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摘 要: 建筑業在促進我國經濟發展上可謂是發揮了舉足輕重的作用。改革開放以來，為適應經濟和城市發展的需要，我國建筑業處于不斷擴張的狀態。然而，由于我國建筑業傳統的設計模式已不能適應城市可持續發展的要求，建筑業需要產業結構的現代化和適應性。節能、低碳、質量可控、工期短的優點，是建筑業的一個新的發展方向。此外，bim 技術作為整個建筑生命周期中最重要的信息管理工具，也解決了不同層次的協調問題在對已完工建筑的相關理論和 BIM 技術進行系統研究的基礎上，對預制建筑所面臨的信息收集的階段和難點進行了探討，并將其作為我國建筑業發展的助推器，促進了建筑業持續健康的發展。
1 BIM 概述
20 世紀 70 年代，Chuck Eastman 經過一系列的研究之后提出了“Building Description System”，被后人認為 BIM 是來源于這一概念，后來經過眾多學者的不斷研究，極大地充實、發展了這一概念。Tolman 等在前人研究的基礎上，提出了“Building Information Model”理念，認為項目的參與者應該將各層面的建筑信息進行整合，用來滿足不同專業對信息的要求。進入到 21 世紀，科學信息技術得到極大地發展進步，在信息技術的加持下，這一理念得到了快速發展，并開始廣泛地應用于建筑行業。目前還未對 BIM 做出明確的學術性定義，不過近些年相關研究日漸增多，對其給出了概述性的定義。簡單來說，BIM 是一種調查技術，它不僅是模型產生的結果，而且是模型創建、應用和管理的過程，它包括使用包含建設項目物理和功能特點的數字模型，以實現信息交換和協同工作，為項目決策和分析服務建設項目全生命周期。
2 BIM 技術特點
在建筑領域，BIM 技術之所以能夠得到快速地發展以及廣泛地應用，是因為其擁有相比傳統建設模式壓倒性的優勢，本文認為其優勢主要體現在以下方面。
1) 更加直觀。傳統的 CAD 二維設計 圖以水 平、高度和剖面的形式顯示設計結果。有時候難以完全展現設計師的設計意圖，借助于 BIM 技術，可以建立一個全方位的三維模型，很大程度上彌補了二維模型的不足，可以直接顯示建筑空間和設備的信息。
2) 全方位協調。傳統的設計 是逐步完成的。從設計 簽字到完成由業主、設計師、建設者和管理者各自分工明確各自的任務。然而，各方之間的信息傳遞和協調并沒有得到很好的理解。當從一個階段轉移到另一個階段時，項目信息很容易丟失，并且存在重復的工作負載。BIM 技術的發展帶來了一種新的工作方式，即所有主體都可以合作，建筑單位可以與設計人員交換設計、施工信息，并針對設計中出現的問題及時提出相應的解決措施，根據施工信息及時協調、更新項目建設進度，建立和管理信息，可以為管線的規劃和運行建立三維模型，與供應商交換現有數據，根據所得數據對模型進行修改和完善，提高模型的質量和價值。
3) 保證信息傳遞連續性。BIM 應用涵蓋了從設計到施工再到工程檢測的信息全過程，這些信息都可以進行編輯和修改。在實際工程建設過程中，不僅要收集建筑對象的三維幾何信息，而且要注重各個信息之間的設計、施工、維護和技術邏輯關系。因此，主管部門、建設單位、監測單位和設計單位要注意數據的連續性和信息的傳遞，模型中的每個信息都相互連接，當對象更改時，需要更改所有關聯的對象。該系統能夠準確地分析變化信息，生成正確的圖形和文本。
3 裝配式建筑概述
裝配式建筑又稱整體式房屋，是指由生產廠家在遠離現場的地方組裝或制造，在現場運輸、組裝建筑構件，此定義可分為三個階段的施工過程: 第一階段是結構的生產階段，第二階段是結構到施工現場的運輸階段，第三階段是就位前的組裝階段。與常規混凝土施工相比，它有兩個特點: 一是梁、板、柱、墻等主要建筑構件在構件廠預制; 二是各類構件必須在現場可靠連接。從我國裝配式建筑的相關標準規定可以了解到，裝配式建筑是指在其結構體系、內部設備、外圍防護系統和關鍵構件中使用預制構件，與傳統的預制構件定義相比，我國標準中預制構件的定義強調預制構件的使用應包括四個系統，這對我國預制構件的發展提出了更高的要求。
4 裝配式建筑優缺點
4． 1 優 點
1) 建設周期短。裝配式建筑的所有配件是需要在相關工廠進行預制的，完成之后只需要去工廠提取，然后在施工過程中靠專業的安裝人員進行安裝即可，這就大大縮短了現澆時間，可與其他專業施工在現場同時拼裝，不影響施工安全常規混凝土施工、養護等工作。另外，受氣候影響較小，因此可以最大限度保證施工時間。
2) 綠色環保。裝配式建筑可以實現工廠構件生產過程中模板和生產用水的循環利用，在很大程度上減少現場工作量和施工過程中的建筑材料。由于缺乏原始安裝大大降低了建筑噪聲、灰塵污染，符合綠色環保的要求，廢水和其他污染物在與傳統鑄造結構相比得到了有效地處理，在整個施工完成后大約可以節約 20% 的能源。
3) 建筑質量高。中國傳統建筑工地的工人大多來自農村，他們在正式進入建筑行業之前并未接受太多的專業培訓，都是自身在不斷的實踐中總結經驗，幫助自己更好地開展工作，但也存在一些工人的能力在實踐工作中并未得到良好的提升的情況，以致建筑工人的素質參差不齊，這就很難保證建筑的每一個施工環節都能有較高的質量，一旦建設過程中某一個環節出現問題，很容易對整個建筑質量造成嚴重影響。而裝配式建筑的構件都是在工廠里完成加工，所有工人都是在經過了嚴格專業的培訓之后才上崗工作，生產程序高度專業化，生產出來的每一件產品都高度標準化，在很大程度上提高了零件的質量; 另一方面，在實際施工過程中，不僅配備了專業的安裝工人，而且工人都是在嚴格按照明確的施工標準下進行安裝構件，從根本上保證了整個建筑的質量。
4) 設計多樣化。隨著人們生活水平的提高以及審美觀點的變化，對住房環境也提出了更高的要求。如今的傳統建筑中，混凝土結構承重墻居多，空間設計無法實現多樣化，不能很好地滿足消費者的住房需求。裝配式建筑可以按照消費者的要求進行空間分割，不僅能夠更好地滿足業主個人的工作和生活需求，而且在設計上更加美觀。
5) 標準化信息化。裝配式建筑在設計過程中，為了達到高精度生產和提高生產效率的目的，必須對構件進行標準化。一方面，裝配式建筑構件的生產和施工標準化程度高，輸送帶作業工作量少，可以有效減少所需人力; 另一方面，裝配式建筑標準化程度高可以在實際生產過程中借助信息技術實現數字化生產，提高整體生產效率，促進信息化技術的有效利用。
4． 2 缺 點
1) 成本高。裝配式建筑的造價比傳統的現澆建筑要高很多，其主要原因是: ①預制構件的預測試和裝配需要投入大量資金; ②預制構件的預測試和裝配需要大量資金，由于預制構件的標準化程度較低，不同企業對構件的要求不一致，所以對生產流程要求極高，進而導致價格難以下降; ③零部件生產企業很難確定構件的市場收益，這種情況下不得不壓縮和控制生產規模，導致生產成本長期上升，進而導致建筑的總成本更高。
2) 技術要求高。裝配式建筑對元器件的精度要求很高，如果構件在生產過程中哪怕出現了幾毫米的誤差，那么在實際裝配過程中也可能無法使用，這對生產設備和零部件的現場組裝提出了更高的要求。雖然我國零部件生產工藝在近些年得到了快速的發展，但是我國的零部件生產水平、零部件裝配工藝和結構檢測方法都無法與發達國家相比，甚至一些零部件的生產不能滿足標準要求，存在著重大的技術障礙。除此之外，預制構件一般技術要求高，接頭數量和現場管理也受到嚴格限制。
3) 應用領域小。相關規范對裝配式建筑的總高度和層高進行了限制，關于裝配式建筑常常需要根據實際情況來確定，尤其是對于高層建筑。4) 社會認可度有待提升。由于受諸多因素的影響，成品建筑企業獨特的投資成本較高，使得其在生產積極性較強的同時，由于預制構件的成本高于傳統的城鎮地區整體澆筑，開發商還沒有準備好開發預制構件。再者，裝配式建筑在我國的普及率不高，消費者對裝配式建筑存在誤解，認為裝配式建筑的質量不如混凝土建筑。因此，為了提高對裝配式建筑的認識，首先要提高我國的工業化水平。
5 BIM 技術與裝配式建筑
我國建筑業雖然取得了良好的發展，但是依然存在諸多問題亟需解決，比如資源浪費大、環境污染嚴重、勞動力成本高等問題。在這種背景下，改革完善建筑業施工過程非常緊迫。裝配式建筑在工廠內完成構件的生產加工之后，在工廠內運輸到現場后可以直接安裝，與傳統建筑相比，預制建筑所產生的建筑材料、廢水、污染物等較少，施工過程更加綠色，生產效率和施工質量都將得到提高，促進建筑業的可持續發展是十分必要的。裝配式結構在解決傳統建筑技術問題的同時，也面臨著新的挑戰。在預制步驟中，與主體部分的傳統施工相比，施工工程從現場澆筑轉變為構件組裝，并進入施工深化階段，構件生產和物流運輸都是在施工過程中完成的，這對生產管理、物流管理和現場設計的共享提出了更高的要求。將 BIM 技術應用于工業建筑設計、生產和施工過程中，可以提高效率。在深化設計時將 BIM 技術應用于構件分體設計中，通過改變構件生產中的設計和控制，可以減少構件之間的碰撞，BIM 模型可以提供詳細的信息，直接導出元器件，完成對元器件數量和相關信息的統計，后續的信息可以直接傳送到生產設施中進行數字化生產和處理，提高生產效率。在施工準備階段根據 BIM 模型進行優化，利用施工系統模擬有用的施工進度，在 BIM 技術中可以模擬專用升降平臺的可視化模型，可以充分了解設計和安裝的要求以及精度對構件的安裝和連接進行改進。此外，BIM 技術還可以用來提高施工現場的質量、安全和進度控制。借助于 BIM 技術，可以有效地提高工業建筑的生產建設水平以及質量，并且可以促進我國建筑業與先進國家的建筑業看齊。雖然目前在裝配式建筑中 BIM 應用還處于發展階段，還有很長的一段路要走，但是其發展前景是非常好的，在不斷的實踐過程中會得到發展和完善。
6 BIM 技術在裝配式建筑機電工程施工中的問題及解決策略
1) 制度保障。在建筑業中，政府還沒有一個完整的 BIM應用標準，在應用過程中沒有完善的模型深度和數據處理標準。時間仍然是二維層面的主流模式，以顯示設計成果的二維圖紙所產生的 BIM 模型在表達上不同于現行的設計和設計標準，而圖紙的有效性是由法院裁定的。軟件必須在項目的不同階段使用，在我國缺乏關于軟件和標準之間相互作用的相關標準的支持。這些問題在一定程度上限制了 BIM 技術的推廣應用，法律責任界限模糊也是業主、建設單位和建筑單位共同面臨的問題。對 BIM 技術的應用沒有明確的規定，如模型的所有權、數據交換的要求、對外保密等，同時，項目參與方之間的法律責任也必須明確。要解決這一問題，政府首先應制定相應的 BIM 應用和數據交換標準表?？紤]到國家標準制定周期長，在工程應用中，企業通常根據自身經驗制定適合本工程的建模規范。要加強 BIM 技術的知名度，讓更多的單位管理者了解 BIM 的本質，相關部委可以制定激勵方案，為 BIM 應用單位提供政策支持，激發企業應用 BIM的積極性，以明確法律責任的界限，了解 BIM 應用中項目參與者的風險和法律責任。
2) 技術支持。大型公共建筑的施工過程需要多個單位的參與，在工程建設的每一個階段，許多信息數據都必須通過一個公共平臺共享，BIM 的應用依賴于不同的軟件。軟件之間的數據交換接口不完全兼容，容易缺乏信息。另外，我國使用的 BIM 軟件大多來自歐美，需要優化，以滿足我國的需求。隨著 BIM 數據交換標準在世界范圍內的廣泛傳播，BIM 被用來提取信息技術各個階段的數字數據，然而在我國建筑行業的信息交換過程中并沒有一個統一的數據表達和傳輸標準。為了實現信息的集成、交流與合作，需要建設一個綜合性的 BIM 服務平臺。該平臺以數據庫的形式存在，項目參與者可以根據自己的需要自動訪問數據。這需要一個統一的數據交互標準。BIM 實施的主體是技術，因而對應用型人才的需求是有限的。此前只有少數專業人士知道 BIM，不過越來越多的企業看到了 BIM 的應用價值，紛紛開始了BIM 的研究和員工培訓。
3) 經濟效益。BIM 應用的經濟效益也在一定程度上限制了其自身的發展范圍。BIM 軟件對計算機配置有更高的要求，必須增加硬件投資，同時，相關軟件的購買和升級費用也必須由公司自己承擔。另外，公司必須加強對員工的專業培訓，不斷提高工作人員的綜合素質以及工作能力。同時如何計算應用期間的投入和產出，如何平衡各方的利益，以及誰應該承擔因應用程序錯誤而造成的經濟損失，都是需要在工程之前解決的問題，業主是整個項目中 BIM 技術的最大受益者。在第一個規劃階段可以根據三維模型進行比選; 在設計過程中可以隨時更改模型和更新圖紙，避免重復性工作;建?？梢蕴岣吖こ藤|量，減少返工和資源浪費。
7 結 語
預制構件機電設計優化研究以 BIM 技術為基礎，將 BIM計算機化的優點與預制構件高效、節能、環保的優點相結合，建立 BIM 數據表格，并全程進行項目管理整個過程。與歐美發達國家相比，我國裝配式建筑的發展還存在一定的差距。并且我國預制構件的生產和設計驗收標準落后，施工技術發展滯后。因此，將裝配式機電設計與 BIM 技術相結合，對提高住宅的施工進度和改善住宅質量具有十分重要的意義。
作者：歐陽婷 劉鋒濤 韋美練 廖梅麗 王仕敏 單位：柳州工學院