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作者：樊則森，李張苗，魯曉通

作者單位：中建科技集團有限公司

我國作為一個人口大國，巨大的人口體量意味著龐大居住需求以及巨量市場空間，同時建筑業(yè)對其上下游產(chǎn)業(yè)有著強烈?guī)幼饔?，各種因素奠定建筑業(yè)在我國國民經(jīng)濟中的重要地位。目前，根據(jù)客觀經(jīng)濟規(guī)律、社會發(fā)展階段以及環(huán)境承載力等因素，我國經(jīng)濟進入深度調(diào)整期，在國家戰(zhàn)略層級，眾多傳統(tǒng)行業(yè)開始進行轉(zhuǎn)型升級，鋼鐵、煤炭、化工、冶金等行業(yè)都進入深度調(diào)整期。建筑業(yè)作為占據(jù)重要地位的傳統(tǒng)行業(yè)，進行提質(zhì)增效的轉(zhuǎn)型升級勢在必行，而建筑工業(yè)化正是重要突破口。

我國在建國之初就開始嘗試裝配式建筑，發(fā)展幾經(jīng)周折。近些年有了比較長足的進步。建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）2008年左右引入我國，在諸多建筑工程領域均有比較典型的應用，2010年以后，眾多理論研究人員和工程技術人員對BIM技術在建筑工業(yè)化中的應用進行了研究和新的嘗試。

葉浩文等[1]簡述了目前我國發(fā)展新型建筑工業(yè)化的戰(zhàn)略機遇，分析了推進新型工業(yè)化建筑過程中面臨的問題和困難，并且指出了加快推進新型建筑工業(yè)化應采取的對策。葉明等[2]從政府政策制定者的角度提出，完善產(chǎn)業(yè)鏈，整合優(yōu)化產(chǎn)業(yè)資源；建立一套成熟適用的技術體系這是新型建筑工業(yè)化的兩大核心問題。沈祖炎等[3]結合三次工業(yè)革命的歷程，闡述了我國實現(xiàn)新型建筑工業(yè)化的重要性，提出新型建筑工業(yè)化的本質(zhì)是“九段九化”，并結合目前我國建筑工業(yè)化的發(fā)展現(xiàn)狀對如何推進我國新型建筑工業(yè)化的發(fā)展提出了建議。亓霞等[4]對部分具有代表性的發(fā)達國家發(fā)展建筑工業(yè)化的歷程進行了分析總結，分別分析了法律法規(guī)、政府作用、市場力量和技術進步對于推動建筑工業(yè)化發(fā)展的作用，并且指出了國外成功發(fā)展建筑工業(yè)化對于我國的啟示和借鑒。樊則森等[5]介紹了BIM在裝配式建筑設計、生產(chǎn)、施工、一體化裝修和運營管理中的應用，指出了BIM技術對于推動建筑工業(yè)化發(fā)展有著重要作用。伏玉等[6]簡述了目前BIM技術在裝配式建筑中的應用情況，分析了目前BIN在建筑工業(yè)化應用中存在的困難和問題，并且提出了自己的對策與建議。夏海兵等[7]基于上海某大型預制裝配式住宅項目，介紹了BIM技術在該項目中從設計、深化設計、生產(chǎn)到施工再到運維整個項目全生命周期中的應用情況。BIM技術的應用減少了設計環(huán)節(jié)的設計變更，加快了施工工期，提高了工程質(zhì)量。

BIM是建筑行業(yè)中應用信息技術的具體體現(xiàn)。BIM技術通過三維建模，將建筑工程全壽命周期中產(chǎn)生的相關信息添加在該三維模型中，對設計、生產(chǎn)、施工、裝修、管理過程進行控制和管理，并根據(jù)項目在各階段的完成情況，不斷對已有數(shù)據(jù)庫進行更新，最終建立多維數(shù)據(jù)模型，通過信息化模型整合項目各種階段相關信息，搭建一個可以為項目各方共享的資源信息平臺。

BIM變革之前平面作圖的設計方式，采用三維建筑設計方式，可以直觀展現(xiàn)建筑工程項目的全貌、各個構件連接、細部做法以及管線排布等，使設計師可以更加清晰的掌控項目設計節(jié)奏，提升設計質(zhì)量和效率。除此之外，BIM技術集成了整個建筑工程項目中各有關參與方數(shù)據(jù)信息，構建一個數(shù)據(jù)平臺。平臺可以完整準確的提供整個建筑工程項目信息。                                             

圖2.1 BIM技術在裝配式建筑中的應用

BIM技術集成了整個建筑項目中各部門的數(shù)據(jù)信息，BIM模型本身就是一個數(shù)據(jù)集成模型。該模型可以完整準確的提供整個建筑工程項目信息。下文分別對BIM技術在裝配式建筑中應用優(yōu)勢進行總結。

2.3.1 精密的工業(yè)化制造

裝配式建筑是采用工廠化生產(chǎn)的構件、配件、部品，采用機械化、信息化裝配式技術組裝的建筑整體，其工廠化生產(chǎn)構配件精度能達到毫米級，現(xiàn)場組裝精度要求也較高，從而滿足各種產(chǎn)品組件的安裝精度要求?？傮w來說，建筑工業(yè)化要求全面“精密建造”，要全面實現(xiàn)精細化設計、產(chǎn)品化加工和精密化裝配。而BIM應用的優(yōu)勢，從“可視化”和“3D”模擬的層面，在于“所見即所得”，這和建筑工業(yè)化的“精密建造”特點高度契合。而在傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式下，由于其粗放型管理模式和“齊不齊、一把泥”的誤差、工藝，無法實現(xiàn)精細化設計、精密化施工。

2.3.2 集成的建筑系統(tǒng)信息平臺

新型裝配式建筑是設計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理“五位一體”的系統(tǒng)化和集成化建筑，不是“傳統(tǒng)生產(chǎn)方式+裝配化”建筑。新型建筑工業(yè)化應具備五大特點：“標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理”，按傳統(tǒng)設計、施工和管理模式進行裝配化施工難以體現(xiàn)工業(yè)化的本質(zhì)和優(yōu)勢。裝配式建筑核心是“集成”，BIM則是“集成”的主線，串聯(lián)設計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理全過程，服務于設計、建設、運維、拆除全生命周期，可數(shù)字化仿真模擬，信息化描述系統(tǒng)要素，實現(xiàn)信息化協(xié)同設計、可視化裝配，工程量信息交互和節(jié)點連接模擬及檢驗等全新運用，整合建筑全產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)全過程、全方位信息化集成。

2.3.3 全專業(yè)高效合作與協(xié)同

BIM技術可以提供一個信息共享平臺，各專業(yè)設計工程師在平臺共同建模，共同修改，共享信息，協(xié)同設計。任何一個專業(yè)出現(xiàn)設計誤差或者設計修改，其他專業(yè)均可以及時獲取信息，并進行處理。同時，不同專業(yè)設計師可以在同一平臺上分工合作，按照一定的標準和原則進行設計，可以大大提高設計精度和效率。

深圳市監(jiān)獄保障性住房項目采用了裝配整體式剪力墻體系。該項目外墻大部分采用預制墻體，小部分結合立面造型采用PCF模板現(xiàn)澆。內(nèi)承重墻也采用部分預制、部分現(xiàn)澆。另外還采用疊合梁、疊合板、預制樓梯、預制陽臺等預制構件，以2號樓為例預制率為49.3%，裝配率為71.5%，項目整體預制率裝配率較高。下面是該項目標準層平面圖。

圖3.1監(jiān)獄保障房2號樓標準層平面圖

圖3.2監(jiān)獄保障房2號樓預制墻板劃分圖

中建科技有限公司結合深圳監(jiān)獄保障房項目，在標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理方面結合BIM技術進行了一些研究、摸索和應用。

3.1

BIM技術在監(jiān)獄保障房項目設計階段應用

設計方案的好壞是決定一個建筑項目優(yōu)劣的關鍵。BIM技術的應用給工業(yè)化建筑設計方法帶來變革式影響。下面結合BIM技術在監(jiān)獄保障房項目設計階段中應用要點介紹其較傳統(tǒng)設計方法的優(yōu)勢。

3.1.1 標準化設計流程

在傳統(tǒng)設計方式中，各專業(yè)設計人員“各自為政”，按自己的設計風格和習慣，同一個構件或者項目，不同設計人員會有不同設計方法。在監(jiān)獄保障房項目BIM方案開始實施之前，首先制定一套標準化設計流程，采用統(tǒng)一規(guī)范設計方式，各專業(yè)設計人員均需遵從統(tǒng)一設計規(guī)則，大大加快設計團隊的配合效率，減少設計錯誤，提高設計效率。

3.1.2 模數(shù)化構件組合

在裝配式建筑設計中，預制構件的設計是關鍵。目前預制構件的拆分，是按一般模式由設計方獨立完成設計方案和施工圖，再由工業(yè)化設計人員進行預制方案設計和構件拆分。這種方式下，可能會導致構件種類難以最大程度歸一化、標準化，工廠模具臺套數(shù)勢必增加，不符合裝配式建筑少規(guī)格、多組合的原則。在該項目設計過程中，首先確定采用的工業(yè)化結構體系，并按照統(tǒng)一模數(shù)進行構件拆分，精簡構件類型，提高裝配水平，并在標準化設計基礎上通過組合實現(xiàn)裝配式建筑系列化和多樣化。

3.1.3 模塊化構件庫

在目前工業(yè)化建筑或者裝配式建筑中，預制構件一般是根據(jù)設計單位提供的預制構件加工圖進行生產(chǎn)，這類加工圖還是傳統(tǒng)的平立剖加大樣詳圖的二維圖紙，信息化程度低。BIM技術相關軟件中，通過“族”的概念，對構件進行劃分，結合構件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝，建立模塊化預制構件庫，在不同建筑項目設計過程中，只需從構件庫中提取各類構件，再進行組裝，即可建立最終整體建筑模型。構件庫的構件種類也可以在其他項目的設計過程中進行應用，并且不斷擴充，不斷完善。

圖3.3 監(jiān)獄保障房2號樓標準化構件庫

3.1.4 可視化三維模型

傳統(tǒng)設計方式是使用二維繪圖軟件，以平、立、剖面和大樣詳圖為主要出圖內(nèi)容，這種繪圖模式是一種單向連接方式，各個設計專業(yè)之間相對孤立，對于不斷出現(xiàn)的設計變化，難以及時應對，導致設計過程中出現(xiàn)大量修改，甚至在出圖完成后還會有大量設計變更，效率較低，信息化程度低。BIM技術將模塊化、模數(shù)化的構件進行組合可以構建三維可視化模型，通過效果圖、動畫、實時漫游、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等項目展示手段將建筑構件及參數(shù)信息等真實屬性展現(xiàn)給設計人員和甲方業(yè)主，在設計過程中可以及時發(fā)現(xiàn)問題，也便于甲方及時決策，可以避免事后再次修改。

圖3.4從傳統(tǒng)二維設計到3D可視化設計

圖3.5 BIM技術中建筑及結構可視化設計

3.1.5 高效設計協(xié)同

采用BIM技術進行設計，設計師均在同一個建筑模型上工作，所有信息均可實時交互，可視化三維模型使設計成果直觀呈現(xiàn)，同時還可以進行不同專業(yè)設計沖突檢查。在傳統(tǒng)設計方法中，不同專業(yè)人員需要人工查找本專業(yè)和其他專業(yè)沖突錯誤，費時費力且容易出現(xiàn)遺漏，BIM 技術直接可以完成不同專業(yè)間沖突檢查，大大提高設計精度和效率。

3.1.6 便捷工程量統(tǒng)計和分析

BIM模型中存儲著各類信息，設計師可以隨時對門窗、部品、各類預制構件等的數(shù)量、體積、類別等參數(shù)進行統(tǒng)計，再根據(jù)材料的一般定價，即可估計整個項目經(jīng)濟指標。設計師可以實時查看設計方案的經(jīng)濟指標是否能夠滿足業(yè)主要求。同時，模型數(shù)據(jù)會隨著深化設計自動更新，確保項目統(tǒng)計信息準確性。

3.2

BIM技術在監(jiān)獄保障房項目生產(chǎn)階段的應用

預制構件生產(chǎn)是建筑工業(yè)化項目中重要環(huán)節(jié)。下文將對BIM技術在生產(chǎn)階段的應用分別進行介紹。

3.2.1 構件設計可視化

采用BIM技術進行構件設計，可以得到構件三維模型，將構件空間信息完整直觀的表達給構件生產(chǎn)廠家。 

圖3.6 預制構件生產(chǎn)的可視化

3.2.2 構件生產(chǎn)信息化

構件生產(chǎn)廠家可以直接提取BIM信息平臺中各個構件參數(shù)，確定構件尺寸、材質(zhì)、做法、數(shù)量等信息，并根據(jù)這些信息確定合理的生產(chǎn)流程和做法，也可以對發(fā)來的構件信息進行復核，并根據(jù)實際生產(chǎn)情況，向設計單位進行信息反饋，使設計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息雙向流動，提高構件生產(chǎn)信息化程度。

圖3.7 預制構件生產(chǎn)的信息化

3.2.3 構件生產(chǎn)標準化

生產(chǎn)廠家可以直接提取BIM信息平臺中的構件信息，并將信息傳導到生產(chǎn)線進行生產(chǎn)。同時，生產(chǎn)廠家還可以結合構件設計信息以及自身實際生產(chǎn)要求，建立標準化預制構件庫，在生產(chǎn)過程中對類似預制構件只需調(diào)整模具尺寸即可進行生產(chǎn)。通過標準化、流水線式構件生產(chǎn)作業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率，增加構件標準化程度，減少人工操作帶來的操作失誤，改善工人工作環(huán)境，節(jié)省人力和物力。 

圖3.8 預制構件生產(chǎn)的標準化

工業(yè)化建筑采用構件工廠預制生產(chǎn)，構件運輸?shù)浆F(xiàn)場，再吊裝安裝的施工模式。施工環(huán)節(jié)是項目進程中重要環(huán)節(jié)。以下將對BIM技術在本項目施工階段應用進行介紹。

3.3.1 施工深化設計

施工深化設計主要目的是提升深化后建筑信息模型的準確性、可校核性。將施工操作規(guī)范與施工工藝融入施工作業(yè)模型，使施工圖滿足施工作業(yè)需求。施工單位依據(jù)設計單位提供的施工圖與設計階段建筑信息模型，結合施工特點及現(xiàn)場情況，完善或重新建立可表示工程實體即施工作業(yè)對象和結果的施工作業(yè)模型。該模型應當包含工程實體基本信息。BIM 技術工程師結合自身專業(yè)經(jīng)驗或與施工技術人員配合，對建筑信息模型的施工合理性、可行性進行甄別，并進行相應調(diào)整優(yōu)化，對優(yōu)化后模型實施沖突檢測。

圖3.9 采用BIM進行碰撞檢測

3.3.2 施工過程仿真模擬

在制定施工組織方案時，施工單位技術人員將本項目計劃的施工進度、人員安排等信息輸入BIM 信息平臺，軟件可以根據(jù)這些錄入信息進行施工模擬，同時，BIM技術也可以實現(xiàn)不同施工組織方案仿真模擬，施工單位可以依據(jù)模擬結果選取最優(yōu)施工組織方案。 

圖3.10 應用BIM技術進行施工仿真模擬

圖3.11  BIM模擬現(xiàn)場預制構件運輸與堆放

圖3.12  BIM模擬現(xiàn)場外墻安裝

圖3.13  BIM模擬外墻板灌漿

圖3.14  BIM模擬鋁模安裝固定

圖3.15  BIM模擬預制陽臺吊裝

圖3.16  BIM模擬預制樓梯吊裝

3.3.3 施工過程綜合管控

施工單位可將施工過程中產(chǎn)生的相關信息實時輸入到BIM信息平臺，全面監(jiān)控工程現(xiàn)場情況。在現(xiàn)場施工時，BIM技術可以作為施工進度監(jiān)督表并指導現(xiàn)場施工，可以通過軟件對現(xiàn)場實際施工進度與原計劃進度進行對比分析，及時安排人員調(diào)配和各類物資運輸堆放。 

圖3.17  運用BIM進行施工過程綜合管控

3.4.1 構建標準化裝修部品庫

和建立標準化預制構件庫一樣，采用BIM技術也可以構建標準化裝修部品庫。在本項目中，根據(jù)業(yè)主要求，從裝修部品庫中選取相應部品組裝到整體模型中。同時本項目新增各類裝修部品，也可完善到裝修部品構件庫。

3.4.2 裝修部品模塊化拆分與組裝

內(nèi)裝設計應配合建筑設計同時開展工作，根據(jù)建筑項目各個功能區(qū)劃分，將裝修部品分解成不同模塊，常見模塊主要是衛(wèi)浴模塊和廚房模塊?？梢愿鶕?jù)戶型大小，功能劃分，直接將模塊化裝修部品組裝到BIM模型中。

3.4.3 裝修部品工業(yè)化生產(chǎn)

在建好標準裝修部品庫以及模塊化裝修方案后，可以給業(yè)主提供菜單式選擇服務，業(yè)主根據(jù)自己喜好和需求選取相應裝修部品。在確定好建筑項目部品類型后，裝修部品生產(chǎn)廠家可以提取BIM信息平臺中相關部品信息，實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，生產(chǎn)完成后，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，進行整體吊裝，這種方式，可以保證裝修部品質(zhì)量，在很大程度上避免傳統(tǒng)施工方式中廚房和衛(wèi)生間可能出現(xiàn)的滲漏水現(xiàn)象。

BIM技術在裝配式建筑中的應用將大大加快裝配式項目在全國各地的推進速度，隨著BIM技術在裝配式建筑中的不斷應用，BIM技術的優(yōu)勢將在實踐過程中不斷體現(xiàn)，會有越來越多的裝配式建筑項目應用BIM技術。