BIM+装配式技术应用现状及案例分析

秦金凤

BIM+装配式技术应用现状及案例分析

秦金凤

（合肥经济学院 艺术设计学院，安徽 合肥 230011）

BIM+装配式技术可被应用于建筑设计、构件生产、施工管理、运营维护等建筑项目的各个阶段，在建筑全生命周期中发挥着重要作用。在大型综合建筑、大型公共建筑、高层住宅建筑、超高层建筑等各类建筑中，BIM+装配式技术均有突出表现，尤其在解决异形结构、前移生产环节、缩减工期、节约建造及管理费用等方面优势突出，对推动我国建筑领域智能化、精细化以及集约化发展具有重要意义。

BIM+装配式技术；装配式建筑；智能建造

装配式建筑结构性强、生产周期短，具有良好的社会效益与经济效益，对推动建筑行业健康发展具有重要意义。当前，人们对建筑的性能与质量提出了更高要求，绿色生产理念也要求建筑行业进一步改革。同时，装配式建筑深化设计误差大、信息传递不及时、项目管理水平低等问题逐渐暴露，亟须通过新的思路与工具驱动装配式建筑突破瓶颈。BIM+装配式技术作为应用于建筑全生命周期的设计技术，实现了建筑项目各阶段的深度参与，使各参与方信息共享成为现实，从绿色、高效、节能等角度推动了建筑行业的持续发展。将BIM+装配式技术应用于建筑领域，能积极参与装配式建筑的深化设计、构件生产、施工管理、运营维护等各个阶段。随着BIM+装配式技术的持续进步、日益完善，其将在建筑领域发挥更突出的优势与作用。

1 BIM+装配式技术的应用现状

从建筑专业、建筑进程、建筑类型等不同角度来看，BIM+装配式技术在建筑领域的应用范围不断拓宽。BIM+3D、BIM+VR、BIM+二维码等现代应用相继出现，BIM+装配式技术与其他信息技术的协同性持续加强，推动建筑领域进一步向工业化、智能化迈进。但受到BIM技术和装配式技术自身特性的制约，BIM+装配式技术的应用水平有待提升。

1.1 应用范围不断拓宽

得益于BIM技术的持续进步和装配式技术的突出优势，BIM+装配式技术在建筑领域的应用范围不断拓宽。从建筑专业角度来看，BIM技术被广泛应用于装配式混凝土结构、木结构、钢结构，在集成化系统安装水电暖设备、装配式室内装修等方面同样作用明显。BIM+装配式混凝土结构应用广泛，已形成较为成熟、稳定的建筑工艺。从建筑进程角度来看，BIM+装配式技术可应用于建筑项目的全生命周期，从建筑项目的勘察设计，到建筑构件的精细生产，再到建筑项目的施工管理，乃至后期建筑运营维护，BIM+装配式技术可应用于各个阶段。BIM技术在装配式一体化集成中的充分应用，在调整建筑空间布局、优化结构体系的同时，使装配式建筑的部品设计、部件深化、装修统筹等能力得到有效提升[1]。从建筑类型来看，BIM+装配式技术可应用于大型综合建筑、大型公共建筑、高层住宅建筑、超高层建筑等。不同类型的建筑功能定位不同，施工过程和建筑工艺存在显著差异，这无疑从设计环节到最终的运营管理，对建筑师的专业能力提出较高要求。BIM+装配式技术突出的建模能力、分析能力、模拟能力，为复杂结构及异形建筑的精细化设计提供了重要支撑，使更多造型奇特、功能复杂的建筑得以建成并运营。

1.2 技术协同持续加强

BIM+装配式技术在建筑领域的广泛应用，离不开BIM与装配式技术的快速发展，也得益于相关技术的持续进步和有力驱动。例如，BIM+3D打印这两项以模型为基础的技术叠加后，在建筑领域焕发新的活力。3D打印技术通过提取BIM系统中复杂的预制构件模型，全方位展示模型信息，不仅大幅度缩短加工周期，而且在打印精度方面具有无可比拟的独特优势。尽管在打印机尺寸和打印材料的共同限制下，目前BIM+3D打印无法完成高楼大厦的整体建造，但基于BIM的小型建筑3D整体打印已完全实现，并在节能降耗、成本控制、绿色环保等方面表现突出。同时，BIM+3D技术在打印节点模型、辅助异形设计等方面优势明显，使建筑设计施工的个性化、定制化、直观化成为可能。再如，BIM+VR技术将建筑信息模型与虚拟现实相结合，VR技术的最大特点在于能够为用户提供沉浸式体验，加强了BIM三维模型的可视性和具象性，有效解决了建筑行业“所见非所得”的痛点。当前，VR技术在建筑营销展示方面已相对成熟，在建筑设计中的整合应用也在稳步推进，将通过在BIM建筑设计中搭载VR插件，为前期设计规避风险、模拟方案提供有力帮助。此外，BIM+无人机、BIM+二维码、BIM+大数据、BIM+人工智能等技术逐步开展应用探索，技术协同持续加强也为BIM+装配式建筑的发展提供了新的思路与契机。

1.3 应用水平有待提升

BIM+装配式技术应用于建筑全生命周期，在建筑领域基本已达成共识。但从实践角度来看，BIM+装配式技术的应用水平依然有待提高。一方面，BIM技术的应用受阻明显。虽然BIM技术应用于建筑领域具有鲜明优势，但建模过程需要耗费大量人力、物力，技术应用也需要系统研发的强力支撑。中国在BIM建筑应用方面做出诸多努力与探索，不过依然依赖国外BIM头部企业的软件产品，这就使得国内多数建筑企业只将BIM技术应用于某一建筑阶段，应用效果较为有限，经济效果并不明显。尤其个别企业只将BIM技术应用于对外展示、产品营销等环节，陷入BIM技术应用误区，增加了企业的不必要成本。同时，BIM技术本身阶段性应用较多，一体化集成应用既缺乏良好的技术支撑，又缺乏成熟的应用市场，应用深度尚需进一步拓展。另一方面，装配式建筑的推广效果有限。目前，中国装配式建筑在新建建筑面积中的占比只有3%左右，且集中在保障性住房方面，总体建造规模较小、应用范围较窄[2]。从技术角度来看，装配式建筑参与方较多，信息沟通频繁琐碎，而基于装配式建筑的信息化建设相对滞后，制约着装配式建筑信息数据的传递与共享。且装配式建筑涉及多领域、多行业，技术密集且风险多样，产业链建设缓慢且被动。因此，即使政府出台政策驱动装配式建筑发展，行业主体的积极性也得不到有效调动。

2 BIM+装配式技术在建筑应用中的流程分析

随着技术层面攻坚克难取得持续进步，BIM+装配式技术在建筑项目中的应用日益广泛而深入。BIM+装配式技术可应用于建筑设计、构件生产、施工管理、建筑运维等各个阶段，在提升建筑项目建造效率、推动建筑项目精细化管理等方面发挥着重要作用。

2.1 BIM+装配式技术应用于建筑设计

传统建筑设计具有明显的线性时间表现，即建筑设计师以行业标准为遵循、以业主需求为导向，对建筑的外在形态、空间布局、使用功能等做出整体设计，设备工程师、结构工程师在此基础上开展专业设计。由此可以看出，传统建筑设计各专业有明显的先后顺序，且彼此间缺乏沟通讨论。BIM+装配式技术以完善的系统软件为支撑，实现了建筑领域多专业协同设计，大幅提高了建筑设计的效率与质量[3]。在建筑设计阶段，BIM+装配式技术主要通过信息建模、方案设计、模拟分析等应用切实提高设计工作的科学性和精准性（见表1）。

表1 BIM+装配技术在建筑设计阶段的主要应用

2.2 BIM+装配式技术应用于构件生产

装配式建筑主要将建筑的梁、柱、楼板、窗体等构件，以工厂预制形式完成场外生产，然后将预制构件运输至场内进行现场拼装。因而，预制构件的生产阶段也是建筑项目中至关重要的一环，BIM+装配式技术在优化生产方面发挥着重要作用[4]。由于装配式建筑具有严格的精度要求，在构件生产阶段必须尽可能保证构件信息的完整与准确，质量的稳定与可靠。对此，装配式建筑生产需将BIM系统中的构件设计信息与预制构件生产系统直接对接，在自动化生产模式下提高构件生产效率、保证构件生产质量。在具体生产过程中，需在完成BIM构件设计深化后利用系统标记功能对所有构件进行逐一编码，工厂也要对已完成的构件打上编码钢印，使设计模型与构件生产之间形成一一对应的强关联关系，为构件生产的准确有效提供保证。为了避免因预制构件信息传递不到位引起的生产误差，还需依靠BIM+VR技术完成可视化交底，通过三维动画全景式、立体化展示预制构件的质量要求和技术工艺，以简单直观的形式为构件的生产提供有效指导[5]。此外，BIM软件可针对不同类型的构件设计专用支架，以便在节省堆放空间、方便机械吊装的同时，避免因运输晃动、叠加堆放等造成构件损坏。

2.3 BIM+装配式技术应用于施工管理

BIM+装配式技术在施工阶段的应用，主要体现在通过技术手段对施工过程的全面管理。在建筑项目管理中，质量、成本、进度是三大管理目标（见表2），共同决定了建筑项目的整体效益。同时，质量、成本、进度三者之间存在复杂关联。建筑项目必须协调三者之间的关系，在保证工程进度的同时，实现建筑项目高质量、低成本的顺利推进。

表2 应用于施工管理的主要目标及其内容

2.4 BIM+装配式技术应用于运营维护

既往建筑项目多以工程竣工验收为结束，而应用BIM+装配式技术，智慧制造、智能运营不仅存在于BIM系统软件中，而且通过嵌入手段分布在建筑的不同方面和各个角落，因此，BIM+装配式技术必然在建筑的运营维护中发挥重要作用。

在设备维护管理方面，BIM与RFID技术可搭建稳定高效的运维信息管理平台，装配式建筑的预制构件、设备设施构建的运营维护系统可直接接入运维信息管理平台，从而对整个建筑的安全状态、质量状态、能耗情况展开全面管理[6]。例如，当发生火灾险情、电梯故障等突发事故时，运维信息管理平台可在第一时间精准定位意外发生位置，并集中展示与之相关的设施材料、建筑环境等信息，为救援工作提供有效指导。

又如，当出现建筑设施设备损坏情况，BIM+装配式技术不仅可以发挥定位作用，而且可在运维信息管理平台调取设施设备的历史记录，帮助维修人员尽快地掌握故障设施设备的备件耗材、历史维修、操作人员等详细信息。

再如，在建筑能耗监测中，BIM技术可对建筑内各部分的能耗需求设置合适阈值，并对建筑运营能耗展开动态监测，及时定位能耗异常位置，为降低能耗水平提供参考方案。

还在智慧运营方面，BIM+装配式技术共同打造智慧建筑。例如，在酒店建筑中，客房控制系统会自动记录客人对客房温度与灯光的偏好，客人再次入住后系统会根据历史记录自动设置符合客人居住习惯的环境。甚至在部分大型建筑附带的停车场区域，导航系统可自动开启空位导航，还可为车主找车时提供最佳路线选择。

总之，将BIM+装配式技术应用于建筑运维，能够使冰冷的建筑具有精细管理思想和智慧服务能力。

3 BIM+装配式技术在建筑应用中的案例分析

将BIM+装配式技术应用于建筑项目，具有效率高、误差小、安全可靠等突出优势。不过不同类型和功能的建筑的目标定位、作业难点等方面存在显著差异，对项目参与方的技术、工艺、管理等要求也有所不同，因此，将BIM+装配式技术应用于大型综合建筑、大型公共建筑、高层住宅建筑、超高层建筑会呈现出不同的特点与效果。

3.1 BIM+装配式技术在大型综合建筑中的应用

大型综合建筑通常兼具多种不同功能，这对建筑项目的整体协调性提出了更高要求。近年来，随着社会经济的持续发展和人们审美需求的不断变化，大型综合建筑不仅越发关注建筑的功能拓展，而且日益倾向通过别具一格的建筑造型来吸引目光。“异形结构”“独特幕墙”等词汇背后代表着建筑领域的发展与进步，也意味着建筑项目各个参与方面临着更大的压力与挑战。BIM+装配式技术的深入发展，为大型综合建筑的全生命周期提供了必要支撑。于2019年竣工投用的深圳坪山高新区综合服务中心，主要包括会议中心、会展中心、国际星级酒店三大部分，发挥坪山区高端商务配套功能。该项目依托中建科技装配式建筑智能建造平台，通过数字设计、云筑网购等五大平台模块，将建筑设计、生产、施工、运维等项目流程以及建筑、结构、机电等各个建筑专业，统一到建筑信息模型中，为各项目参与方提供了信息交互的完整通路[7]。作为全国首个EPC装配式钢结构会展和酒店综合体项目，其会展中心与酒店区域的装配率分别达到88%和83%，项目的梁、柱、楼梯、内隔墙、GRC、幕墙、机电均采用工厂预制模式前移生产环节，有效避免了工序穿插带来的时间延误，使项目在不到一年的时间内顺利竣工并投用。此外，该项目在践行中国制造、对标“工业4.0”方面具有一定的开创性意义，项目的轻钢龙骨内隔墙自动化安装过程中使用了全国首台装配式智能建造机器人，这不仅对该项目的高效生产具有促进作用，而且从技术层面为建筑领域发展带来新的驱动力量。

3.2 BIM+装配式技术在大型公共建筑中的应用

建成于2016年的敦煌文博会主场馆，建筑总面积26.8万m2，是荣获“2016—2017年度中国建设工程鲁班奖”的优秀项目（见图1）。（图1来源： https://www.sohu.com/a/332154135_649968）

图1 敦煌大剧院

作为敦煌文博会主场馆的重要组成部分，敦煌大剧院由中建上海设计研究院作为设计总承包，项目全过程、所有专业均以BIM设计系统为支撑。敦煌大剧院等场馆建设主要采用工厂化装配制造部件，总体占比超过整个项目的80%。在BIM+装配式技术的全面应用下，敦煌大剧院的项目设计、部件采购、施工管理等工作在统一平台下完成，不仅最大程度避免了项目过程的“错漏碰撞”，而且实现了建筑复杂构建的精益化、高效化制造。敦煌文博会主场馆从设计方案拟定到土建三维施工出图，仅用42天时间完成，全部场馆的主体工程仅耗费百余天，即使铺设15万m2的广场也仅需一个多月。按照既往工程建设的进度预估，敦煌文博会主场馆的总体工期应在5年左右，而在BIM+装配式技术的支撑下，整体工期缩减至8个月，同时实现了项目资金成本、管理成本的大幅压缩[8]。

3.3 BIM+装配式技术在高层住宅建筑中的应用

BIM+装配式技术在高层住宅建筑中的应用较为普遍，尤其政府保障性住房大多采用装配式生产模式，对加快中国装配式建筑建设步伐起到重要推动作用。列入2019年安徽省建筑产业化示范项目的毓秀雅苑，由住宅楼、附属楼、幼儿园共同组成。其中，高层住宅楼全部采用装配式混凝土剪力墙结构，预制装配率达60%以上。BIM+装配式技术应用于该项目的深化设计、现场施工、项目管理、协调创新等各个方面，发现并解决了600余项图纸问题，完成了20栋楼的预制墙板管线优化、外墙外保温优化等工作，所创造的经济效益高达一千多万[9]。实际早在2015年万科与中天建设集团联合打造的“西安万科城”项目，就将BIM+装配式技术应用到一个新的高度。西安万科城3#和4#楼当时被称为“西安市在建装配率最高的工业化住宅项目”，整体装配率达60%以上，预制率达15%。该项目是万科15 m2极小户型，在BIM+装配式技术的辅助下，依托游牧式预制构件场缩短25%左右的建造周期，并节约了建造费用、管理费用。该项目利用系统软件深化施工设计，积极改进传统施工工艺，有效减少了重复施工带来的资源浪费和工期延误。此外，该项目所有装修材料都采用工厂预制、现场安装的施工方式，如卫生间使用整体卫浴代替铺设地面、安装设施。

3.4 BIM+装配式技术在超高层建筑中的应用

2021年7月正式投用的青岛国信海天中心，作为集酒店、办公、观光等七大业态为一体的超高层城市综合体，已然成为青岛新地标。号称“山东第一高”的海天中心，主塔楼高达369 m，T1、T2、T3三座塔楼共同发挥多种业态功能，建造难度与精度不言而喻（见图2和图3）。青岛海天中心无疑是BIM+装配式技术打造的智慧摩天大楼，在对接国际标准的同时力争打造国内一流超高层建筑，以技术全面驱动建筑项目实现绿色建造和精细管理。在项目建设初期，中建安装一公司建设团队进场晚，工期极为紧迫，且机电安装与土建工程存在施工冲突。在此背景下，该项目引入BIM+装配式建造技术，有效解决了超高层建筑中纵深空间运输、机电间安全稳定、管线碰撞等问题。中建公司设立于距海天中心50 km处的装配式加工厂，完成了基础设备、管道、阀部件等一体化加工，在有效前移一线生产的同时，一定程度上避免了多专业同步作业的拥挤与干扰，使整个项目的综合生产效率提升了20%。此外，通过BIM技术的模拟分析，该项目将T2塔楼原本设计的9个排烟系统减至2个，将建筑南北侧的8个竖井合并为4个，并通过调整排烟系统布局消除排烟系统与建筑幕墙之间的无效空间，为建筑项目增加了1 000多m2的可用面积[10]。不难看出，BIM+装配式在青岛海天中心的设计及建造过程中发挥着重要作用，也为项目追赶工期、节约资源作出积极贡献。（图2和图3来源：https://baike.baidu.com/item/%E6%B5%B7%E5%A4%A9%E4%B8%AD%E5%BF%83 /20191821?fr=aladdin）

图2 海天中心业态分布图

图3 海天中心展示图

4 结语

在建筑领域应用BIM+装配式生产技术，能有效简化建筑项目流程，提高资源利用效率和建筑品质。不过就当前环境而言，BIM+装配式建筑工程造价高、产业化水平低、主体协同差等问题较为突出，制约着中国BIM+装配式建筑的深度推广和技术创新。在装配式建筑中应用BIM技术，对降低工程造价、完善上下游产业链、匹配项目需求作用明显。需要注意的是，BIM+装配式技术的深度应用依然依赖BIM技术的突破发展与装配式技术的有效推广，期待技术发展为建筑领域的变革和创新注入新的活力。

[1] 吴大江.BIM技术在装配式建筑中的一体化集成应用[J].建筑结构,2019(24):98–101.

[2]韩同银,杜命刚,尚艳亮,等.产业化趋势下装配式建筑发展策略研究[J].铁道工程学报,2020(7):106–112.

[3]金晓鹏,高悦,方伟,等.剪力墙住宅结构预制方案与装配式技术应用分析[J].建筑科学, 2021(5):156–162.

[4]徐照,占鑫奎,张星.BIM技术在装配式建筑预制构件生产阶段的应用[J].图学学报,2018(6):1148–1155.

[5]彭书凝.BIM+装配式建筑的发展与应用[J].施工技术,2018(10):20–23.

[6]樊则森,李新伟,曾启.EPC模式下装配式建筑BIM全过程应用研究[J].施工技术,2020(5):132–134.

[7] BIM与装配式|装配率88%！这样的绿色建造预示未来？[EB/OL].(2019-07-08)[2021-11-01].https://www.uibim.com/196 859.html.

[8] 探寻“敦煌奇迹”背后的奥秘——敦煌文博会场馆建设回顾(下)[EB/OL]. (2017-10-31)[2021-10-31]. http://www. gscn.com.cn/culture/system/2017/10/31/011833747.shtml?ekngdjmohdbaaimo.

[9]图文详解装配式建筑BIM技术应用[EB/OL].(2019-08-08)[2021-11-02].http://www.precast.com.cn/index.php/subject_detail-id-12616.html.

[10]BIM案例：BIM+装配式技术打造智慧摩天大楼[EB/OL].(2021-01-08)[2021-10-29].http://www.chinarevit.com/revit-70414-1-1.html.

BIM+ Assembly Technology Application Status and Case Analysis

QIN Jin-feng

(College of Art and Design, Hefei University of Economics, Hefei Anhui 230011, China)

BIM+ prefabricated technology can be applied to various stages of construction projects such as architectural design, component production, construction management, operation and maintenance, and plays an important role in the entire life cycle of buildings. In large-scale comprehensive buildings, large-scale public buildings, high-rise residential buildings, super-high-rise buildings and other types of buildings, BIM+ prefabricated technology has outstanding performance, especially in solving special-shaped structures, moving production links forward, reducing construction period, and saving construction and management costs. It has outstanding advantages in other aspects, which is of great significance to promote the intelligent, refined and intensive development in our country’s construction field.

BIM+ prefabricated technology; prefabricated building; intelligent construction

2022-03-25

2021年高校优秀人才支持计划一般项目（gxyq2021290）

秦金凤（1988—），女，山东德州人，讲师，硕士，研究方向：土木工程。

O175.25

A

2095-9249（2022）03-0020-05

〔责任编校：王中兰〕