裝配式建筑智慧建造可持續發展研究

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裝配式建筑智慧建造是未來建筑業發展的方向，中央及地方政府持續出臺相關政策大力推廣裝配式建筑，而BIM技術是裝配式建筑智慧建造的核心。2021年10月，國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》，要求大力發展裝配式建筑。2017年住房城鄉建設部和國務院辦公廳印發的相關政策提出要推廣應用BIM技術，全面推進裝配式建筑的綠色化發展，提升建設項目全生命周期的科學管理水平，即智慧建造。裝配式建筑具有降耗、節材、節省工期、減少建筑垃圾等優勢，但基于BIM技術的裝配式建筑智慧建造同時也面臨可持續發展障礙，如標準不完善、增量成本較高、建筑信息化人才匱乏、施工管理水平有待提高、節點連接等關鍵技術急需解決、監管與保障機制缺陷、BIM軟件適用性不強等，這些都限制了其可持續發展。當前，對于裝配式建筑的研究成為學術界研究的熱點與主流。石振武等[1]從裝配式建筑綠色供應鏈結構模型入手，構建了裝配式建筑可持續發展評價指標體系；吳大江[2]從BIM技術和裝配式建筑的特點出發，結合具體項目，分析BIM在裝配式建筑中應用的原則和內容，通過BIM實現一體化集成應用及全過程管理，提高裝配式建筑效率。目前基于BIM的裝配式建筑智慧建造可持續發展研究得較少。基于此，文章提出BIM技術在智慧建造發展的設計、施工、物業運維各階段的應用，并對裝配式建筑推廣中存在的各種問題提出策略建議，為可持續發展提供策略。

1裝配式建筑智慧建造可持續發展的內涵

裝配式建筑能夠提升建筑品質，縮短工期，減少污染，實現節能環保，促進經濟的可持續發展，智慧建造是建立在BIM、物聯網、云計算、大數據等新興信息化技術基礎上的工程信息化平臺，而BIM是智慧建造強有力的手段之一，建造過程中信息能夠高效創建、整合、共享、交互，提高了裝配式建筑的信息化和精細化水平，提高了建設效率，實現建筑全生命周期智慧化管理，是我國當前重點推行的新型建筑模式。“十四五”對實現建筑工業化，促進裝配式建筑發展提出了具體要求，各地紛紛響應。裝配式建筑技術在發達國家已經比較成熟，例如美國、日本、瑞典等國家的裝配率分別已達到90%、85%、80%。但裝配式建筑在我國的發展水平還處于較低水平。最新數據表明，截至2020年，我國新建裝配式建筑約為6.3億m2，占總新建建筑面積的20.5%，與發達國家平均水平差距明顯。而且由于裝配式建筑標準化設計程度不夠，以及現澆鋼筋混凝土建造方式的沖擊，我國的裝配式建筑發展幾度停滯。智慧建造可以通過提高資源效率、精細化施工管理和最大限度減少浪費的方式來保持建筑業的良好發展，裝配式建筑要想實現可持續發展，就需要智慧建造的指導。因此，本文研究的裝配式建筑可持續發展的內涵主要是以大數據、云計算及BIM等手段作為技術依托的一種新型建造理念，使信息高效創建、整合、共享、交互，從而縮短工期，提高質量，實現低碳節能，保護環境和減少污染，保證健康持續發展。我國環境污染嚴重，資源匱乏等現狀下，建筑業必然要走低碳、節能、綠色的發展路線。裝配式建筑智慧建造則剛好符合該趨勢，是建筑業發展的必然選擇。基于BIM的裝配式建筑智慧建造可以整合產業鏈資源，為建筑業發展注入活力。目前裝配式建筑的開發建設存在各種各樣的問題，重要原因就是BIM技術在裝配式建造中的應用還不夠成熟。本文以BIM技術在裝配式建筑智慧建造中的應用為切入點，提出推進裝配式建筑智慧建造可持續發展的策略，為政府部門制定相關政策和策略提供有益參考和依據。

2BIM技術在裝配式建筑智慧建造中的深入應用

BIM技術應在裝配式建筑智慧建造的設計、施工、物業運維各階段發揮最大作用。

2.1設計階段

（1）三維建模BIM在裝配式建筑智慧建造的應用首先是要建立三維信息化模型，隨著項目的推進，持續對模型添加新信息。通過BIM建模軟件可將三維模型自動生成平面圖、立面圖、剖面圖以及詳圖，相對于傳統的二維平面圖，建筑物表達更直觀立體。BIM模型是一個數據庫，它涵蓋了工程的基本信息，可以根據需要從數據庫中提取明細表，如快速統計構件工程量、尺寸等信息。（2）性能優化BIM模型包含豐富的非圖形信息，它可以實現結構性分析、日照采光分析、能耗分析等，通過模型分析建筑物設計合理性，對于不合理的設計，做出修改，節約資源。（3）碰撞檢查BIM技術集成了建筑、結構、機電、安裝等各個專業。因此可以進行不同專業、同專業不同構件之間的碰撞檢查，按照“檢測、優化、再檢測”的思路，不斷完善設計。其次，利用BIM的可視化技術模擬現場裝配，避免預制構件與現澆連接節點位置之間發生碰撞。

2.2施工階段

（1）場地布置管理裝配式建筑施工現場是裝配、現澆、裝飾裝修等多專業多工種的協同工作，作業環境復雜，并受到地形和常規技術等限制，因此場地平面布置經常面臨變更。傳統的場地平面布置是平面的，不能充分考慮吊裝等立體空間之間的影響，更沒辦法考慮到時間維度，而BIM技術可直觀地展示空間上的布置和時間上的邏輯。（2）預制構件管理BIM生產階段的應用主要包括預制構件的生產和運輸環節。智慧建造匯集BIM技術、物聯網及GPS定位系統，可動態跟蹤組件的生產和運輸，施工、監理、業主等各方可在信息交流平臺查詢構件的生產、運輸狀況。拼裝結束后，可以通過三維激光掃描，也可以用傳統人工檢查的方式檢查預制構件生產質量，現場管理人員可通過RFID芯片或二維碼查看預制構件當前狀態。在運輸途中，通過后臺數據查詢運輸車輛車牌號、司機姓名聯系方式等基本信息。（3）安裝管理安裝是將設計轉換成實體，虛擬轉換成現實的階段，基于BIM的裝配式建筑智慧建造可以實現虛擬預拼裝、可視化技術交底、質量跟蹤管理等[3]，目前市場上有多款集成軟件，如BIM5D，它將施工進度計劃導入，對所有的分部分項工程進行任務關聯、然后跟蹤進度情況。同時將預算成本、合同成本導入軟件，進行清單匹配和清單關聯，從而跟蹤項目成本狀況。實體模型3D、時間維度、成本維度形成了5D，軟件可以實時跟蹤進度、資源、費用偏差，不斷優化施工組織設計。另外，可以用可視化的方式進行技術交底，以動畫的形式展示構件空間關系。基于BIM技術，可以對不同工況和工序進行仿真演示，技術人員還可以通過移動端對質量進行實時監測，通過平臺將信息反饋給相關人員。

2.3物業運維階段

運維階段是用RFID、NFC等技術采集信息數據。RFID通過射頻信號自動識別目標對象，進行實體追蹤和數據交換。NFC與RFID功能類似，它們都是短距離點對點的通信，會自動尋找附件設備，然后建立連接，即便關機，也能發送和識別數據。通過這些技術可以將各種設備與主控終端相連，不同的基礎部件運維有機融合，從而節約人力物力。

3基于BIM的裝配式建筑智慧建造可持續發展策略

3.1完善標準化

《建筑信息模型應用統一標準》《建筑信息模型分類和編碼標準》《建筑信息模型施工應用標準》等國家標準相繼公布，各地市也相應出臺了BIM標準，但大部分是綱領性文件，細節性標準較少，對于裝配式建筑構件描述和劃分、信息化技術使用更少。根據我國裝配式建筑的發展特點和社會大環境，應建立健全國家和地方設計標準，出臺相關法律法規約束參建方的行為。（1）鼓勵科研院所、高校、企業的相關專家、學者參與制定國家和行業標準，建立適應于裝配式建筑的規范和標準，鼓勵BIM、VR、RFID、NFC、三維激光掃描等信息化技術應用于裝配式建筑中，推進智慧建筑的發展。（2）鼓勵建筑業頭部企業制定企業標準，助力裝配式建筑向智慧建造發展。企業積極開拓針對不同項目類型的工法體系，以便更好地對質量、進度、成本、安全進行管控，從而達到降低成本、提高施工效率、促進環保的目的。企業建立有針對性的工法體系，可以降低成本、確保進度、保證質量，從而提高裝配式建筑的建設效率。（3）完善部品部件庫。裝配式建筑設計需要嚴格按照模數化標準，否則無法進行大規模生產。建立并不斷完善全國統一部品部件庫，從而推動預制構件大批量生產，統一化施工，減小地域因素對裝配式發展的影響。

3.2降低成本

增量成本是裝配式與現澆建筑每平方米成本的差值，根據住建部2016年12月發布的《裝配式建筑工程消耗量定（2016）》可估算出裝配式住宅的建造成本高于現澆的21%～38.8%，成本高出300～500元/m2。增量成本產生于建設過程，由開發商承擔，但產生的增量效益貫穿于施工、運營以及報廢拆除等整個生命周期，受益主體是開發商、消費者和社會，收益與成本不匹配，導致開發商積極性受挫，因此應該尋找合理的分攤比例，減輕開發商成本負擔，提高開發積極性，實現裝配式建筑的可持續發展。BIM技術能減少預算變更、減少能耗，但因為其應用成本高，業主不愿意增加成本投入。因此需要從以下兩個方面解決。（1）加大金融扶持。將智慧建造納入到高新技術產業，享受優惠政策；對從事裝配式建筑智慧建造的開發企業，給予寬松的金融政策，降低融資難度，國家給予適當標準的補貼；對智慧建造的新技術企業，降低其所得稅稅率、社保比例；對采用新型材料的企業實行增值稅即征即退政策；對引進大型專用先進設備的裝配式建筑生產企業，購置機器設備抵扣增值稅，享受固定資產加速折舊等政策；對購買裝配式建筑者，降低首付款比例，增加貸款額度和貸款期限，減免契稅、印花稅等[4]。（2）建立專項基金。成立基于BIM的裝配式建筑智慧建造專項基金，對示范項目、新重點實驗室、技術研發中心等領域進行財政補貼；減免裝配式建筑技術工人的培訓和技能鑒定費用；對實施基于BIM的裝配式建筑的企業進行面積獎勵等。

3.3培養專業人才

建筑設計人員不熟悉BIM技術，仍然按照傳統的設計思路，導致工作中缺乏協同意識。因此，高校需要將人才培養與就業崗位對接，以最新的職業標準、行業標準和崗位規范為指導，按照裝配式建筑智慧建造的職業崗位所需的知識、技能和職業素養進行課程設計，優化創新課程結構、課程內容、課程深度[5]；發揮裝配式建筑企業和高校不同的優勢，形成“產、教、研”融合、校企優勢互補的培養體系；傳統授課、慕課平臺、實訓基地，線上線下相結合、理論實踐相結合，立體化全方位地培養新型裝配式建筑人才；支持從事裝配化建筑智慧建造的相關在職人員繼續教育，加強理論和技能操作。

3.4提高施工管理水平

與傳統的現澆模式相比，裝配式建筑中大量的現澆現場作業變成了預制工廠制作，如墻、樓梯、陽臺、衛生間等，預制構件運輸到施工現場，通過可靠的連接裝配安裝而成，這需要預制構件從設計、生產、運輸、測量、吊裝、連接和校對等各道工序均具有較強的技術力量和較高的管理水平，管理人員應基于裝配式建筑智慧建造的理念，建立有針對性的管理目標和管理計劃，加強參與方之間的組織協調，不斷提高施工管理水平，促進裝配式建筑的可持續發展。3.5創新生產工藝裝配式建筑有許多節點連接和構件組裝，節點連接的質量高低直接決定裝配式建筑質量的好壞。我國裝配式建筑節點的承載能力和剛度能滿足要求，但節點的延性往往達不到設計要求。此外，裝配式建筑節點存在滲漏的質量通病，因此在構造處理時，必須對各連接節點采取有效的防水處理。因此，項目各參與方需提高技術創新能力。如設計單位，要尋求變革與創新，需改變原有的設計思維，用信息化技術貫穿設計全過程；施工企業，建立技術和信息化部門，并在政策和經濟上給予傾斜，研究裝配式建筑智慧建造的新工藝、新方法，解決節點連接等關鍵技術問題；生產單位，創新生產流程，因地制宜，就地取材，節約成本[6]。

3.6加大懲罰力度

政府機構的監管與保障機制是裝配式建筑能否可持續發展的關鍵，因此需要完善政府機構的引導與服務，研究行之有效的監管、保障和激勵機制等。為促進建筑業的可持續發展，要達到四節一環保目標，應加大對傳統現澆建筑的監管力度，對環境污染嚴重、質量未達標的建設項目，采取嚴管重罰，將相關單位和人員記入誠信檔案。

3.7自主研發軟件

現階段我國設計階段常用的建模軟件有Revit、Catia等[7]，這些軟件都是國外開發的，與我國實際情況有一定的差距，以Revit軟件為例，在建模的過程中軟件會自動統計工程量，但由于我國和國外的工程量計算規則和定額不一樣，因此還需要用廣聯達、魯班等傳統的計價軟件進行二次算量，影響了效率。另外，信息協同平臺缺失，裝配式建筑的參建方之間的信息交互復雜，信息流失嚴重，資源整合低效，信息共享困難。因此，應做好裝配式建筑關鍵技術研究中心及實驗室配套設施建設，支持關鍵技術研發，展開科技攻關。鼓勵中小企業自主研發，營造裝配式建筑智慧建造產業生態圈。智慧建造的核心是建筑全生命周期的信息共享，BIM本身就是強大的數據庫，可集成項目各參與方的信息，使“信息孤島”轉變成各專業、各參與方協同模式。

4結語

裝配化建筑有著無可比擬的優勢，但是現階段存在標準不完善、增量成本高、建筑信息化人才匱乏等局限，限制了其可持續發展。本文提出裝配式建筑智慧建造可持續發展的內涵，分析發展現狀，提高BIM技術在裝配式建筑智慧建造各階段的應用能力，并對裝配式建筑存在的問題提出相應的策略建議，從而促進裝配式建筑可持續發展。

參考文獻

[1]石振武,王金茄.綠色供應鏈視角下裝配式建筑可持續性評價研究[J].工程管理學報,2020,34(02):32-37.

[2]吳大江.BIM技術在裝配式建筑中的一體化集成應用[J]．建筑結構,2019,49(24):98-101．

[3]葉斌.裝配式建筑智慧建造的現狀及發展趨勢[J].智能建筑與智慧城市,2021,41(09):104-105.

[4]陳玲燕.裝配式建筑發展動力機制研究[J].價值工程,2019,48(04):56-58.

[5]林樹枝,施有志.基于BIM技術的裝配式建筑智慧建造[J].建筑結構,2018,48(23):118-122.

[6]周瑞.基于BIM的裝配式建筑智慧建造過程研究[D].吉林建筑大學,2019.

[7]楊宇沫.基于BIM的裝配式建筑智慧建造管理體系研究[D].西安科技大學,2020.

作者：陳玲燕 單位：廣西建設職業技術學院 管理工程學院