BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析

建筑经济CONSTRUCTIONECONOMY第36卷第11期2015年11月Vol.36　No.11Nov.2015BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析*白庶，张艳坤，韩凤，张德海，李微（沈阳建筑大学，辽宁沈阳110168）摘要：基于BIM技术的应用现状与装配式建筑的特点，系统分析BIM技术在装配式建筑的设计、预制构件生产、施工、后期运维等阶段的全寿命周期的应用价值。研究发现，利用BIM技术可以提高装配式建筑协同设计效率、降低设计误差，优化预制构件的生产流程，改善预制构件库存管理、模拟优化施工流程，实现装配式建筑运维阶段的质量管理和能耗管理，有效提高装配式建筑设计、生产和维护的效率。关键词：BIM；装配式建筑；RFID；应用价值中图分类号：F407.9　　文献标识码：A　　文章编号：1002-851X（2015）11-0106-04DOI：10.14181/j.cnki.1002-851x.201511106AnalysisontheApplicationValueofBIMTechnologyinPrefabricatedBuildingBAIShu，ZHANGYankun，HANFeng，ZHANGDehai，LIWei（ShenyangJianzhuUniversity，Shenyang110168，China）Abstract：BasedontheapplicationstatusofBIMandcharacteristicofprefabricatedbuilding，thispapersystematicallyanalyzestheapplicationvalueofBIMtechnologyonthedesignstage，theprefabricatedcomponentsproductionstage，theconstructionstage，thefacilitymanagementstageofprefabricatedbuildings.ThestudyfindthatusingBIMtechnologycanimprovetheprefabricatedbuildingcollaborativedesignefficiencyandreducedesignerrors，optimizetheproductionprocessofcomponent，improvecomponentinventorymanagement，imitateandoptimizeconstructionprocess，achieveprefabricatedbuildingqualitymanagementandenergyconsumptionmanagementfortheoperationandmaintenancephase，soastoimproveprefabricatedbuildingdesign，productionanduseefficiency.Keywords：BIM；prefabricatedbuilding；RFID；applicationvalue1　引　言当前，伴随我国经济发展而来的环境问题日益突出。传统建筑业因其资源浪费率高、污染重而饱受诟病，与此同时，装配式建筑由于其施工污染少、施工速度快、资源利用率高等优点越来越受到全社会的关注。装配式建筑具有设计系统化、构件生产工厂化、安装专业化等特点，这些特点使装配式建筑与传统现浇式建筑在设计、预制构件生产以及施工过程中都有显著的差别。近年来，我国建筑行业正在逐步推广BIM相关技术和方法，对于装配式建筑而言，BIM相关的技术平台和工具可以有效地提高装配式建筑设计、生产及施工的效率，促进装配式建筑这一新型建筑形式更好更快地推广。当前，国内部分学者就BIM技术在装配式建筑生产过程中的应用可行性进行了探究：周文波等较早地将BIM技术与预制装配式建筑结合，并以一栋试验楼为例，指出二者的适用性，探讨了BIM模型在预制建筑中的研究方向[1]。常春光等讨论了BIM与RFID技术在装配式建筑施工过程中的应用问题，并对BIM-RFID系统推广提出了可行性建议[2]。王廷魁等讨论了BIM及RFID技术在建筑设备的运行维护管理方面发挥的作用，并设计了一个BIM/RFID环境下建筑设备运维管理的系统框*基金项目：辽宁省教育厅课题（W2014083）；沈阳市建委课题“装配式建筑TQM质量管理体系与质量追溯系统应用方案”；沈阳市科技局软科学课题（F15-198-5-16）作者简介：白庶，男，生于1980年，辽宁沈阳人，副教授，硕士生导师，研究方向：BIM、建设项目管理及工程经济等。收稿日期：2015-04-25第36卷　第11期·107·架[3]。齐宝库、李长福讨论了BIM技术在装配式建筑全生命周期中管理中的应用问题，并分析了BIM技术在装配式建筑全生命周期中应用的前景[4]。本文根据当前BIM技术的发展状况和装配式建筑的生产实际，在总结现有研究的基础上，从装配式建筑“设计——生产——施工——运维”等各阶段入手，分析了BIM技术在装配式建筑全寿命周期各个阶段中应用的可行性，探讨BIM技术在装配式建筑中的应用价值，以期装配式建筑在BIM技术的助力下得到更好的发展。2　BIM技术在装配式建筑设计阶段中的应用价值2.1　提高装配式建筑设计效率装配式建筑设计中，由于需要对预制构件进行各类预埋和预留的设计，因此更加需要各专业的设计人员密切配合。利用BIM技术所构建的设计平台，装配式建筑设计中的各专业设计人员能够快速地传递各自专业的设计信息，对设计方案进行“同步”修改。借助BIM技术与“云端”技术，各专业设计人员可以将包含有各自专业的设计信息的BIM模型统一上传至BIM设计平台，通过碰撞与自动纠错功能，自动筛选出各专业之间的设计冲突，帮助各专业设计人员及时找出专业设计中存在的问题；装配式建筑中预制构件的种类和样式繁多，出图量大，通过BIM技术的“协同”设计功能，某一专业设计人员修改的设计参数能够同步、无误地被其他专业设计人员调用，这方便了配套专业设计人员进行设计方案的调整，节省各专业设计人员由于设计方案调整所耗费的时间和精力。此外，通过授予装配式建筑专业设计人员、构件拆分设计人员、以及相关的技术和管理人员不同的管理和修改权限，可以使更多的技术和管理专业人士参与到装配式建筑的设计过程中，根据自己所处的专业提出意见和建议，减少预制构件生产和装配式建筑施工中的设计变更，提高业主对装配式建筑设计单位的满意度，从而提高装配式建筑的设计效率，减少或避免由于设计原因造成的项目成本增加和资源浪费（如图1所示）。2.2　实现装配式预制构件的标准化设计BIM技术可以实现设计信息的开放与共享。设计人员可以将装配式建筑的设计方案上传到项目的“云端”服务器上，在云端中进行尺寸、样式等信息的整合，并构建装配式建筑各类预制构件（例如门、窗等）的“族”库。随着云端服务器中“族”的不断积累与丰富，设计人员可以将同类型“族”进行对比优化，以形成装配式建筑预制构件的标准形状和模数尺寸。预制构件“族”库的建立有助于装配式建筑通用设计规范和设计标准的设立。利用各类标准化的“族”库，设计人员还可以积累和丰富装配式建筑的设计户型，节约户型设计和调整的时间，有利于丰富装配式建筑户型规格，更好地满足居住者多样化的需求。2.3　降低装配式建筑的设计误差设计人员可以利用BIM技术对装配式建筑结构和预制构件进行精细化设计，减小装配式建筑在施工阶段容易出现的装配偏差问题。借助BIM技术，对预制构件的几何尺寸及内部钢筋直径、间距、钢筋保护层厚度等重要参数进行精准设计、定位。在BIM模型的三维视图中，设计人员可以直观地观察到待拼装预制构件之间的图1　基于BIM技术的协同设计流程白庶，等·BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析建筑经济2015年·108·契合度，并可以利用BIM技术的碰撞检测功能，细致分析预制构件结构连接节点的可靠性，排除预制构件之间的装配冲突，从而避免由于设计粗糙而影响到预制构件的安装定位，减少由于设计误差带来的工期延误和材料资源的浪费。3　BIM技术在预制构件生产阶段的应用价值3.1　优化整合预制构件生产流程装配式建筑的预制构件生产阶段是装配式建筑生产周期中的重要环节，也是连接装配式建筑设计与施工的关键环节。为了保证预制构件生产中所需加工信息的准确性，预制构件生产厂家可以从装配式建筑BIM模型中直接调取预制构件的几何尺寸信息，制定相应的构件生产计划，并在预制构件生产的同时，向施工单位传递构件生产的进度信息。为了保证预制构件的质量和建立装配式建筑质量可追溯机制，生产厂家可以在预制构件生产阶段为各类预制构件植入含有构件几何尺寸、材料种类、安装位置等信息的RFID芯片，通过RFID技术对预制构件进行物流管理，提高预制构件仓储和运输的效率（如图2所示）。3.2　加快装配式建筑模型试制过程为了保证施工的进度和质量，在装配式建筑设计方案完成后，设计人员将BIM模型中所包含的各种构配件信息与预制构件生产厂商共享，生产厂商可以直接获取产品的尺寸、材料、预制构件内钢筋的等级等参数信息，所有的设计数据及参数可以通过条形码的形式直接转换为加工参数，实现装配式建筑BIM模型中的预制构件设计信息与装配式建筑预制构件生产系统直接对接，提高装配式建筑预制构件生产的自动化程度和生产效率。还可以通过3D打印的方式，直接将装配式建筑BIM模型打印出来，从而极大地加快装配式建筑的试制过程，并可根据打印出的装配式建筑模型校验原有设计方案的合理性（如图3所示）。4　BIM技术在装配式建筑施工阶段的应用价值4.1　改善预制构件库存和现场管理装配式建筑预制构件生产过程中，对预制构件进行分类生产、储存需要投入大量的人力和物力，并且容易出现差错。利用BIM技术结合RFID技术，通过在预制构件生产的过程中嵌入含有安装部位及用途信息等构件信息的RFID芯片，存储验收人员及物流配送人员可以直接读取预制构件的相关信息，实现电子信息的自动对照，减少在传统的人工验收和物流模式下出现的验收数量偏差、构件堆放位置偏差、出库记录不准确等问题的发生，可以明显地节约时间和成本[5]。在装配式建筑施工阶段，施工人员利用RFID技术直接调出预制构件的相关信息，对此预制构件的安装位置等必要项目进行检验，提高预制构件安装过程中的质量管理水平和安装效率。4.2　提高施工现场管理效率装配式建筑吊装工艺复杂、施工机械化程度高、施工安全保证措施要求高，在施工开始之前，施工单位可以利用BIM技术进行装配式建筑的施工模拟和仿真，模拟现场预制构件吊装及施工过程，对施工流程进行优化；也可以模拟施工现场安全突发事件，完善施工现场安全管理预案，排除安全隐患，从而避免和减少质量安全事故的发生。利用BIM技术还可以对施工现场的场地布置和车辆开行路线进行优化，减少预制构件、材料场地内二次搬运，提高垂直运输机械的吊装效率，加快装配式建筑的施工进度。4.3　5D施工模拟优化施工、成本计划利用BIM技术，在装配式建筑的BIM模型中引入时间和资源维度，将“3D-BIM”模型转化为“5D-BIM”模型，施工单位可以通过“5D-BIM”模型来模拟装配式建筑整个施工过程和各种资源投入情况[2]，建立装配式建筑的“动态施工规划”，直观地了解装配式建筑的施图2　基于BIM和RFID技术的预制构件生产与物流流程优化图3　基于BIM技术的装配式建筑试制流程第36卷　第11期·109·工工艺、进度计划安排和分阶段资金、资源投入情况；还可以在模拟的过程中发现原有施工规划中存在的问题并进行优化，避免由于考虑不周引起的施工成本增加和进度拖延。利用“5D-BIM”进行施工模拟使施工单位的管理和技术人员对整个项目的施工流程安排、成本资源的投入有了更加直观的了解，管理人员可在模拟过程中优化施工方案和顺序、合理安排资源供应、优化现金流，实现施工进度计划及成本的动态管理（如图4所示）。5　BIM技术在装配式建筑运维阶段的应用价值5.1　提高运维阶段的设备维护管