BIM技术在新型建筑工业化中的应用研究

1BIM技术在新型建筑工业化中的应用研究摘要：分析了新型建筑工业化的本质，论述了BIM技术在新型建筑工业化中在设计阶段，施工阶段以及后期管理阶段的应用，提出BIM技术自身特点在新型建筑工业发展的建筑设计标准化、构件部品生产工厂化、施工安装装配化、生产经营信息化四个方面有显著作用。最后指出BIM技术以及它与新型建筑工业化结合所需面对的问题。关键词：BIM，新型建筑工业化，信息化管理1BIM技术概述BIM（BuildingInformationBuilding）是指建筑信息模型，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM是一个建设项目物理和功能特性的数字表达，是一个共享有关具体建设项目信息知识资源，为该项目从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程，在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。BIM技术＝让业主看见项目未来＝省钱＋省力＋省时间＋高质量。BIM技术的理念是工厂预制建筑小单元，再运到工地组装，提高了工作效率，减少了建筑工人在施工现场的劳动强度，降低了施工风险，更重要的是BIM技术前期的项目虚拟模拟控制了项目的造价预算。在利用层面上BIM技术的主要推动力量在于开发商，而当今BIM技术的主要利用层面在于实现项目沟通协调、物业管理维护，没有对BIM技术实现真正意义上的使用。与制造业相比，整个建筑行业的生产力指数比较低，表现为行业各环节的协同度低、数据的互用性差。BIM技术作为一种利用三维数字模型和相关信息技术对建设工程项目进行设计、施工、运维管理的方法，恰好克服了以上问题。2新型建筑工业化建造的本质新型建筑工业化建造在技术发展和生产方式方面的目标应是：采用数字化信息技术控制下的智能建造系统，使大规模成批建造方式向大产量定制建造方式转变，并实行菜单式订购。实行新型建筑工业化建造应有以下几个方面的效果：①高效率。通过工厂化、规模化，大幅度提高生产效率；②高质量。通过自动化流水线生产，严格控制质量，最大限度地减少工作人员个人因素的影响；③高科技。通过在生产过程中采用新材料、新技术、新工艺，减少资源和能源消耗、减少二氧化碳排放、减少环境污染以及提高产品耐久性；④高效益。通过科技创新、规模化生产，降低成本、提高性价比和综合经济效益。基于我国建筑业的现状，要实现新型建筑工业化建造的目标和效果，任务是非常艰巨的。建造技术和生产方式上的改革会牵涉到整个建造过程的多个阶段和方方面面，是一项不折不扣的系统工程。这个系统工程可以分解为工业化建筑全寿命周期的９个阶段。新型建筑工业化建造是否实现的标志，可由９个阶段能否实现下述的“９个化”来衡量：（１）建筑设计个性化可以这样认为，标准化是工业化建造的基础，个性化是工业化建造成败的关键。因为建筑不仅是一个工程，而且是一种文化的表达，个性化应是建筑必须具有的要素。建筑设计应该在表现个性化的前提下，研究制定能满足工业化建造所2必须的标准化规定。（２）结构设计体系化应该研究能够符合工业化建造要求的结构体系，并能形成菜单式订购的体系建筑。除已形成的轻钢门式刚架体系建筑、螺栓球节点网架结构体系建筑等外，更应研究和引进新的体系，如轻钢低层及多层钢框架结构体系建筑、多高层钢支撑框架结构体系建筑、多层及小高层空间钢框架模块体系建筑，等等。（３）部品尺寸模数化模数化是实施标准化的前提，各类部品之间以及部品与建筑之间的模数协调、配套和通用，是实现部品系列化、商品化生产供应的前提条件，是机械化装配施工的保证，是建筑物得以实现工业化设计和建造的关键。因此，模数的合理确定极为重要，需要建筑、结构、设备、制作、安装等工种的协同研究。（４）结构构件标准化结构构件标准化的优劣对于实现大规模的工厂化生产有重要关系。因此应对不同的结构体系，基于已有工程实践的分析比较，提出标准化、系列化的结构构件系列，包括截面形式、用钢等，实现用最少种类的标准“积木”搭建尽可能形式多样的建筑。（５）加工制作自动化加工制作系统是是否实现新型建筑工业化建造的最直观的衡量标志。为了实现新型建筑工业化建造在生产方式和技术发展上与传统的大批量生产有质的变化，需要对不同的体系建筑研制数字化信息控制的高度自动化（无人或少人）的生产系统，并逐步发展为可自律操作的智能生产系统。（６）配套部品商品化配套建筑部品也是工业化建造的基本组成单元，直接关系到建筑工业化建造的品质。为了获得质量性能佳、成本低、适用性强和安全环保的建筑部品，应实现建筑部品商品化，利用互联网、物联网提高流通和应用效率，减少库存和损耗。各类部品研发时，应以模数化技术解决部品的通用性问题，以标准化实现部品的工业化生产，以系列化应对建筑个性化的要求，以集成化满足现场安装的需要。（７）现场安装装配化现场安装是关系到建造进度和质量及建筑物整体性、适用性、安全性和耐久性等好坏的关键工序，应针对成熟部品和工业化建筑体系研制装配专用设备，实现装配工艺优质、高效。（８）建造运维信息化应采用信息技术建立全过程信息化管理平台，包括建筑、结构、水、电、暖、建筑部品、部品间的连接等的设计、建造、安装、装饰、运行、维修等建筑全寿命周期的信息体系，实现建造全过程信息的交流和共享，提高运维管理的效率。（９）拆除废件资源化在设计、建造和部品制备等环节中都应考虑整个建筑拆除后废件资源化利用的可能性，甚至建筑整体的可拆除、可更换性。提高建筑部品利用效率、减少资源浪费本来就是推行建筑工业化的宗旨之一，也是我国建筑业可持续发展的必由之路。可以看出，当建筑物在全寿命周期的９个阶段都能满足“９个化”的要求，就标志了新型建筑工业化建造的实现。因此，新型建筑工业化建造的本质就是实现“９段９化”。3BIM技术在新型建筑工业化中的应用3ＢＩＭ技术信息化为产业链贯通、工业化建造提供技术保障，促进工程项目的集约化和精益化管理，推动建筑行业的转型升级。建筑工业化建筑是设计、生产、施工、管理集成在一起的标准化、体系化建筑。ＢＩＭ则是将其集成在一起的方法和工具，它串联起了建筑工业的全建筑信息、全生命周期、全专业协同等。设计方以预制构件型的方式进行全过程的设计，有效避免设计与装配的前后脱节．建设方可及时发现问题，对整体工程进行宏观调控．预制构件方可提前介入工程，不再采用“依照施工图进行构件拆分的方法，在施工阶段前期即可按照预期目标，设计预制构件的生产方案以及在方案设计指导下构配件生产。ＢＩＭ技术在建筑工业化的应用体系研究分为三大模块，即工业化要求模块、ＢＩＭ技术理念模块、和信息化管理模块，其研究框架如图１。图1BIM技术在建筑工业化中的应用体系3.1BIM技术在设计阶段的应用目前对BIM在设计中的应用主要有以下4个方面：（1）建立BIM技术模型，分析建筑工程性能和安全指数。在建筑工程设计初期，可达到建筑的最佳状态，随着设计的更加深入，建筑外观、楼层信息等也可以加入到初期设计模型中，丰富BIM技术模型信息，这一阶段，BIM技术模型已基本可以直观展现建筑信息，协助设计人员与各方面进行信息交流。（2）利用BIM技术模型，对管道、线路等进行综合检查。通过BIM技术模型，4完善管道、线路布局，优化设计，减少设计漏洞，以实现最完美的线路布局。在建筑工业化进程中，BIM技术可以检查钢筋位置，分析连接点是否牢固等。（3）利用BIM技术模型，进行经济计算。利用BIM技术可在使用中形成完整的整体，设计人员可以根据需要查找需用的数据资料等。（4）构建装修模型，展现装修可视化构图。BIM技术的应用范围极其广泛，在建筑建成后期，投入使用后，客户可根据自己需求选择装修套餐，为了解装修效果，使用者可通过BIM技术模拟装修完成后的景象，以保证客户需求得到实现。其中我国目前许多BIM项目大部分是建立一个三维模型，稍强一点的也是用的比较成功的是碰撞检查，在设计阶段其它用的较少。而在新型工业化中需要进行标准化设计。标准化设计表现为规划设计阶段、方案设计阶段、深化设计阶段。在规划设计阶段以场地分布、道路设计、自然环境、城镇规划为基础，利用ＢIＭ技术，通过对建筑形状进行分析，明确建筑物的各项技术指标与初步概算，为初步的施工材料用量提供信息。在方案设计阶段，难以在二维空间图纸上表达的设计理念与灵感通过立体数字化模型呈现出来,帮助建筑师在空间布局、形体关系、流线组织、材料选择、色彩搭配等多个方面进行可视化设计，实现精确的材料消耗明细表。在深化设计阶段，各专业利用ＢIＭ建模,使各专业直接由3Ｄ立体环境中了解设备尺寸与建筑物空间与高度是否有空间冲突的状况存在，其主要检查点为楼层高度、梁下净高度、通道尺寸、进出口大门、管道间尺寸、设备尺寸等，保证在计期间尽量减少可能的错误。3.2BIM技术在施工阶段中的应用3.2.1构件和部品方面构配件生产工厂化是建筑工业化的必要条件，墙板、楼板、楼梯等构配件全部工厂预制有利于实现标准化中制定的标准和规则，有利于加快生产进度、节约人工、提高效率，减少材料的浪费，为保护环境实现绿色建筑做保障。但是由于各个建筑构配件生产企业没有统一的生产技术体系，而为了满足企业的盈利性需求，企业会强调单一的、标准的构配件生产模式便于销售，这就进一步导致了房屋设计需要单一化、标准化的设计，而在信息主导下的构配件生产可以为构配件的生产提供详细的生产技术体系，便于构配件企业生产个性化、功能化的产品，更好的满足市场需求。构配件工业化生产的主要信息包括产品编码、型号规格、功能用途等信息，预制构件加工图可根据ＢＩＭ模型的信息数据直接生成，清晰的表达复杂构配件的空间关系．ＢＩＭ模型包含建筑的材料、工艺、尺寸、防火等级等信息，生成预制构件的用料单、模具参数等信息，ＢＩＭ技术并对每一构件进行统一、唯一编码，结合电子芯片技术，植入构件信息，构配件信息包括生产厂家、结构设计、构件安装等信息，并镶嵌到预制构配件的特定位置，便于对构配件进行全寿命的质量监管，实现标准化、自动化、安全化生产。在实际建造过程中可以利用BIM平台软件及专业开发的接口程序，把设计图纸输出为预制构件生产设备能够识别的代码，实现构件和部品的自动下料、自动成型直至构件的集成化生产，达到确保质量、提高精度、节约成本的目的。3.2.2构件运输方面在构件运输过程中同样可以利用BIM技术对构件进行统一、唯一的编码，打印制作成二维码标签，粘贴在构件的特定部位。在构件出厂、运输、安装过程5中利用扫码设备进行构件身份信息的获取、传递和分享。此方法可以有效提高效率，降低成本。3.2.3施工安装方面建筑工业化在实际过程中主要增加成本除了构件增加，安装费用的增加也占较大比例，而利用BIM技术提高施工安装装配化同样能够有效降低成本。新型建筑工业化需要实现施工安装装配化，需要大量的人力来记录构件信息，如搭接位置和搭接顺序等，运用BIM技术会确保信息的完整和正确。在BIM模型中每一构件的信息都会显示出来，3D模型会准确显示出构件应在的位置和搭接顺序，确保施工安装能够顺利完成。使用BIM技术有利于实现施工安装装配化。BIM平台软件可以与自动测量设备进行关联，结合先进可靠的大型吊装设备实现构件的自动、精确就位、快速安装，实现自动化施工。同时结合BIM软件施工进度模拟（4D）功能，优化调整施工方案。3.2.4施工现场管理方面利用BIM技术能实现管理集成化和信息化和精细化。利用ERP系统与BIM软件的数据交换，实现材料、构件的统一采购，实现生产经营信息化和管理精细化。项目管理集成化要求管理有更高层次的系统性。从目前的建筑业产业组织流程来看，从建筑设计到施工安装，再到运营管理都是相互分离的，这种不连续的过程，使得建筑产业上下游之间的信息得不到有效的传递，阻碍了新型建筑工业化的发展。将每个阶段进行集成化管理，必将大大促进新型建筑工业化的发展。BIM技术作为集成了工程建设项目所有相关信息的工程数据模型，可以同步提供关于新型建筑工业化建设项目技术、质量、进度、成本、工程量等施工过程中所需要的各种信息并能使设计、制造、施工三个阶段的进行模数