基于BIM,技术的装配式建筑全寿命周期管理研究

文｜常州工程职业技术学院 沈程 岳翎 徐小明

在建筑工程的进一步发展背景下，BIM 技术逐渐成为建筑设计、施工和管理运营阶段中不可或缺的技术措施，现如今，人们对装配式建筑结构施工质量愈加关注，因此相关建筑单位需要将BIM 技术合理融入装配式建筑施工项目当中，以此来保障可以充分满足人民需求的同时提升项目质量，在多样化信息技术、BIM 软件的应用下，促使各类施工问题获得高精准处理，推动我国建筑行业稳定发展。

BIM 是以计算机技术、三维建模技术等为基础衍生发展而来的新兴技术类型，由Autodesk 公司在2002 年首创提出，能够通过结构模型、流程模型的搭建提升建筑施工管理直观性，在工程设计、资料管理、成本核算等方面均有较为广泛的应用。上海浦江基地保障房项目、成都金融城、济南大剧院等大型建筑项目中均可见到BIM技术的身影。从实践角度看，其优势主要集中在以下几个方面：

（1）可视化，BIM 技术在实际应用期间可以将物理特性、几何特性、功能特性等全面凸显出来，并在此前提条件下构建出一系列清晰直观的数字模型，为各部门施工人员体现出项目施工、设计等多个阶段的信息数据，进而构建出相应的可视化模型。

（2）协调性，因为建筑工程在实际作业阶段中往往会涉及到诸多工作人员和部门单位，主要涵盖了设计单位、业主、施工单位、监理单位等等，然而在此情况下实现各个利益主体的高效沟通工作是十分困难的[1]。

（3）虚拟化，在建筑项目设计期间，BIM 技术可以结合实际情况自主开展节能、热传导和能量消耗的仿真模拟。项目工程施工环节中，BIM 技术在实际应用状态下可以模拟施工具体流程，并在根本上加强3D、4D 和5D 技术的应用水准。然而将该技术融入运营管理期间可以有效模拟地震疏散和火灾事故疏散等场景。

建筑项目全生命周期管理模式（Building lifecycle management，BLM）则是以项目管理为核心发展起来的科学理念，倡导将管理行为贯穿到设计、生产、运营等多个环节之中，以提升建造效率及质量。新时期建筑产业发展迅速，建筑结构更加复杂、工艺更加成熟，以BIM 为基础的建筑项目全寿命周期管理也逐渐进入研究视域，有必要对其应用优势进行深入探究。

2.1 便于对预制构件的有序设计

将BIM 技术有效融入装配式建筑结构施工项目当中，可以在根本上确保各类项目信息、数据的开放性与共享性优势。简单来说，建筑项目设计人员需要将最终完结的方案内容传输至云端服务器当中，并在一系列措施方法的支持下构建完善化预制服务器。在资源库的规模化发展背景下，相关工作人员可以针对不同类型预制构件展开进一步对比分析，以此来精准把控构件的标准形状和具体尺寸。在此种技术措施下，可以全面提升装配式建筑结构中预制构件设计的有序性，为建筑全寿命周期管理奠定坚实基础。

2.2 提高建筑设计效率

一般情况下，建设部门和施工单位在开展装配式建筑设计作业期间，对于类型不一预制构件彼此间的预留、预埋等项目而言，需要多个部门设计工程师结合实际情况开展协调配合。然而在BIM 技术的有效运用背景下，设计人员可以在此阶段中合理运用现代化BIM 技术，进而对设计信息和数据资源展开全面化检验与摸索，并对最终完成的设计方案展开一系列优化调整。在此期间，建设部门需要积极借助云端技术等有效掌控碰撞功能和自动纠错功能的价值优势，以此来保障装配式建筑结构设计工作可以顺利开展。

2.3 预防设计误差

在开展项目建设施工期间，设计人员可以借助BIM 技术的优势特点，在确保装配式建筑结构精细化设计的前提条件下规避施工作业期间存在的数据问题和装配偏差。除此之外，施工人员在实际作业阶段中，可以对不同类型预制构件的规格、尺寸及钢筋保护层等数据信息展开精准定位。另外，设计工程师可以结合BIM 三维视图模型的基本状况，全面化、全方位呈现出预制构件彼此间的契合度与相关参数，为后续项目的稳定开展打下良好的基础。图2为BIM Revit 软件下的建筑模型。

现阶段BIM 技术体系日渐成熟和完善，给装配式建筑发展注入了新生力量，如果将二者有效融合，打造出基于BIM 的数字化全寿命周期管理模式，必将带来设计、生产、施工等全方位效率的提升。融合应用思路可见图1。

图1 BIM 技术在装配式建筑全生命周期中的应用情况（来源：张聚贤《BIM 技术在装配式建筑全生命周期的应用研究》）

3.1 设计阶段

规划设计阶段主要以BIM 技术为依托对建筑模型进行检查修正，确定各构件空间尺寸、拓扑关系等，整个建模、修改过程十分便捷，无需像二维模型图一样分别修改平面、剖面图，解决了图纸参数错漏问题，必要时还可以搭建信息资料库，直接提取生成墙、柱等构件。在BIM 技术的支持完成项目图纸预制构件深化设计工作后，相关人员可以在统一化平台当中完成生产构件和机电作业等内容，在根本上减少不同专业彼此间的交叉工作，协同设计过程可见图2。另外，利用BIM 技术软件所绘制的建筑模型还可以进行管线碰撞检查（见图3），所有数据集成、汇总到建筑部门的MES 系统当中，进而在根本上规避人为操作失误带来的负面影响，切实提升建筑构件的设计生产效率。另外，最终生产完成的构件可以展开编码处理和埋置FRID，并将其涉及到的各类信息资料完全传输至云端平台当中，在根本上提高装配式建筑结构施工的现代化水准。

图2 基于Autodesk Revit 平台的专业协同设计（来源：齐宝库《基于BIM 的装配式建筑全生命周期管理问题研究》）

图3 管线与结构设计冲突检查（来源：李天华《装配式建筑全寿命周期管理中的BIM 与RFID 的应用》）

3.2 生产阶段

3.2.1 生产计划共享

从整体视角来看，相关建筑单位的成本部门可以借助BIM 模型针对各个生产劳务、设备及材料消耗量展开一系列精准化运算，以此来引导生产部门构建出科学完善的物质需求计划和劳动力计划等等，在根本上实现建筑项目成本科学化管控，在此情况下，物资计划的竞争性、合理性在精细化成本管理领域中占据着至关重要的地位，其可以利用BIM 模型自主获取相应的需求计划，并将其作为后续采购工作的主要参考依据，防止出现材料资源过度消耗和堆积等问题。PC 生产单位所构建的物质储存列表、计划表等均体现为可视化水准，生产管理人员也可以结合深化设计的各项数据信息开展构件生产、储存等作业，其他部门也可以在此情况下查看具体生产计划内容，岗位人员在生产计划的支持下科学准备不同类型的数据资料。

3.2.2 合同订单管理

运用BIM 技术还可以完成对生产合同、项目协议的全方位管理与控制，主要涉及到订单内容、生产维护等等。构件生产车间可以结合订单具体内容对多类型物料展开科学化准备工作，当库存物资出现数量不足等状况时，相关软件平台便可以在第一时间提醒工作人员对所缺物资展开精准化跟踪处理和催收处理，避免在生产订单顺利生成后因缺少部分物料影响后续施工作业。除此之外，在合同签订结束各个生产部门便可以结合产能内容科学构建生产方案，采购部门也可以在此前提条件下开展下一步骤的物质购置作业及车间堆场的准备工作，进而实现工厂信息化管理和自主化控制。

3.2.3 构件运输盘点

在构件生产阶段中，最终制作而成的产品需要运输至具体施工场地内部，然而将不同类型、规格和数量的预制构件快速运输至项目现场是当代建筑单位重点关注的问题。在BIM 技术的支持下，工作人员可以积极运用信息控制系统与其他部门完成精准化协同融合，以此来实现数据信息的共享与互通。施工现场的项目部门可以利用BIM 技术及RFID 技术将场地内需要安装的预制构件传递至预制构件信息控制系统内部[3]，管理人员便可以在此前提下做好各项准备工作，熟练掌握库存数量，并将不同类型构件的数量、信息等完全反映至系统当中，进而完成一系列生产和堆积保存等作业，最终可以在时间标准范围内运输至施工场地（见图4）。

图4 BIM 技术与RFID 技术在装配式建筑施工中的融合应用（来源：李天华《装配式建筑全寿命周期管理中的BIM 与RFID的应用》）

3.3 施工阶段

施工环节相关人员可以积极运用BIM模型完成一系列吊装交底工作，结合构件堆场的平面布设特点完善整体吊装顺序。在实际施工图纸当中，各类型二次结构如过梁、门抱框和构造柱等以文字描述为主，在实际施工作业前相关人员需要结合图纸内容和项目标准对二次结构的设定展开进一步深化处理。如果二次结构构件需要绘制出完善化、科学化的详图，此环节不但会消耗大量的人力资源和物力资源，还会出现诸多偏差性问题，对于标高变化多、复杂性较高的二次结构来说，通过CAD 图纸的深化处理也无法获得显著性成效。然而合理运用BIM 软件如Revit 等便可以在根本上解决上述几种问题，进而实现二次结构的精准定位、参数优化和数字建模。在复杂部位二次结构的施工期间可以结合深化后的BIM 模型完成一系列三维可视化交底工作，进而将施工错误发生几率降低至最小化。BIM 技术可以将各个参与主体的设计信息展开全面互通与共享，设计人员也可以结合实际情况协调运用类型不一的“族”库，分享多样化装配式建筑的设计理念和施工模式，为户型设计施工节省更多时间成本，以此来满足新时代建筑市场的发展需求。为了确保预制构件的整体质量，相关人员需要积极落实装配式建筑质量可追溯机制，生产单位在预制构件的生产环节中便需要为其提供尺寸、材料类型等相关参数的芯片，并在RFID 技术的协同运用下完成预制构件的智能化物流管理，切实提升预制构件储备管理和运输吊装作业的整体效率与质量。

3.4 运维阶段

运维阶段同样是装配式建筑全寿命周期的重要组成环节，管理人员可由基于BIM 技术及RFID 标签展开系统化管理，实时收集监控各种设备管线的运行情况，避免出现电梯、阀门设备超限运营问题、故障定位困难问题等，保障装配式建筑运营效率的提升。此外建筑需要改建、拆除时，同样可以基于BIM 平台及RFID 标签展开管理，避免违规拆除造成的承重体受损，同时提升构件回收评估准确性，减少能源的消耗支出，为装配式建筑的可持续发展保驾护航。

综上所述，BIM 技术在装配式建筑结构施工中的应用，可以在根本上拓宽我国建筑行业的整体规模，还可以提升各项资源的利用率。在装配式建筑结构施工中融入BIM 技术，不但可以提升各项目构件的生产质量与效率，还可以对施工现场及各个项目环节展开仿真模拟，促使工作人员创建出科学化、完善化的施工方案，在根本上解决了传统建筑施工阶段中存在的问题，推动我国建筑行业的可持续发展。