1、概述

近年,我國建筑業(yè)發(fā)展良好,總產(chǎn)值總體呈穩(wěn)定上升趨勢,為我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。然而,建筑行業(yè)使用的資源占人類自然資源總量的40%,并且因建筑而產(chǎn)生的垃圾在世界垃圾總量中的占比也高達(dá)40%。將我國建筑業(yè)與汽車、鋼鐵、裝備制造等其他支柱行業(yè)相比較,創(chuàng)新型生產(chǎn)技術(shù)匱乏、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換率低、與生態(tài)不協(xié)調(diào)等問題更為明顯,且建筑業(yè)在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)沒有一套合理有效的運(yùn)行體系,常常帶來施工周期長、勞動力成本高、信息化程度低等一系列問題。

裝配式建筑節(jié)能減排數(shù)據(jù)見圖1。

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將信息化技術(shù)集成應(yīng)用于裝配式建筑在我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程中扮演著至關(guān)重要的角色,同時它也會把我國裝配式建筑信息化管理水平提升到一個新的高度。近幾年,我國建筑信息化領(lǐng)域逐漸受到各方關(guān)注,對其投入也是逐年遞增,但內(nèi)容綜合性不強(qiáng)、交叉性較弱等問題依舊突出,且建筑領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)代信息化技術(shù)集成應(yīng)用的研究明顯不足。本文旨在研究基于BIM的裝配式建筑智慧建造,分析BIM技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合的過程存在哪些問題,在此基礎(chǔ)上建立完整的體系架構(gòu)及詳細(xì)的過程應(yīng)用,并提出有助于BIM的裝配式建筑智慧建造發(fā)展的推進(jìn)政策。

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2、基于BIM的裝配式建筑智慧建造現(xiàn)狀分析

相比一些發(fā)達(dá)國家,例如法國、德國、日本等,我國在研究裝配式方面還處于起步階段,技術(shù)體系有待完善并且應(yīng)用范圍也不夠廣泛,在全國新建建筑中比例僅為15%,重點地區(qū)為20%,低于發(fā)達(dá)國家的35%~40%,但其總產(chǎn)值正在穩(wěn)定上升。裝配式建筑相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、施工效率高、信息化程度高等特點。同時,對施工技術(shù)人員的管理能力以及設(shè)計精細(xì)化程度也提出了更高的要求。

清華大學(xué)的馬智亮教授最早提出“基于BIM的裝配式建筑智慧建造”這一理念,他強(qiáng)調(diào)了采用最新信息技術(shù)對建筑全生命周期內(nèi)的技術(shù)和管理集成的重要性,實現(xiàn)裝配式建筑建造的工業(yè)化、智能化。BIM的作用是建立一個將建筑所有信息都涵蓋其中的信息平臺,建立模型實現(xiàn)信息集成和交互(見圖2)。

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1)BIM+VR/AR技術(shù)主要應(yīng)用于構(gòu)建虛擬施工現(xiàn)場、展示重要節(jié)點的施工工藝及交互式場景漫游,可以從各時間節(jié)點出發(fā),站在多角度觀測施工過程,進(jìn)而擬選出最佳施工方案,使得裝配式建筑施工組織設(shè)計更為高效合理、也更能保證工人的人身安全與施工進(jìn)度,節(jié)約了時間與成本。

2)BIM+三維激光掃描技術(shù)可以對施工場地進(jìn)行測繪,反映真實的訊息,尤其是針對觀測困難的施工現(xiàn)場,更能凸顯該項技術(shù)的優(yōu)勢。其原理是將BIM模型與三維激光掃描出的圖像相擬合,從而滿足預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量快速檢查、高效精準(zhǔn)建模、準(zhǔn)確記錄工程進(jìn)度等要求,相比于傳統(tǒng)人工計算更為省時且可靠度高。

3)BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)的建設(shè)項目中,工程物料跟蹤往往是個棘手的工作,信息交互不及時、清單票據(jù)不全、計算錯誤等現(xiàn)象時有發(fā)生,致使裝配式建筑項目中建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方等各參與者無法實時了解到項目建設(shè)情況。考慮到上述問題,“BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”將無線射頻技術(shù)和BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑生產(chǎn)環(huán)節(jié),工程物料無論材料尺寸,都可以做到有跡可循,將大幅度的提高信息采集能力。

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3、我國裝配式建筑BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

1)三維建模設(shè)計。

“三維信息化模型”是BIM技術(shù)的核心,首先建立基礎(chǔ)模型平臺,隨著項目進(jìn)行過程中,再在基礎(chǔ)平臺上加入新的“構(gòu)件”,建筑物各個結(jié)構(gòu)的幾何特征可通過BIM技術(shù)的三維建模技術(shù)繪制,逐步建立起完整的建筑模型。BIM建模軟件可自動生成相應(yīng)的平、立、剖面圖以及各節(jié)點詳圖,相比過去常用的紙質(zhì)平面圖,這種技術(shù)方法可以使建筑的空間特征表達(dá)得更為清晰直觀。

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2)協(xié)同設(shè)計。協(xié)同設(shè)計,即設(shè)計人員、管理人員等在同一個平臺上一起參與規(guī)劃設(shè)計,是建筑業(yè)在設(shè)計方向上的巨大創(chuàng)新,同時這也滿足政策提出的“建筑信息化”的要求。協(xié)同技術(shù)可以提供一個“交互式”的信息交流平臺,在設(shè)計本專業(yè)的同時可以查詢參考其他行業(yè)的設(shè)計方案,提升項目在設(shè)計階段的創(chuàng)新能力。

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3)建筑性能優(yōu)化。實體建筑可以通過BIM技術(shù)轉(zhuǎn)化為模型文件,再將這些模型文件輸入相應(yīng)的分析軟件可實現(xiàn)建筑性能優(yōu)化。分析軟件可以模擬太陽燈光照射情況、對風(fēng)流體進(jìn)行分析、計算建筑的能耗數(shù)據(jù)、模擬使用者走動情況等,運(yùn)用模擬分析技術(shù)可以明確的判斷建筑物設(shè)計是否滿足舒適性,是否滿足低能耗等,對于設(shè)計不合理的地方進(jìn)行針對性調(diào)整。BIM使得現(xiàn)代建筑設(shè)計更為高效智能,既提升了舒適性又減少了資源浪費(fèi)。

4)碰撞檢查。在施工過程中“碰撞”現(xiàn)象時有發(fā)生,通常是由于忽視各種設(shè)備或建筑材料與建筑物內(nèi)部的空間尺寸關(guān)系造成的。BIM中常用的“碰撞檢查”軟件有Navisworks,F(xiàn)uzor等,在實際建造之前就可以通過碰撞檢查,在設(shè)計階段避險“錯、漏、碰、缺”現(xiàn)象的發(fā)生,從而節(jié)約設(shè)計成本與勞動力。

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5)效果圖及動畫展示。Sketchup,3DMAX等工具是項目方案設(shè)計階段常用的建模軟件,再經(jīng)過Lumion,Enscape等渲染軟件從而建立模型場景、生成三維動畫,將方案以三維立體效果圖或動畫的形式展示。在施工階段同樣可用上述方法制作施工模擬動畫,這種“虛擬建造”的方法可以讓施工工人、管理人員、監(jiān)理等提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能產(chǎn)生的技術(shù)問題、質(zhì)量問題、安全問題,在實際施工階段就可以有效避免各類問題。

4、BIM技術(shù)在裝配式建筑應(yīng)用中存在的問題

1)缺乏預(yù)制構(gòu)件跟蹤能力。

裝配式建筑的基本單元是預(yù)制構(gòu)件,從預(yù)制構(gòu)件的“生產(chǎn)”開始,到中途的“運(yùn)輸堆放”以及“進(jìn)場組裝”都是預(yù)制構(gòu)件管理的關(guān)鍵。BIM技術(shù)可以運(yùn)用物理數(shù)據(jù)管理和數(shù)字化展示功能將數(shù)據(jù)進(jìn)行集成并加以利用,當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的狀態(tài)信息發(fā)生變化時BIM作為多維數(shù)據(jù)庫并不能及時、完整對其進(jìn)行記錄、處理,未解決上述問題就應(yīng)升級信息實時跟蹤統(tǒng)計技術(shù)。

2)BIM技術(shù)應(yīng)用成本高。據(jù)統(tǒng)計,BIM技術(shù)的運(yùn)用能減少40%的預(yù)算變更費(fèi)用和至少3%的總成本費(fèi)用、節(jié)省80%的預(yù)算編制時間,相比于傳統(tǒng)建筑,BIM模式下減少的建筑耗能高達(dá)30%,這對裝配式建筑的綠色建筑和精益化制造意義非凡。然而,BIM通常只運(yùn)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型工程項目,大部分業(yè)主還是更重視傳統(tǒng)的管理方式——將質(zhì)量、進(jìn)度、成本作為重點,忽視新興的信息化技術(shù)的應(yīng)用,再加上BIM技術(shù)應(yīng)用成本不菲,更加深了人們對新技術(shù)的排斥性。

3)BIM軟件的適用性。目前,在設(shè)計階段常用的核心建模軟件是Revit,Bentley以及Catia,常用的應(yīng)用軟件都是在國外編程研發(fā),并沒有將我國造價定額規(guī)則、行業(yè)規(guī)范等納入計算規(guī)則,在我國的適用性有待提升。

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4)缺乏BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。雖然國家建筑業(yè)已發(fā)布BIM六大標(biāo)準(zhǔn)中的三項,各地市也陸續(xù)發(fā)布一些針對地方的BIM標(biāo)準(zhǔn),但大多數(shù)文件只提到了一些方向性的要求,缺少對管理過程中各環(huán)節(jié)針對性的描述,例如描述預(yù)制構(gòu)件的信息應(yīng)包含哪些內(nèi)容、數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵部分都沒有提及。所以基于BIM技術(shù)的建筑信息化標(biāo)準(zhǔn)需要統(tǒng)一,進(jìn)而規(guī)范各方行為準(zhǔn)則、預(yù)制構(gòu)件信息格式、模型編輯語言及邏輯等。

5)建筑設(shè)計和部品部件標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計是項目設(shè)計環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán),但裝配式建筑與現(xiàn)行的建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之間存在很多不一致的地方。裝配式建筑需要在設(shè)計過程中嚴(yán)格按照模數(shù)化標(biāo)準(zhǔn),方便后續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部品部件的智能生產(chǎn)工作的展開,沒有相關(guān)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),則其質(zhì)量管理就難以進(jìn)行,更難保證裝配后的成品是否可靠耐用。

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5、基于BIM的裝配式建筑智慧建造推進(jìn)對策

1)標(biāo)準(zhǔn)化完善

裝配式建筑建造水平也能真實地映射出一個國家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的水平。然而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)還不夠完備,在生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件時,各個生產(chǎn)單位的生產(chǎn)工具如模板、基座等基本無法相互使用,從而形成預(yù)制構(gòu)件無法進(jìn)行規(guī);a(chǎn)的局面,制定相對完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)就變得極為迫切了。首先可以號召高校、企業(yè)等本行業(yè)的專家、學(xué)者積極參與到相關(guān)規(guī)范的制定如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。提倡BIM,VR等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合,朝智慧建筑的方向前進(jìn);其次提倡本行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)制作本企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),而國家標(biāo)準(zhǔn)低于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),更能促進(jìn)裝配式建筑向智慧建造的方向發(fā)展。

2)自主開發(fā)軟件平臺與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新

在自主創(chuàng)新上,要堅持科研創(chuàng)新,創(chuàng)新是促進(jìn)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的核心力量,關(guān)注裝配式建筑相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、裝配式建筑實驗室的建設(shè),同時提倡學(xué)校與企業(yè)共同努力解決關(guān)于施工一線上遇到的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)。要堅持改革與創(chuàng)新,摒棄原有的落后設(shè)計觀念,積極向信息化、技術(shù)化方向靠攏并開創(chuàng)出一套適合自己的信息化流程。

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3)培養(yǎng)專業(yè)人才

(1)建立裝配式建筑實訓(xùn)實踐基地。

盡可能利用高校與企業(yè)資源,整合兩方人才,提高裝配式建筑人才的相關(guān)知識和職業(yè)技能,從本專業(yè)或者本產(chǎn)業(yè)出發(fā),爭取實現(xiàn)專業(yè)或者產(chǎn)業(yè)人才所具備的能力與崗位需求相匹配,積極提倡產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型,推進(jìn)專業(yè)人才的專業(yè)化培訓(xùn)和高端人才輸送,為裝配式建筑專業(yè)人才提供從學(xué)校到企業(yè)的一站式的人才培養(yǎng)服務(wù),使裝配式建筑專業(yè)人才的就業(yè)不成問題。

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(2)互聯(lián)網(wǎng)+教育平臺建設(shè)。

裝配式建筑在一個項目的各個階段都要海量的數(shù)據(jù)文件作為基礎(chǔ),對于裝配式建筑“三個一體化”的特性,進(jìn)行BIM技術(shù)與裝配式建筑協(xié)同的資源庫研發(fā)顯得尤為重要;并且還要充分運(yùn)用各種云平臺為其服務(wù),比如利用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的視聽說優(yōu)勢,使學(xué)生如身臨其境般學(xué)習(xí),教育方式形象直觀、靈活可控。同時,要完善人才培養(yǎng)與就業(yè)對接的結(jié)構(gòu)機(jī)制,以企業(yè)實際的需求為根本,裝配式建筑行業(yè)前景為導(dǎo)向,構(gòu)造一個學(xué)習(xí)與企業(yè)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)共同培養(yǎng)裝配式建筑綜合素質(zhì)人才的發(fā)展體系。

(3)多層次人才結(jié)構(gòu)與人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

裝配式建筑要想持續(xù)健康的發(fā)展必須有相對應(yīng)的各級專業(yè)人才來實現(xiàn),對于實現(xiàn)人才培養(yǎng)的方法可以邀請本行業(yè)的知名學(xué)者、專家、著名高校的教授為各級裝配式建筑人才進(jìn)行不同方向上的技術(shù)、管理講座培訓(xùn);定期進(jìn)行理論知識、職業(yè)技能綜合培訓(xùn),實現(xiàn)裝配式建筑人才的發(fā)展要求。盡可能提高職業(yè)技能水平,把裝配式的相關(guān)理論、技術(shù)和職業(yè)道德協(xié)同發(fā)展,培養(yǎng)高素質(zhì)人才。