摘 要：在當(dāng)前“雙碳”背景下，裝配式建筑成為建筑領(lǐng)域的關(guān)注點。在節(jié)能環(huán)保增效方面，裝配式建筑比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑有顯著優(yōu)勢，但其建造難度有所增加，需要使用BIM技術(shù)來協(xié)同輔助進行智能化建造。本次研究主要是分析裝配式建筑施工的重難點，并介紹了基于BIM的裝配式建筑綠色發(fā)展的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；裝配式建筑；綠色發(fā)展

引言

近年來，全球氣候變暖，引起極端天氣頻發(fā)，自然災(zāi)害增多。為此我國制定了2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的目標。在傳統(tǒng)建筑施工過程中，會產(chǎn)生大量粉塵、建筑垃圾等，對環(huán)境造成很大壓力，建筑行業(yè)的碳排放控制刻不容緩。尤其目前，建筑行業(yè)發(fā)生了較大的變化，項目施工現(xiàn)場遇到勞動力短缺、建造成本增加、多專業(yè)協(xié)同困難等問題。同時人們對建筑的需求也發(fā)生了較大改變，行業(yè)正面臨巨大挑戰(zhàn)。裝配式建筑相比于傳統(tǒng)建筑，建造周期短，施工現(xiàn)場所需人力少，對環(huán)境污染小，正適合現(xiàn)在的建筑市場。因此，發(fā)展裝配式建筑是城市中開展綠色經(jīng)濟的必然選擇。

一、裝配式建筑施工的重難點

一是預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)難。一個完整的裝配式建筑項目涵蓋構(gòu)件生產(chǎn)、土建、安裝、暖通、給排水、消防、智能化等多個專業(yè)，各專業(yè)工作空間頻繁交叉，溝通協(xié)同困難，施工效率也必然下降。預(yù)制構(gòu)件作為裝配式建筑的基本組成，目前其標準化程度不高，配套生產(chǎn)廠商的數(shù)量和規(guī)模也都不大，工廠生產(chǎn)效率不高，且由于缺少統(tǒng)一的驗收標準，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量也參差不齊，其全過程管理尚待完善。二是可借鑒經(jīng)驗少，技術(shù)人員匱乏。目前，國內(nèi)成熟的裝配式建筑設(shè)計方案和施工經(jīng)驗不多，且由于地區(qū)及環(huán)境因素，可借鑒資源更少。同時，裝配式建筑項目由于其復(fù)雜性，設(shè)計圖紙與變更次數(shù)較多。目前裝配式方向的專業(yè)技術(shù)人員較少，真正掌握裝配技術(shù)與方法的人員更少，這為項目施工與建筑質(zhì)量帶來極大挑戰(zhàn)。三是建設(shè)精度要求高?？紤]建筑整體的穩(wěn)定性與安全性，裝配式建筑對節(jié)點連接與構(gòu)件連接的精度要求高。建筑構(gòu)件要考慮生產(chǎn)、運輸、吊裝等因素，深化設(shè)計較難，需考慮周密。同時，為進一步減少現(xiàn)場施工難度、縮短工期，會把多項工作前置。四是供應(yīng)鏈管理風(fēng)險大。由于目前建筑業(yè)的市場波動大，建筑部件的供應(yīng)鏈系統(tǒng)管理風(fēng)險增大，開發(fā)商的責(zé)任管理制度、評估體系、承包商的建設(shè)水平等起到關(guān)鍵性作用，生產(chǎn)計劃、物流與材料價格波動較大，難以實現(xiàn)各方利益最大化。五是市場接受度不高。裝配式建筑出現(xiàn)較晚，市場認知度和接受度遠不如傳統(tǒng)建筑。部分人認為裝配式建筑像積木一樣拼裝而成，會不牢固，安全性得不到保障。部分開發(fā)商對裝配式建筑的認識也有偏差，導(dǎo)致裝配式建筑發(fā)展緩慢。

二、裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑在全球的應(yīng)用逐年增多，許多發(fā)達國家已經(jīng)將其作為綠色建筑的首選。日本、德國、瑞典等國家的裝配式建筑發(fā)展較成熟，案例與研究也較多。在我國，由于國家政策的支持及市場需求，近幾年裝配式建筑發(fā)展迅速，包括工業(yè)廠房、住宅和公共建筑設(shè)施等。程佳提到安徽省在部分農(nóng)房建設(shè)中采用冷彎薄壁型鋼-輕聚合物復(fù)合墻板進行全裝配建造[1]；孫浩等介紹了綠色材料在裝配式建筑中的應(yīng)用[2]；周文瑞研究了低碳背景下的EPC裝配式建筑項目成本管理等[3]。

（二）政策支持及發(fā)展前景

為推動裝配式建筑的發(fā)展，我國制定了多項政策與標準規(guī)范，自2016年《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》出臺后，全國各省市相繼出臺了多項與裝配式建筑相關(guān)政策文件與技術(shù)標準，特別是各項激勵政策，為裝配式建筑提供了建設(shè)的制度保障和技術(shù)支撐。 在政策及市場的助推下，與裝配式建筑建造相關(guān)的產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，能力快速提升，同時還帶動了制造、運輸、安裝等行業(yè)公司的轉(zhuǎn)型發(fā)展，一些高校與龍頭企業(yè)積極培育裝配式建筑技能人才，為建筑行業(yè)增加新的血液，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善。近幾年，疫情因素使得產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都受到阻礙，尤其是運輸、現(xiàn)場吊裝環(huán)節(jié)，這就需要BIM技術(shù)進行多方位管理，實時調(diào)整方案。2020年，相關(guān)部門聯(lián)合發(fā)布了裝配式建筑施工員等16個新職業(yè)，從業(yè)人員正式“持證上崗”，此后，對應(yīng)的職業(yè)標準與技能標準相繼出爐，加速了建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，也提升了裝配式行業(yè)的就業(yè)率，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。

三、BIM技術(shù)助推裝配式建筑綠色發(fā)展

（一）設(shè)計階段

區(qū)別于傳統(tǒng)建筑形式，裝配式建筑在此階段增加了建筑部件拆分、構(gòu)件深化設(shè)計、預(yù)制生產(chǎn)安排、現(xiàn)場吊裝布局等流程。通過Revit、Tekla、Bentley等軟件構(gòu)建三維BIM模型，將構(gòu)件信息添加到模型中，將其數(shù)字化，以方便整理歸檔。再根據(jù)方案深化設(shè)計后，使得模型能滿足各專業(yè)的需求。設(shè)計階段為后續(xù)生產(chǎn)、建造及安裝提供了指導(dǎo)保障，通過建筑外形設(shè)計、建筑材料選取、構(gòu)件拆分、碰撞檢測、管線綜合等過程的模擬來論證項目方案。

一是建筑外形設(shè)計。綠色建筑需考慮采光、通風(fēng)等因素，盡可能減少照明和取暖成本。通過BIM軟件快速“拼裝”多種方案，選出最合適的門窗尺寸及布局。建筑外部的植被、遮陽設(shè)施等布置也可通過BIM軟件模擬得到最優(yōu)方案，以此降低建筑能耗。二是建筑材料選取。通過對BIM模型的分析，可以更好地保障建筑材料的科學(xué)選取和高效應(yīng)用。例如模擬自然光在各個空間的傳播路徑，分析其在不同時段的分布及內(nèi)外墻材料的反射性，選取高效能的墻體材料，多利用自然光，節(jié)約人工照明所產(chǎn)生的能耗。同時，從BIM協(xié)同平臺資源庫中優(yōu)先考慮和選擇地方性材料，以減少運輸過程中的能源消耗和碳排放，后期如果出現(xiàn)變更或售后問題，也能夠更加方便快捷地進行處理和解決。三是碰撞檢測與管線綜合。裝配式建筑中，建筑構(gòu)件需要拼裝，所以對預(yù)制構(gòu)件的精度要求很高，要使用BIM技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件中的鋼筋及預(yù)埋預(yù)留等進行碰撞檢測，減少現(xiàn)場安裝時的問題。同時，根據(jù)施工圖進行BIM模型搭建，檢查構(gòu)件連接節(jié)點處的碰撞情況，調(diào)整鋼筋排布及建筑構(gòu)件尺寸等。裝配式建筑中，機電系統(tǒng)整體性較強，且管線排布錯綜復(fù)雜，安排不合理的話，對空間凈高影響較大。利用BIM技術(shù)進行管道碰撞檢測和漫游查看（見圖1），可以對不規(guī)則房間進行凈高分析，優(yōu)化管線區(qū)域，盡量在平面減少管線之間的交叉，綜合考慮管線尺寸與間距、支架位置、樓地面裝飾層厚度、施工便利和預(yù)留的功能區(qū)，在符合規(guī)范要求的同時，有效提升凈高或降低層高，節(jié)約管線耗材[4]。四是預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計。在這個階段，借助BIM模型，可精確掌握建筑構(gòu)件的幾何尺寸、強度要求、保護層厚度、預(yù)埋件位置形狀及安裝方式等信息，便于合理拆分構(gòu)件，整理歸納標準化構(gòu)件，進而簡化后續(xù)的生產(chǎn)施工流程。再結(jié)合模型中機電系統(tǒng)提供的準確點位排布，將預(yù)制的樓板、墻體、梁柱、部分整體構(gòu)件等，與現(xiàn)場澆筑部分的空間關(guān)系進行協(xié)調(diào)，確定現(xiàn)場的固定設(shè)施準確位置和預(yù)留預(yù)埋需求，以減少現(xiàn)場返工，節(jié)省安裝成本[5]。

（二）生產(chǎn)階段

預(yù)制構(gòu)件廠的工人通過查看三維模型，可準確綁扎鋼筋，控制構(gòu)件保護層厚度等，減少生產(chǎn)誤差。以BIM模型為基礎(chǔ)，建立云平臺進行智能化管理，將生產(chǎn)進度與現(xiàn)場施工進度關(guān)聯(lián)，結(jié)合RFID監(jiān)測構(gòu)件位置，3D掃描監(jiān)測對比構(gòu)件實際生產(chǎn)質(zhì)量，移動終端實時反映建設(shè)問題。除此之外，由于大量預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，工程量統(tǒng)計要保證準確性，將構(gòu)件材料信息添加到BIM模型后，可實時查看材料的供需情況，一旦發(fā)生變化，能及時通知下游供應(yīng)商，從而提高產(chǎn)業(yè)鏈效率和管理水平，控制建設(shè)成本。

（三）施工安裝階段

一是節(jié)點安裝。由于裝配式建筑是由構(gòu)件通過拼裝組合而成的，因此，為了確保建筑能夠滿足防水、抗震等多方面的性能要求，及提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，必須高度重視節(jié)點的安裝質(zhì)量。在施工技術(shù)交底時，施工團隊需要對整個施工過程或者關(guān)鍵的施工工序進行比較細致的可行性模擬分析。讓負責(zé)安裝的技術(shù)人員可以更加深入地了解BIM模型中所展示的節(jié)點連接細節(jié)，從而在實際操作中能夠更加精準地進行安裝工作。這種模擬和指導(dǎo)不僅能夠幫助安裝人員規(guī)避在施工過程中可能遇到的吊裝偏差、拼接誤差大等問題，減少返工次數(shù)，還能降低施工安裝的技術(shù)門檻，減少對高技能工人的依賴。這有助于降低施工方整體的用人成本，同時確保工程質(zhì)量得到有效控制和提升。二是進度安全管理。在構(gòu)件安裝的過程中，安全管控、成本控制以及進度控制是需要特別關(guān)注的幾個方面。為了更有效地管理這些方面，可以構(gòu)建一個現(xiàn)場施工場地的BIM模型。通過這個模型，確定現(xiàn)場堆場、各種材料加工棚以及塔吊等關(guān)鍵設(shè)施的最佳布置位置。進而利用BIM軟件進行模擬規(guī)劃出最高效的施工工序，從而確定最優(yōu)的場地布置方案。此外，通過BIM云端平臺，項目工程的建設(shè)過程可以被實時展現(xiàn)出來，管理人員能夠更加直觀地掌握現(xiàn)場的實際情況。基于平臺提供的進度偏離提醒功能，管理人員可以及時調(diào)整施工進度計劃，以達到縮短工期的目的。

（四）運維階段

在建筑的全壽命周期中，運維階段是持續(xù)時間最長且和居住評價最相關(guān)的階段。這個階段主要的工作職責(zé)是確保建筑設(shè)施得到妥善的管理和維護，包括但不限于市政設(shè)施的維護、各種設(shè)備的保養(yǎng)、建筑內(nèi)部的裝修工作以及對預(yù)留建筑空間進行合理的規(guī)劃。基于BIM模型以及云端平臺所提供的詳細全過程建筑信息資料，維護人員可以迅速而準確地定位到故障的具體位置，輕松找到建造過程中所使用的各種構(gòu)件以及相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)廠家信息，然后及時地進行必要的維修和保養(yǎng)工作，并且將這些維護活動的記錄及時上傳至云端平臺，確保整個建筑的全壽命周期內(nèi)所有活動都有詳細記錄可查。此外，利用BIM技術(shù)進行人員疏散和救援流程的模擬，可以幫助我們制定和更新應(yīng)急預(yù)案，從而顯著提高應(yīng)急行動的效率和效果。這一點對于公共建筑來說尤為重要，因為公共建筑通常規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且人員密集，更加需要利用信息化的管理方式來進行日常的運維管理工作。

四、裝配式建筑的發(fā)展方向

一是標準化設(shè)計。通過實施標準化設(shè)計，我們可以顯著降低在構(gòu)件拆分過程中出現(xiàn)的不確定性因素，從而減少設(shè)計階段可能出現(xiàn)的錯誤。這樣在生產(chǎn)過程中能夠有效節(jié)約因不規(guī)則模具使用而產(chǎn)生的損耗，從而提高整個建筑項目一致性。再將人工智能和機器人技術(shù)等現(xiàn)代科技手段融入構(gòu)件的生產(chǎn)和現(xiàn)場施工過程中，可以實現(xiàn)智能化生產(chǎn)建造，提高構(gòu)件生產(chǎn)效率和精度。二是智能化設(shè)計。將BIM協(xié)同平臺與建筑的自動化控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等結(jié)合，可建立集成化程度較高的可視化建筑管理系統(tǒng)，方便項目各參與方快速了解建筑建造情況、運行情況及遇到的困難等。通過平臺交互及深入的數(shù)據(jù)分析，可優(yōu)化資源使用。三是政策支持。目前，大眾對裝配式建筑還持觀望態(tài)度，政府和相關(guān)機構(gòu)可以在公共建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用裝配式建筑，加強宣傳，并出臺政策支持來保障行業(yè)的良性運行，從而拓展更廣闊的市場。

結(jié)束語

相比于傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑更符合現(xiàn)代社會對建筑功能的需求，能提升建筑的整體價值。隨著未來建筑行業(yè)及其他智能化技術(shù)的不斷提升，裝配式建筑的功能會愈加完善，應(yīng)用場景也會更加廣泛。建造大眾滿意的建筑一直是建筑行業(yè)的發(fā)展方向，這也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色生活方式的重要途徑。

參考文獻：

[1]程佳，周學(xué)才，張旭東，等.裝配式建筑技術(shù)助力現(xiàn)代宜居農(nóng)房建設(shè)——以安徽省長豐縣吳山鎮(zhèn)龍門里綠色農(nóng)房項目應(yīng)用實踐為例[J].建設(shè)科技，2023（21）：49-51，56.

[2]孫浩，張涵，郭強，等.綠色材料在裝配式建筑中的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2023（35）：61-63.

[3]周文瑞，唐克靜，胡立群，等.綠色低碳背景下EPC裝配式建筑項目成本管理研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2023（12）：50-52，78.

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