論裝配式建筑項目在全生命周期中應用BIM技術的問題及對策

張悅 盧彥峰 符惠萍 茍強 孫拴虎

摘 要：BIM技術通過構(gòu)建可視化數(shù)字模型，可提取建筑各構(gòu)建的參數(shù)信息，為裝配式建筑提供可視化操作平臺，強大的信息協(xié)同處理能力為裝配式建筑全生命周期管理的運營和發(fā)展提供了新的途徑。通過對BIM技術與裝配式建筑全生命周期管理的現(xiàn)狀進行分析，探尋現(xiàn)階段裝配式建筑項目在全生命周期中應用BIM技術存在的問題，提出解決措施，以期能促進建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

關鍵詞：裝配式建筑;全生命周期;BIM技術

我國傳統(tǒng)建筑方式以磚木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為主，這種建筑方式消耗大量木材、土地資源及勞動力資源且施工周期長，制約著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展。黨的十八大報告提出要把生態(tài)文明建設放在首要位置，近年來，我國人口老齡化問題日益突出，人口紅利的優(yōu)勢逐漸消失，勞動力成本的快速攀升，傳統(tǒng)施工模式將難以為繼。裝配式建筑作為一種集約化建筑方式，現(xiàn)場濕作業(yè)工作量降低，勞動力大幅減少，產(chǎn)業(yè)鏈高度機械化，對生態(tài)環(huán)境影響小，綠色節(jié)能，節(jié)約工期，體現(xiàn)了生態(tài)與經(jīng)濟共同發(fā)展的“四節(jié)一環(huán)?！币?。然而，當前環(huán)境我國裝配式建筑的研究發(fā)展還停留在技術革新階段，相關的制度及配套規(guī)范、措施還存在一定的疏漏和不足，裝配式項目管理模式還在延續(xù)傳統(tǒng)的項目管理模式，導致信息傳遞鏈無法連接，項目各個階段無法相互協(xié)同操作，管理混亂效率低下等問題。因此，如何使各階段項目信息融合搭接、各參與方互聯(lián)互通、設計和施工有效協(xié)調(diào)是解決裝配式建筑發(fā)展的關鍵[1]。

BIM技術以其強大的協(xié)同性、可視化和交互性為建設項目各參與方在各階段進行多維度綜合管理提供了操作平臺，通過BIM技術構(gòu)建多維系統(tǒng)平臺為裝配式建筑全生命周期管理的運營和發(fā)展提供了新的途徑。

本文主要通過分析結(jié)合BIM技術的裝配式建筑的全壽命周期管理應用現(xiàn)狀，探討當前模式推廣的限制因素，探索問題解決辦法，為促進我國裝配式建筑的發(fā)展提供思路。

1 BIM技術與裝配式建筑全生命周期管理的現(xiàn)狀

住建部在《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》中提出，工程可于規(guī)劃、勘察、設計、施工、運營維護等階段充分運用BIM技術完成各個階段各個參與方的數(shù)據(jù)交換和共享，通過虛擬建造實現(xiàn)各專業(yè)進行協(xié)同工作，項目的質(zhì)量監(jiān)督、安全管理、進度控制、成本節(jié)約、環(huán)境保護、能耗分析等各項功能通過精細化管理達到最優(yōu)目標。而裝配式建筑當前顯現(xiàn)出最大的隱患就是現(xiàn)階段無法實現(xiàn)全過程的信息化協(xié)同管理。構(gòu)建設計、安裝、施工階段無法實現(xiàn)信息兼容，發(fā)生施工碰撞和沖突，導致設計變更數(shù)量增多現(xiàn)象，最終造成工期拖延[2]。因此，運用BIM技術可以建立各參與方協(xié)調(diào)鏈接的平臺，這種全過程信息化管理模式對裝配式建筑進行全生命周期管理具有重要的實施意義。BIM技術在裝配式建筑全生命周期中的使用情況，可歸納總結(jié)到圖1。

即從項目的規(guī)劃階段到運營維護階段建設方可推行全參與方協(xié)同管理的BIM監(jiān)管平臺，從而實現(xiàn)項目全過程的信息共享，通過BIM平臺對項目質(zhì)量、進度、成本、安全、環(huán)境等目標進行多維管理，實現(xiàn)建筑高質(zhì)量高效率要求，充分發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢。

1.1 規(guī)劃設計階段

在這個階段，各方可通過BIM技術信息共享，從而協(xié)同合作進行項目的規(guī)劃選址與勘察設計。主要體現(xiàn)在：

（1）規(guī)劃：這個階段主要有選址和場地模擬分析兩部分工作，可采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術獲得空間信息數(shù)據(jù)，同時使用BIM技術構(gòu)建擬建建筑物的模型。與此同時，勘察單位通過BIM構(gòu)建模型，進行空間模擬[3]，計算分析，建立巖土信息資源庫;

（2）設計：設計單位通過BIM技術繪制圖紙，協(xié)同設計，對建筑模型進行場地布置和施工模擬。

同時，三維視圖較傳統(tǒng)的二維視圖在沖突檢查時具有明顯優(yōu)勢。特別是設備設計中，BIM模型可以直觀地反應管道形態(tài)，最大程度避免因設計沖突造成的工期延誤。

1.2 生產(chǎn)制造階段

生產(chǎn)單位可通過BIM模型進行進度分析和數(shù)據(jù)模擬，計算所需的構(gòu)件數(shù)量，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，對裝配式構(gòu)建標準化設計、生產(chǎn)流程、運輸及管理進行優(yōu)化。

1.3 建造施工階段

BIM技術在裝配式建筑施工階段主要用于對施工方案優(yōu)化設計、質(zhì)量安全的跟蹤監(jiān)控、施工進度模擬分析、預制構(gòu)件的檢查及存儲管理、數(shù)字化虛擬建造等。在這個階段，通過施工單位搭建BIM協(xié)同管理平臺，構(gòu)建三維模型，通過現(xiàn)場實際施工情況與計劃數(shù)據(jù)作對比分析，及時查找問題沖突，可盡快調(diào)整偏差，得到最優(yōu)方案[4]。此外，預制構(gòu)件從入場進行數(shù)據(jù)讀取、存儲和錄入，可為后期施工查找構(gòu)件節(jié)約大量的人力物力。

1.4 運營維護階段

BIM技術在運營維護階段通過平臺進行設備監(jiān)控，物業(yè)管理，進行數(shù)字分析和評估，提高運營維護效率質(zhì)量，節(jié)約資源，實現(xiàn)建筑以人為本功能。

2 現(xiàn)階段裝配式建筑項目在全生命周期中應用BIM技術存在的問題

當前，通過對施工現(xiàn)場的實踐情況數(shù)據(jù)匯總，裝配式建筑還較難達到標準化設計、多樣化建設、裝配化施工及全面數(shù)字化管理，因此，現(xiàn)階段裝配式建筑的建造成本比現(xiàn)澆施工的成本每平方米要高500元[5]。究其原因，由于裝配式建筑的發(fā)展與信息化的發(fā)展未同步進行，產(chǎn)生了一系列問題：設計單位缺乏裝配式建筑設計經(jīng)驗，增加構(gòu)件生產(chǎn)成本;構(gòu)件的制造單位沒有實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化利用，不能完成企業(yè)的規(guī)模效益;而施工方可能缺乏工業(yè)化施工的管理能力降低項目的生產(chǎn)效率等問題[6]。裝配式建筑的進一步提高生產(chǎn)效率的關鍵在于全面全過程信息化，因此，裝配式建筑在未來發(fā)展過程中需要進一步運用好BIM技術，然而，當前還有很多問題存在于裝配式建筑與BIM技術的融合中，需要進行更深入的剖析研究。

2.1 標準體系不完善

目前，現(xiàn)有裝配式建筑有關規(guī)程，包括《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》（JGJ1—2014）、《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T51231—2016）等僅能滿足基礎需求，對于構(gòu)配件（如板連接件、疊合板、密封膠等）的檢測方法標準還沒有出臺，對于專業(yè)功能性構(gòu)件（如保溫材料、阻燃材料等）的評估標準由于專業(yè)性較高，目前還未完成編制。首先，BIM技術在繪制模型時面臨多級別標準，數(shù)量

龐雜，而且各個標準并不統(tǒng)一。其次，我國對于BIM技術現(xiàn)階段無法形成上下對應的系統(tǒng)化標準體系[7]。由于對模型的交付標準還未統(tǒng)一，各單位對BIM模型的深化程度存在區(qū)別，影響著裝配式建筑的整體施工效率。政府部門、運營維護單位較少使用建設信息模型，施工單位根據(jù)自身BIM技術水平搭建的平臺規(guī)模各不相同，建設單位大部分依托施工單位的BIM信息平臺，而設計單位仍習慣于傳統(tǒng)的設計形式，各單位進行成果交付時存在大量的模型沖突檢查工作，依托不同的標準進行模型構(gòu)建導致一個建設項目不能進行整體性建造。

2.2 軟件有待完善升級

現(xiàn)階段，BIM軟件種類繁多但各有利弊，如REVIT是當前應用較廣的操作軟件，但操作較為復雜，對于鋼筋、模板、腳手架等圖的繪制還有一定難度，對于技術工人的素質(zhì)、精力和操作水平都有一定要求，繪圖效率較低;而一部分軟件由于研發(fā)時間不長，雖然操作較智能，但繪制精度不高，且不同軟件公司的軟件繪制出模型較難兼容，需要進行大量的參數(shù)校核工作，造成大量的人力、時間的耗費，使用單位需要花費較大的成本和人力資源，使用效率低，信息化共享難以實現(xiàn)。

2.3 人才、技術資源缺乏

BIM技術應用于裝配式建筑需要大量懂數(shù)字化建造技術的專業(yè)人才，而現(xiàn)階段部分高校及職業(yè)院校還存在產(chǎn)教脫節(jié)的情況，而社會上大量的BIM教育培訓機構(gòu)存在管理混亂、質(zhì)量良莠不齊等問題，師資水平不能保證。通過建筑工地實踐培育成長的建筑工人又具有高流動性的特點，不能系統(tǒng)全面的提高裝配式建筑工人的整體素質(zhì)。因此，現(xiàn)階段對建筑裝配專業(yè)、工程總承包管理專業(yè)及智能制造專業(yè)的知識都能掌握的綜合技術型人才培養(yǎng)難度較大，市場還存在很大的人才資源缺口。

裝配式建筑使用大量的預制構(gòu)件，構(gòu)件的進場、確認、存儲、使用過程較為復雜?，F(xiàn)階段在制作構(gòu)件時可運用RFID技術將每個構(gòu)件的信息通過RFID標簽植入構(gòu)件[8]，每個構(gòu)件相當于擁有了唯一的身份證明，可大大提高構(gòu)件從生產(chǎn)到起運安裝的管理效率。但目前還未推廣普及，且各地區(qū)還未形成健全統(tǒng)一標準化的構(gòu)件庫，單純利用RFID技術會產(chǎn)生生產(chǎn)與制造信息分裂，無法對接構(gòu)件信息，各參與方在構(gòu)件的設計、生產(chǎn)、建造過程中還無法實現(xiàn)構(gòu)件信息的共享，增加了項目綜合成本。

3 裝配式建筑全生命周期中推廣應用BIM技術的措施

裝配式建筑在未來若想降低綜合成本，提高生產(chǎn)效率，必須在全生命周期中推廣應用BIM技術，提高項目的信息化水平。因此，我們需要探索出切實可行的解決方法，實現(xiàn)裝配式建筑的快速發(fā)展。

3.1 完善裝配式構(gòu)件及BIM技術的政策標準

政府相關部門需繼續(xù)出臺推行裝配式建筑的構(gòu)件與BIM技術應用有關的政策措施，使建筑行業(yè)通過提升技術、優(yōu)化管理達到降低成本提高效率的目標，通過企業(yè)自身革新促進整個行業(yè)標準的升級，從而推進建筑業(yè)信息化、智能化發(fā)展。同時，行業(yè)應對相關技術標準進行整合統(tǒng)一，細化勘察設計、生產(chǎn)制造、實施建造和運營管理各相關單位的BIM模型構(gòu)建和交付標準，從而使裝配式項目可進行整體式建造，通過應用BIM技術使裝配式項目在全生命周期內(nèi)全面實現(xiàn)信息化。

3.2 完善裝配式構(gòu)件數(shù)據(jù)庫及BIM技術平臺的構(gòu)建

在推廣RFID技術廣泛使用在預制構(gòu)件中的同時，利用BIM技術搭建裝配式構(gòu)件的數(shù)據(jù)庫，生產(chǎn)單位與各參與方均可通過BIM技術對提取構(gòu)件信息，也可將后續(xù)的質(zhì)量監(jiān)測信息反饋到數(shù)據(jù)庫中。通過兩個技術的結(jié)合使用可杜絕缺陷構(gòu)件的使用，由于信息絕對透明，生產(chǎn)單位可通過數(shù)據(jù)庫及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，可實現(xiàn)預制構(gòu)件零庫存的目標，從而降低生產(chǎn)成本，提高工程質(zhì)量。完善BIM技術平臺的建立，當前市場還沒有一個真正可以實現(xiàn)各方共同參與對項目進行全生命周期的5D管理平臺，需要各個使用單位根據(jù)自身科研團隊兼容不同軟件搭建的個性化平臺。因此亟須政府及市場引導并激勵企業(yè)研發(fā)出各參與方可信息交流共享的全生命周期BIM技術管理平臺。

3.3 產(chǎn)學研協(xié)同構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈條

校企協(xié)同，書證融合，提高建筑工人信息化建造專業(yè)技能[9]。在裝配式建筑全生命周期的各個階段都需要具備多種專業(yè)背景的復合型人才。因此，作為培養(yǎng)高素質(zhì)新型建筑人才的高校，需要提升教學水平。深入工地與時俱進進行產(chǎn)學聯(lián)動，與社會接軌、與企業(yè)對接，提升師資能力。施工企業(yè)、軟件企業(yè)與高校聯(lián)合，響應國家百萬擴招政策，將建筑工人從刻板的“農(nóng)民工”培養(yǎng)為懂施工技術、精軟件操作、會現(xiàn)場管理的專業(yè)技術人才，同時企業(yè)協(xié)助高校進行軟件升級，形成產(chǎn)學研協(xié)同的全產(chǎn)業(yè)鏈條。

結(jié)語

綜上所述，裝配式建筑在全生命周期中應用BIM技術是建筑業(yè)未來發(fā)展的方向。但是裝配式建筑在推廣中還存在一系列問題，BIM技術如何在裝配式建筑全生命周期中進行深度融合，還需要在政府相關部門的政策推動下，建筑行業(yè)持續(xù)引領思路轉(zhuǎn)變，在智能建造人才大力培養(yǎng)等方面繼續(xù)努力，通過勘察設計單位、預制構(gòu)件生產(chǎn)單位、施工單位、軟件開發(fā)方及政府、高校的多方協(xié)同、深化發(fā)展，相信各參與方的效益會隨著建筑信息化的進一步發(fā)展有更大的提高，也會推動裝配式建筑全生命周期管理健康成熟發(fā)展。

參考文獻：

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作者簡介：張悅（1992— ），女，漢族，山西大同人，碩士，助教，研究方向：建筑與土木工程。