高鑫（廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司山西分公司，山西太原 030009）

傳統(tǒng)的建筑產(chǎn)業(yè)具有高能耗、長(zhǎng)周期、低效率、粗放發(fā)展以及高勞動(dòng)力消耗等缺點(diǎn)，已遠(yuǎn)不能滿足目前國(guó)家對(duì)環(huán)境目標(biāo)的要求[1]。與此同時(shí)，在人口日趨老齡化的中國(guó)，可利用的建筑勞動(dòng)力日益減少，勞動(dòng)力成本不斷攀升，發(fā)展智能化建造、裝配化建筑、集成化制造成為未來(lái)的主流趨勢(shì)，這也是傳統(tǒng)建筑業(yè)迭代升級(jí)、建筑工業(yè)化的必然要求[2]。裝配式建筑將建筑物拆解為不同部分，按照標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式在工廠進(jìn)行預(yù)制造，將成品運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后采用拼裝的方式將各個(gè)構(gòu)件組成建筑整體，因此具有現(xiàn)場(chǎng)安裝快速、施工簡(jiǎn)單、對(duì)人員素質(zhì)要求較低等優(yōu)點(diǎn)，使得裝配式建筑的比例日益提升。建筑信息化是推動(dòng)預(yù)制裝配式建筑走向工業(yè)化的有效手段，BIM技術(shù)作為建筑信息化、智能化的實(shí)現(xiàn)方式，與裝配式建筑結(jié)合將極大地推動(dòng)建筑智能建造的創(chuàng)新與實(shí)踐[3]。

1 BIM技術(shù)與裝配式建筑

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是在數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展下誕生的，它響應(yīng)了建筑智能化、可視化、信息化、低碳化和全生命周期化的需求，取代了傳統(tǒng)的二維建筑設(shè)計(jì)方法和建造理念，促進(jìn)了建筑朝著智慧建造的方向迭代升級(jí)，是當(dāng)下建筑行業(yè)最為重要的發(fā)展方向之一[4-5]。BIM技術(shù)是集成多維度模型信息的技術(shù)，它包含了建筑全生命周期的信息流，從決策階段到設(shè)計(jì)階段，再到施工階段和運(yùn)維階段都可以為各階段的參與方提供信息共享平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)階段的三維建模、構(gòu)件的參數(shù)化，在施工階段還可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)交底、施工5D模擬和場(chǎng)地布置，在運(yùn)營(yíng)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)模型數(shù)據(jù)的查詢(xún)、訪問(wèn)以及權(quán)限內(nèi)的上傳和修改，是信息流在建筑全生命周期傳遞的有效途徑[6]。

1.2 裝配式建筑及全生命周期管理

預(yù)制裝配式混凝土建筑施工是應(yīng)用工業(yè)化產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，在工廠將建筑結(jié)構(gòu)分成柱體、梁體、墻體、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制，隨后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行吊裝拼接，連接方式有套筒灌漿連接、現(xiàn)澆連接等方式，達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的效果，以形成整體的建筑結(jié)構(gòu)[7]。

由于裝配式建筑的生產(chǎn)、安裝以及運(yùn)維均是在不同的時(shí)空條件下發(fā)生，各個(gè)階段的工作復(fù)雜而精細(xì)，需要一體化的構(gòu)件設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)輸、安裝和維護(hù)的精細(xì)化全生命周期管理，避免了信息流、物流和現(xiàn)金流在決策、建設(shè)和運(yùn)維階段的碎片化管理，創(chuàng)建了全過(guò)程的建筑工程信息模型，從而將管理貫穿于建筑的全生命周期[8]。裝配式建筑按照一定的規(guī)則，比如梁、板、柱或墻面等，將建筑進(jìn)行拆解，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件在工廠工業(yè)化以及流水化生產(chǎn)，BIM技術(shù)通過(guò)建立虛擬三維數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)了建筑物建造的信息化，兩者的結(jié)合將有力地推動(dòng)建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也有利于對(duì)裝配式建筑全生命周期穿透式管理。

2 工程概況

山西省太原市某房地產(chǎn)項(xiàng)目為重大民生工程，位于太原市東南角，規(guī)劃用地面積約120735m2，按照施工圖設(shè)計(jì)，用地范圍內(nèi)提供高層民用住宅、多層民用住宅和商業(yè)零售辦公用房的一體化城市生活、零售解決方案，總建筑面積達(dá)到352398.85m2，其中高層民用住宅一共26棟，建筑面積達(dá)到291337.00m2，多層住宅一共7棟，建筑面積達(dá)到64092m2，商用零售辦公用房2棟，建筑面積15504.66m2，其他為配套服務(wù)用房面積。高層住宅樓采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配率不小于60%。計(jì)劃工期為2018年6月30日開(kāi)工至2019年12月31日竣工。基于BIM技術(shù)建立的裝配式建筑三維模型如圖1所示。

圖1 裝配式建筑項(xiàng)目的BIM三維模型

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的應(yīng)用

在現(xiàn)有裝配式建筑研究中，大部分的研究主要集中于某個(gè)階段或者某個(gè)方面，比如生產(chǎn)制造階段的節(jié)能減排、綠色建造，還有建造階段的施工技術(shù)、管理模式等，這些研究無(wú)法全面和客觀地反映裝配式建筑全身生命周期的信息化驅(qū)動(dòng)機(jī)制，存在著信息孤島，而B(niǎo)IM技術(shù)通過(guò)構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)化的建筑信息模型，使得建筑信息流能夠?qū)崿F(xiàn)共享，各專(zhuān)業(yè)及各參與方可根據(jù)自身的需要對(duì)技術(shù)和管理信息的獲取。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑工程不同，裝配式建筑的全生命周期包含了建筑構(gòu)件在工廠的生產(chǎn)制造，因此，BIM技術(shù)在裝配式建筑工程全生命周期中的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2所示。

3.1 項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

裝配式建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容眾多，包含規(guī)劃選址、場(chǎng)地分析、模型建立、圖紙繪制、設(shè)計(jì)沖突圖檢查、工程量統(tǒng)計(jì)及造價(jià)管理。BIM技術(shù)可以結(jié)合VR技術(shù)或者GIS技術(shù)，利用其自身的三維可視化特點(diǎn)，在規(guī)劃階段可以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃選址和場(chǎng)地分析。通過(guò)BIM技術(shù)建立場(chǎng)地邊界條件以及地形空間信息模型，可以為決策者提供直觀的場(chǎng)地建設(shè)條件分析，進(jìn)而創(chuàng)建合理的建設(shè)方案，避免了傳統(tǒng)工程項(xiàng)目規(guī)劃的無(wú)標(biāo)注和無(wú)規(guī)程。BIM技術(shù)也可以整合多專(zhuān)業(yè)進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃方案的比選，模擬規(guī)劃建造過(guò)程，對(duì)建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)的建筑物布置、結(jié)構(gòu)的幾何形狀及選型、日照分析等內(nèi)容進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃前期階段的全專(zhuān)業(yè)融合。

圖2 BIM技術(shù)在裝配式建筑工程全生命周期中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)可以對(duì)裝配式構(gòu)件建立參數(shù)化模型，通過(guò)對(duì)模型的屬性和尺寸進(jìn)行定義，依據(jù)BIM模型中的參數(shù)化功能實(shí)現(xiàn)模型之間的相互關(guān)聯(lián)，結(jié)構(gòu)的參數(shù)只要發(fā)生變動(dòng)，其余相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的修改，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用CAD圖形平面設(shè)計(jì)時(shí)的煩瑣改圖，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，加速了設(shè)計(jì)周期，特別是對(duì)于構(gòu)件幾何尺寸復(fù)雜、新技術(shù)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)等，可以達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效率；其次，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的碰撞檢查，在裝配式建筑中，涉及的構(gòu)件數(shù)量非常之多，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)往往依賴(lài)于二維圖紙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可視化和碰撞檢測(cè)，只有到施工階段才能發(fā)現(xiàn)建筑的碰撞問(wèn)題，導(dǎo)致了諸多的施工變更和工期延遲，而B(niǎo)IM技術(shù)可通過(guò)三維數(shù)字模型的建立，對(duì)設(shè)備和管道這類(lèi)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)碰撞監(jiān)測(cè)，達(dá)到及時(shí)修改的目的，如圖3所示。

圖3 裝配式建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段管線的排布與碰撞檢查

3.2 構(gòu)件生產(chǎn)制造階段

構(gòu)件生產(chǎn)是居于裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工的中間環(huán)節(jié)，構(gòu)件信息的精準(zhǔn)輸入和輸出顯得尤為重要，然而，裝配式建筑的構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式多樣、尺寸多變，因此對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中構(gòu)件的信息管理顯得尤為重要?；贐IM技術(shù)，可以輔助實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的定位和追蹤，其主要方法是在生產(chǎn)制造階段為每個(gè)生產(chǎn)構(gòu)件賦予一個(gè)ID（RFID標(biāo)簽），每個(gè)ID具有唯一性，其包含了構(gòu)件的材料屬性、構(gòu)件尺寸、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)工程等各種信息，在構(gòu)件的制造、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、吊裝和安裝過(guò)程中產(chǎn)生的施工信息均根據(jù)ID進(jìn)行定位和追蹤，以保證裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)和建造過(guò)程的無(wú)缺陷和按需生產(chǎn)。裝配式建筑構(gòu)件ID是建筑信息化集約化管理的有力體現(xiàn)，它直接將虛擬的BIM數(shù)字模型與實(shí)際的構(gòu)件實(shí)體相互聯(lián)系，完成了從傳統(tǒng)粗放式生產(chǎn)向精細(xì)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，保證了信息在裝配式建筑全生命周期中的流動(dòng)。

3.3 建筑施工建造階段

裝配式建筑的建造方式屬于“搭積木式”的施工，它通過(guò)將工廠生產(chǎn)完成的預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)按照一定的拼接方式將構(gòu)件之間連接拼裝，BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維數(shù)字模型，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)對(duì)施工場(chǎng)地的設(shè)備機(jī)械、生產(chǎn)車(chē)間以及生產(chǎn)流程等施工場(chǎng)地進(jìn)行布置，并與時(shí)間軸相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)施工模擬的4D生產(chǎn)，并可直觀地提供動(dòng)畫(huà)施工交底，完成裝配式建筑的數(shù)字化生產(chǎn)，達(dá)到提供施工管理效率、提高工程建造質(zhì)量、節(jié)約工程造價(jià)、縮短建設(shè)工期的目的。

3.4 項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，BIM技術(shù)可與裝配式建筑的實(shí)體相互聯(lián)系，建立裝配式建筑構(gòu)架、建筑設(shè)備、建筑管線與虛擬三維BIM模型的映射關(guān)系，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)裝配式建筑的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判別結(jié)構(gòu)構(gòu)件的健康狀況、建筑設(shè)備的運(yùn)行情況等，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑構(gòu)件的監(jiān)控，對(duì)擴(kuò)建拆除以及翻新改造等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)物業(yè)管理的無(wú)縫對(duì)接。以運(yùn)營(yíng)階段的開(kāi)擴(kuò)建設(shè)為例，BIM技術(shù)依據(jù)結(jié)構(gòu)受力傳感器對(duì)建筑物的承載性能、變形性能、耐久性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，并可通過(guò)外部接口，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有機(jī)器學(xué)習(xí)的能力，提供對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況的判別，以輔助人工做出是否維修的決策。

4 結(jié)語(yǔ)

以山西省太原市某裝配式房地產(chǎn)項(xiàng)目為研究對(duì)象，在分析BIM技術(shù)以及裝配式建筑全生命周期的概念基礎(chǔ)上，對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）裝配式建筑將建筑物按照不同類(lèi)型的構(gòu)件進(jìn)行拆解，實(shí)現(xiàn)了建筑物的工業(yè)化生產(chǎn)，BIM技術(shù)通過(guò)建立虛擬三維數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)了建筑物建造的信息化，兩者的結(jié)合將有力地推動(dòng)建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也有利于對(duì)裝配式建筑全生命周期穿透式地管理。

（2）BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)在裝配式建筑全生命周期中的傳遞和反饋，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)化的建筑信息模型，使得建筑信息流能夠?qū)崿F(xiàn)共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑全生命周期管理的有機(jī)統(tǒng)一。

（3）在規(guī)劃階段，BIM技術(shù)可以為裝配式建筑的規(guī)劃選址和場(chǎng)地分析提供支撐，在設(shè)計(jì)階段則可以提供三維建模、碰撞監(jiān)測(cè)和造價(jià)管理；在生產(chǎn)制造階段可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件全流程的定位追蹤；在施工建造階段可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地布置、施工模擬和數(shù)字化建造；在運(yùn)營(yíng)階段可以實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的監(jiān)控、擴(kuò)建拆除以及翻新改造等管理。