含编码、位置、名称、数量、规格、性能要求等属性信息，并形成详细具体、分门别类的部品清单，作为后期预制生产、进场验收和现场安装的主要依据。最后，由于模型信息较为复杂、整体性强，为了方便起见，可以在三维模型中直接导出二维平面施工图和三维大样图，用于局部装修方案的研究和施工，提高针对性、具体性。

4 部品采购生产阶段

上述设计阶段完成时，模型中选用的部品和构配件已经在BIM 平台中经过了设计人员、业主、装配式装修部品生产厂家三方的沟通和共同确认，并且形成了具备唯一二维码的详细部品清单。因此，可以在厂家的部品销售系统中一键下单，实现业主到厂家的智能定制和直销供应，优化采购流程，显著提高部品采购的透明度和效率。接着，将BIM 模型、部品清单与厂家的数控生产系统进行对接，识别部品和构配件的二维码，将相关参数和信息传递到数控机床中，实现数字化生产，提高构件生产效率[4]。生产进度以及后续运输、进场和安装的进度信息，由厂家及时上传到BIM 平台，供业主和设计人员进行实时查询和跟踪。需要注意的是，在生产之前应首先进行生产进度和安装进度的统一协调。结合业主的要求，由装配式装修部品生产厂家制定生产和安装的整体流程，并计算工期。合理安排各部品和构配件的生产时间、运输时间、进场时间、安装时间，最大程度上实现采购阶段和现场安装阶段的紧密衔接，发扬装配式装修在进度管理上的显著优势。

5 现场安装阶段

现场安装之前，应对初步设计时在BIM 模型中标记了“拆除部位”的部分原装饰面、二次结构、设备管线等进行拆除。借助于BIM 模型和BIM 平台，现场安装阶段主要完成的工作包括施工安装工艺模拟、安装过程进度管理及安装质量控制。

基于BIM 模型，针对装配式装修中涉及到的各项施工安装工艺，尤其是技术复杂、安装易出错的重难点工艺，以实时VR 或生成动画的方式，对场地布置、临时及永久设施安装、楼地面标准模块和非标准模块排布、隔墙及吊顶板块构件吊装、管线安装、集成式卫生间安装、复杂节点安装工序等进行三维演示，完成施工安装工艺模拟[5]。这不仅有利于对安装人员进行直观有效的三维技术交底，也能够提前检验施工安装的可行性，如有问题提前发现和解决。其次是施工安装进度控制。在部品采购生产阶段，已经制定了生产与安装的整体进度计划。将生产进度通过生产厂家的数控生产系统导入BIM 平台，通过现场实时监控和跟踪部品二维码，将施工安装进度也导入BIM 平台，在平台中进行生产与安装实际进度与计划进度进行对比。平台对滞后部位进行自动标红预警处理，施工安装人员采取调整措施，整个生产与安装进度计划自动随之调整，实现实时、联动的生产与安装进度控制。

上述施工安装工艺模拟是安装质量控制的有效手段之一。除此之外，设计和生产厂家可以提前将施工安装说明、注意事项、质量风险要点等融入BIM 模型中，以利于现场安装人员对安装质量进行精准控制。

6 运维阶段

现场安装完成后，将包含装配式装修施工现场安装实况、保养方式等竣工验收信息录入BIM 模型中，形成竣工BIM 模型，作为运维的重要依据。

在运维阶段中，如遇到装配式装修部品构件损坏的情况，业主可在BIM 平台中提出维修申请单。装配式装修生产厂家接到申请单后，可快速获取相关部品的技术参数，筛选出匹配的部品配件，或者由业主自行选择。部品生产之后由生产厂家安排维修人员上门安装。对于一些安装简易的部品配件，甚至可以邮寄给业主，由业主自行安装。整个过程中业主可以随时与厂家进行线上交流，提升装配式装修运维效率。另外，还可借助BIM 模型将建筑物运维管理系统融入BIM 平台中，并应用物联网技术等，对整个建筑物在运维阶段进行设施设备管理、管线系统管理、建筑能耗管理等，实现更全面的集成化运维管理。