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(dòng)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。
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(jí)的過程中扮演著至關(guān)重要的角色，同時(shí)它也會(huì)把我國裝配式建筑信息化管理水平提升到一個(gè)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。
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(diǎn)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(diǎn)。同時(shí)，對施工技術(shù)人員的管理能力以及設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)將建筑所有信息都涵蓋其中的信息平臺(tái)，建立模型實(shí)現(xiàn)信息集成和交互（見圖2）。
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(diǎn)的施工工藝及交互式場景漫游，可以從各時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(jì)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(shí)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(shí)的訊息，尤其是針對觀測困難的施工現(xiàn)場，更能凸顯該項(xiàng)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(jì)算更為省時(shí)且可靠度高。
3）bim+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目中，工程物料跟蹤往往是個(gè)棘手的工作，信息交互不及時(shí)、清單票據(jù)不全、計(jì)算錯(cuò)誤等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，致使裝配式建筑項(xiàng)目中建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方等各參與者無法實(shí)時(shí)了解到項(xiàng)目建設(shè)情況?？紤]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。
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(jì)。
“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(tái)，隨著項(xiàng)目進(jìn)行過程中，再在基礎(chǔ)平臺(tái)上加入新的“構(gòu)件”，建筑物各個(gè)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(dòng)生成相應(yīng)的平、立、剖面圖以及各節(jié)點(diǎn)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。
2）協(xié)同設(shè)計(jì)。協(xié)同設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)人員、管理人員等在同一個(gè)平臺(tái)上一起參與規(guī)劃設(shè)計(jì)，是建筑業(yè)在設(shè)計(jì)方向上的巨大創(chuàng)新，同時(shí)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(gè)“交互式”的信息交流平臺(tái)，在設(shè)計(jì)本專業(yè)的同時(shí)可以查詢參考其他行業(yè)的設(shè)計(jì)方案，提升項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段的創(chuàng)新能力。
3）建筑性能優(yōu)化。實(shí)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(shí)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(jì)算建筑的能耗數(shù)據(jù)、模擬使用者走動(dòng)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(jì)是否滿足舒適性，是否滿足低能耗等，對于設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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，fuzor等，在實(shí)際建造之前就可以通過碰撞檢查，在設(shè)計(jì)階段避險(xiǎn)“錯(cuò)、漏、碰、缺”現(xiàn)象的發(fā)生，從而節(jié)約設(shè)計(jì)成本與勞動(dòng)力。
5）效果圖及動(dòng)畫展示。sketchup，3dmax等工具是項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)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(dòng)畫，將方案以三維立體效果圖或動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)bim作為多維數(shù)據(jù)庫并不能及時(shí)、完整對其進(jìn)行記錄、處理，未解決上述問題就應(yīng)升級(jí)信息實(shí)時(shí)跟蹤統(tǒng)計(jì)技術(shù)。
2）bim技術(shù)應(yīng)用成本高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shí)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(xiàng)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(diǎn)，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(jì)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(jià)定額規(guī)則、行業(yè)規(guī)范等納入計(jì)算規(guī)則，在我國的適用性有待提升。
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(xiàng)，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(jì)和部品部件標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計(jì)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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。
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(shí)地映射出一個(gè)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(shí)，各個(gè)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(hào)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(tái)與生產(chǎn)工藝創(chuàng)新
在自主創(chuàng)新上，要堅(jiān)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(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，同時(shí)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(jiān)持改革與創(chuàng)新，摒棄原有的落后設(shè)計(jì)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。
3）培養(yǎng)專業(yè)人才
（1）建立裝配式建筑實(shí)訓(xùn)實(shí)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(shí)和職業(yè)技能，從本專業(yè)或者本產(chǎn)業(yè)出發(fā)，爭取實(shí)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。
（2）互聯(lián)網(wǎng)+教育平臺(tái)建設(shè)。
裝配式建筑在一個(gè)項(xiàng)目的各個(gè)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(gè)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(tái)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(shí)，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(shí)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(gè)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(jí)專業(yè)人才來實(shí)現(xiàn)，對于實(shí)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(jí)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(shí)、職業(yè)技能綜合培訓(xùn)，實(shí)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。