黃 婧 陳琴梅 左興龍

(內(nèi)江師范學(xué)院建筑工程學(xué)院，四川 內(nèi)江 641199)

隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑存在許多弊端，若仍以傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑作為我國主要建筑形式，那么我國建筑行業(yè)在國際上毫無競爭力，因此對傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑的修建方式、修建技術(shù)改良迫在眉睫，裝配式建筑的出現(xiàn)提上了日程。裝配式建筑不僅能加快施工進度、減少資源消耗，還能提高工程質(zhì)量。裝配式建筑很符合現(xiàn)代社會發(fā)展的需求，是“新型”的修建方式，但目前裝配式建筑在我國的應(yīng)用較為局部。國務(wù)院決定大力發(fā)展裝配式建筑，并出臺政策來應(yīng)用和發(fā)展裝配式建筑，明確要其達到新建筑的30%，其發(fā)展趨勢不容小覷。從最原始的手繪時代到二維模型CAD時代，都存在工作效率低、圖紙質(zhì)量差、施工階段溝通不便等，無法滿足現(xiàn)代化高度復(fù)雜化的建筑項目。因此，建筑信息技術(shù)的出現(xiàn)是時代發(fā)展的需要，建筑信息技術(shù)的出現(xiàn)標志著建筑業(yè)新型技術(shù)的發(fā)展。交通運輸部2018年發(fā)布《關(guān)于推進公路水運工程建筑信息技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，要求加大建筑信息技術(shù)的投入，強調(diào)提升建筑信息技術(shù)應(yīng)用能力，計劃在2020年工程項目中建筑信息技術(shù)的應(yīng)用達90%。響應(yīng)淘汰低端產(chǎn)能供給，提升中高端產(chǎn)能供給，開展供給側(cè)改革。國務(wù)院于2017年發(fā)布了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，明確裝配式建筑的目標和意見。直至2019年上半年，我國有31個省市自治區(qū)出臺了本地的發(fā)展實施意見和規(guī)劃，2018年裝配式建筑面積達到2.9億m2，較2017年增長了81%；2019年全國裝配式建筑工程項目達4.2億m2，比2018年增長了45%，是新建建筑面積的13.4%[1]。由此可以看出裝配式建筑對于建筑業(yè)的意義以及對于國家經(jīng)濟發(fā)展的重要性。而且發(fā)展裝配式建筑有利于帶動科技進步。因構(gòu)件生產(chǎn)工廠化和標準化，所需的技術(shù)、技術(shù)人員和材料的標準十分高。為保證裝配式建筑各方面的性能，企業(yè)單位必須促進各項技術(shù)、指標的提升，從而帶動了相關(guān)企業(yè)發(fā)展也促進了科技技術(shù)的進步，并且是與國際接軌的途徑。目前大部分發(fā)達國家裝配式建筑在建筑業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，建筑以裝配式建筑為主；發(fā)展中國家也在慢慢推廣裝配式建筑。在經(jīng)濟全球化的國際背景下，我們需要走出去，與不同國家交流，提高我國的競爭力，也需要引進來，引入其他國家先進的技術(shù)、人才等。特別是一帶一路戰(zhàn)略中，強調(diào)了裝配式建筑的應(yīng)用，為了與國際市場接軌，我們需要合理利用全球建筑市場來發(fā)展我們自己的裝配式建筑[2]。

1 裝配式建筑

1.1 裝配式國內(nèi)外的發(fā)展

在20世紀60年代，由于戰(zhàn)爭造成大量房屋損壞，戰(zhàn)后歐洲經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市人口集中化，住房嚴重不足，再加之傳統(tǒng)施工建設(shè)效率低，裝配式建筑因此而產(chǎn)生。最早由英、法、德等歐洲國家進行實施。英國政府出臺一系列政策，積極推進裝配式建筑的發(fā)展，提高工程質(zhì)量，實現(xiàn)降低建筑成本、事故發(fā)生率。法國是最早推行裝配式建筑的國家之一，其裝配率達80%；1970年，東德工業(yè)化水平達到90%[3，4]。

裝配式建筑早于20世紀60年代就已出現(xiàn)，80年代在我國興起，但由于當時我國的技術(shù)缺乏、經(jīng)濟落后，不符合當時社會現(xiàn)狀，以至于到90年代中期裝配式建筑逐漸消失[5，6]?！傍P凰涅磐，浴火重生”。近年來，裝配式建筑在我國又開始興起。目前，國家和建筑行業(yè)出臺了發(fā)展目標和相關(guān)政策，由于全國建筑行業(yè)正在發(fā)展和轉(zhuǎn)型的需要，我國已有20多個省份推行了一系列政策來發(fā)展扶持建筑行業(yè)，裝配式建筑的發(fā)展市場十分大。

1.2 裝配式建筑的優(yōu)點

1)施工進度快。由于裝配式構(gòu)件可提前在工廠預(yù)制，避開了鋼筋混凝土構(gòu)件凝結(jié)加固，減少現(xiàn)澆工作，預(yù)制完成的大量構(gòu)件運送到施工現(xiàn)場，確保施工材料和構(gòu)件的供應(yīng)。預(yù)制和施工可同時進行，節(jié)省時間，從而提高施工進度，可以提高工作效率3倍～5倍。2)構(gòu)件設(shè)計的標準化。構(gòu)件預(yù)制是按需求標準設(shè)計由工廠制造出的，由于預(yù)制拼裝時不得有半點差錯，因此生產(chǎn)出來的構(gòu)件是標準規(guī)格的，精度很高，其誤差達毫米級別。3)減少浪費。生產(chǎn)的構(gòu)件越標準，生產(chǎn)時按照模板模具生產(chǎn)，其效率也就越高，人工費、材料費的消耗也就減少，從而降低成本。而且在進行預(yù)制拼裝前可將預(yù)制構(gòu)件運輸?shù)浆F(xiàn)場指定位置，做好施工計劃盡可能的一次性預(yù)制拼裝好，節(jié)省吊裝機械設(shè)備的費用。4)質(zhì)量高，抗震抗裂性能好。構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，其質(zhì)量得到保證，而拼裝時有高強度螺栓、鋼筋等焊接連接，構(gòu)件組成的裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能也就比較好。5)節(jié)能環(huán)保。由于是工廠化生產(chǎn)，生產(chǎn)的大量工作在工廠就已完成，因此施工現(xiàn)場的垃圾廢物大量減少，污染少更環(huán)保[7，9]。

1.3 裝配式建筑的缺點

1)拼裝難度大。預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場組裝拼接的工作量和難度都挺大，不僅要進行二次現(xiàn)澆，使構(gòu)件與建筑完整連接，還要保證其安全性、穩(wěn)定性等。2)構(gòu)件運輸距離有限。一些大型項目的預(yù)制工廠在施工現(xiàn)場附近，相對就不用考慮運輸時間、運輸成本問題。但對于預(yù)制工廠較遠情況時，其運送的費用成本很高，且又耗費大量運輸時間。若遇到緊急情況，需要大量構(gòu)件時，距離問題嚴重影響施工效率。因此，運輸構(gòu)件的距離不能太遠，大概在半徑距離為200 km以內(nèi)[3]。3)要求放線和標高測量精確。預(yù)制完成構(gòu)件的尺寸大小已確定，若放線空間尺寸偏小，預(yù)制構(gòu)件將放置不下；若偏大，造成連接縫偏大[9]。在現(xiàn)場施工時，墻的標高要控制好，避免拼裝的縫隙過大而重新施工，增加施工作業(yè)量，工作更繁瑣。4)各階段關(guān)聯(lián)性太強。由傳統(tǒng)的“設(shè)計到施工”模式轉(zhuǎn)為“設(shè)計到預(yù)制再到拼裝”模式,其中每個階段都相互影響，若其中某一階段出現(xiàn)問題都會影響其他兩個階段，導(dǎo)致工期延長、成本增加等[9]。

2 建筑信息技術(shù)

BIM的全稱是Building Information Modeling，根據(jù)建筑的信息在建筑信息技術(shù)軟件上建設(shè)出建筑的平面圖和立體圖，建筑信息技術(shù)應(yīng)用于建筑全生命周期中，共享建筑所有信息[10,11]。1962年，道格拉斯·恩格爾巴特提出虛擬設(shè)計的概念。1975年，建筑信息技術(shù)之父——治亞理工大學(xué)教授查理斯·伊斯頓提出建筑信息技術(shù)概念的雛形，還提出了基于計算機圖形學(xué)的建筑三維實體建模的方法。1984年，第一次在PC上使用建筑信息技術(shù)。1988年，最早虛擬建筑設(shè)計軟件ArchiCAD誕生。 2000年，第一代的建筑設(shè)計軟件Revit誕生，Revit采用了參數(shù)化數(shù)據(jù)建模技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和交流互動。2002年，建筑信息技術(shù)概念的正式提出，將Revit視為全新的建筑信息技術(shù)軟件[11]。

2.1 建筑信息技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展

建筑信息技術(shù)起源于美國，并在歐洲、美洲國家得到普及。發(fā)達國家的技術(shù)水平高，對建筑信息技術(shù)的發(fā)展有推動性作用。英國政府頒布一系列政策，規(guī)定要求所有建筑項目必須使用到建筑信息技術(shù)上，是全球建筑信息技術(shù)應(yīng)用增長最快的地區(qū)之一[9]。從2009年開始，日本的設(shè)計公司和施工單位廣泛應(yīng)用建筑信息技術(shù)；目前日本的建筑信息技術(shù)已應(yīng)用于各個工程項目，涉及全國范圍[9]。從2010年起，俄亥俄州政府也出臺建筑信息技術(shù)的政策協(xié)議，呼吁更多企業(yè)發(fā)展應(yīng)用建筑信息技術(shù)。

2004年Revit進入中國市場，建筑信息技術(shù)也開始引進中國。初期，國內(nèi)了解掌握建筑信息技術(shù)的人極其少，但僅憑技術(shù)沒有技術(shù)人員是不行的，市場打不開，技術(shù)也無法得到很好的應(yīng)用。因此，產(chǎn)生了由Autodesk和國內(nèi)在建筑行業(yè)有重要地位的清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)共同合作的“長城計劃”，即在大學(xué)生課程中推廣建筑信息技術(shù)軟件技術(shù)，讓有潛力的人才掌握和發(fā)展建筑信息技術(shù)。近年來，不論是設(shè)計企業(yè)還是業(yè)主單位都在積極推行建筑信息技術(shù)在建筑上的應(yīng)用。建筑信息技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用有許多經(jīng)典實例，如：北京奧運會奧運村、中國尊、武漢中心等，其都標志著整個建筑行業(yè)的進步。與此同時，也有更多的青年才俊愿意花時間和精力去學(xué)建筑信息技術(shù)，有的自學(xué)有的報培訓(xùn)班，其目的都是為了提高建筑水平和效率，為建筑行業(yè)帶來新能量、注入新血液[10]。

2.2 建筑信息技術(shù)的優(yōu)點

1)模型操作可視化。三維建模、渲染是建筑信息技術(shù)的特征，而可視化作用是將這特征更好的呈現(xiàn)出來，即可以將抽象復(fù)雜的二維模型轉(zhuǎn)化成三維立體模型直觀的展現(xiàn)[12]?？梢暬梢詫椖抗こ痰恼w或局部進行解剖生成剖面圖，包括結(jié)構(gòu)、排水、供暖、電氣等，能更加直觀清晰的將效果展現(xiàn)出來。并且三維立體和二維平面可以相互轉(zhuǎn)化，可以清楚得到某個建筑構(gòu)造的尺寸、材料、規(guī)格型號等，便于做檢驗和修改，對工程管理工作的進行提供幫助，同時也保障建筑工程的質(zhì)量和安全。2)模型信息完備性。模型信息是完成整個項目的基礎(chǔ)，也是必要要素，因此對于信息的處理顯得尤為重要。建筑信息技術(shù)可通過數(shù)據(jù)庫儲存整個項目所有信息，如：工程材料、施工進度、成本等。將信息匯集起來方便采購各種材料、器材，也方便匯總和管理。建筑信息技術(shù)可將策劃、設(shè)計、施工、運營階段的所有信息匯集儲存起來，也不會忽略某個信息，當需要時可隨時運用。信息完備的建筑信息技術(shù)模型可以優(yōu)化分析、模擬仿真和決策[13]。3)模型信息協(xié)調(diào)性。信息模型中的對象是可識別且相互關(guān)聯(lián)著，若其中某一信息有改動，與之相關(guān)聯(lián)的信息也會按著一定的規(guī)則自動更新。信息模型中的數(shù)據(jù)可以進行分析計算或生成圖表文檔等，這一特點優(yōu)化了工作效率，如方便查詢、更改等。而且建筑信息技術(shù)可為不同部門提供信息共享和數(shù)據(jù)平臺。4)模型信息一致性。不同階段模型信息是一致的，相同信息只輸入一次就行，模型可以通過輸入的信息自動演化，在不同階段只需要自行進行小修改不需要重新輸入，避免了信息重新輸入導(dǎo)致錯誤，保證了信息的一致性。

3 建筑信息技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑

目前裝配式建筑還存在許多問題，如構(gòu)件精度、施工現(xiàn)場管理、能源合理利用等。針對于這些問題，發(fā)展相對比較成熟的建筑信息技術(shù)可以解決，充分又合理的利用建筑信息技術(shù)的三維數(shù)字模擬、可視化等特點，在設(shè)計階段、現(xiàn)場施工階段、后期維護階段協(xié)助裝配式建筑的工作。

3.1 設(shè)計階段的應(yīng)用

1)提高設(shè)計效率。設(shè)計階段需考慮不同方面的問題，需不同部門相關(guān)人員的溝通交流，而建筑信息技術(shù)可以建立這樣的溝通交流平臺，不同人員間可以交換意見，實現(xiàn)資源共享，可以看到每個時期階段的設(shè)計，對設(shè)計的調(diào)整改動起著重要作用。在調(diào)整過程中存在數(shù)據(jù)的改動，由于關(guān)聯(lián)性的存在，這時與之相關(guān)數(shù)據(jù)也會自動更改?？梢岳媒ㄖ畔⒓夹g(shù)與RFID技術(shù)結(jié)合，通過RFID的閱讀器和應(yīng)答器將預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)信息傳送到建筑信息技術(shù)上，廠家可直接獲取構(gòu)件相關(guān)信息，從而更加精確的生產(chǎn)出構(gòu)件來。可以對構(gòu)件在生產(chǎn)、運輸、布置、安裝進行追蹤管理，其工作原理類似于物流快遞，通過掃描RFID芯片卡將構(gòu)件信息讀取出來并傳送到建筑信息技術(shù)上[14]。2)實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件標準化。建筑信息技術(shù)可將構(gòu)件設(shè)計三維立體化，清晰呈現(xiàn)構(gòu)件的形態(tài)，可預(yù)判構(gòu)件設(shè)計是否合理，并且可對構(gòu)件設(shè)計進行解剖，得到預(yù)制構(gòu)件尺寸進行核對，使構(gòu)件一致。通過建筑信息技術(shù)平臺實現(xiàn)構(gòu)件信息共享，工廠生產(chǎn)構(gòu)件時可充分利用這一優(yōu)點，使預(yù)制構(gòu)件標準化和參數(shù)化，從而實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件標準化[15]。

3.2 施工階段的應(yīng)用

1)三維模擬及檢查優(yōu)化。構(gòu)件存儲與安裝。裝配式建筑中預(yù)制構(gòu)件的存儲放置是十分重要的，不僅會影響大型機械搭建位置，還會影響構(gòu)件安裝效率、機械開行路線等。構(gòu)件放置位置和構(gòu)件朝向都對應(yīng)著不同的施工方案。利用建筑信息技術(shù)的集成化和三維立體圖對建筑進行模擬、比較，選擇最優(yōu)方案從而提高工作效率，減小成本。建筑信息技術(shù)可對裝配式建筑進行解剖，可檢查排水、供暖、電氣線路是否有沖突，減少通過二維圖紙檢查耗費的時間[16，17]。機械選擇及布置。在裝配式建筑施工過程中，一方面，大部分構(gòu)件和材料是由大型機械直接運輸，如升降機、起重機、打樁機等，機械的效率直接影響了施工效率；另一方面，機械的使用費用較高，很大程度影響著經(jīng)濟成本。因此，機械搭建的選擇及布置顯得尤為重要。通過建筑信息技術(shù)三維模擬確定合理的機械布置位置，選擇機械的型號、大小、功能，比較不同方案的經(jīng)濟成本和時間管理選擇最優(yōu)方案。在大部分建筑項目中，存在機械同時工作，布置機械時需要考慮安全性，這時需要建筑信息技術(shù)進行模擬、對比、分析，以免機械間相互碰撞等。2)材料器具尋找。由于施工現(xiàn)場材料的種類數(shù)目很多，所以在尋找材料器具時也沒那么容易。但可以在建筑信息技術(shù)上直接找到相應(yīng)的材料位置，還能知道其數(shù)量。不僅如此，工作人員可以通過建筑信息技術(shù)選出合理的運輸路線，節(jié)約運輸時間的同時也減少了運費，提高工作效率。對于一些遺忘而未使用的建筑材料，在建筑信息技術(shù)上可以發(fā)現(xiàn)這些可以使用的材料再次使用，減小不必要的消費，降低成本，也方便管理。3)施工進度的管理。工作人員可以通過建筑信息技術(shù)和信息管理平臺看到施工進行的階段，可以模擬建筑現(xiàn)場施工，根據(jù)現(xiàn)場施工進度與模擬的施工進行分析，從而對施工進度進行調(diào)整管理。還可以在構(gòu)件拼裝前進行施工模擬，保證拼裝時的精準度和合理性，避免造成返工等問題，也方便現(xiàn)場的管理。4)提高拼裝效率。由于裝配式拼裝時需二次現(xiàn)澆、放線精確，其操作難度系數(shù)大，危險性高。但通過利用建筑信息技術(shù)三維模擬提前進行拼裝模擬，確定構(gòu)件放置的位置，實現(xiàn)精準拼裝，使現(xiàn)場拼裝時能快速高效，同時也避免安全事故的發(fā)生。5)改善關(guān)聯(lián)性強的負面影響。由于裝配式各階段關(guān)聯(lián)性強，因其預(yù)制構(gòu)件貫穿各個階段，設(shè)計、工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝都相互影響著，一擊即潰，因此確保構(gòu)件的信息準確是極其重要的。建筑信息技術(shù)的三維立體和解剖能在設(shè)計和工廠預(yù)制時提高構(gòu)件精確度，信息集成化能在施工現(xiàn)場時查看構(gòu)件的所有信息進行核對，改善由于關(guān)聯(lián)性太強導(dǎo)致的負面影響。

3.3 運營維護階段的應(yīng)用

后期維護管理是決定運營質(zhì)量和整個建筑壽命的主要階段之一，后期維護主要是管理維護，而目前裝配式建筑管理存在不足，即使進行維修但由于內(nèi)容單一、技術(shù)銜接差，容易出現(xiàn)質(zhì)量及安全問題。通過建筑信息技術(shù)信息集成化，有建筑全部信息，在后期運營維護階段可以根據(jù)前期進行有效對接[16]，加強后期管理和維護工作，提高維護質(zhì)量增加經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

通過對建筑信息技術(shù)和裝配式建筑的發(fā)展及在國內(nèi)外的現(xiàn)狀進行探究，分析裝配式建筑的優(yōu)點以及存在的不足，說明優(yōu)化裝配式建筑的必要性。并且結(jié)合建筑信息技術(shù)的優(yōu)勢，探究在建筑信息技術(shù)作用下的裝配式建筑在全生命周期的應(yīng)用。分析裝配式構(gòu)件的設(shè)計與生產(chǎn)、構(gòu)件的存儲及安裝、機械的選擇和布置、材料器具的追蹤、施工進度的管理及后期運營維護。對于現(xiàn)代的建筑行業(yè)來說，其發(fā)展離不開政策的支撐、技術(shù)的推動和現(xiàn)代發(fā)展的需要，加之在BIM技術(shù)的加持下，裝配式建筑在未來的發(fā)展勢必不可擋。它有著傳統(tǒng)建筑所缺乏的高效、高質(zhì)、高精度、節(jié)能環(huán)保，也促進著建筑行業(yè)新創(chuàng)造、新發(fā)展。科技技術(shù)與建筑相輔相成，科技技術(shù)的進步促進著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)向新科技、新技術(shù)、新創(chuàng)造發(fā)展是必然的結(jié)果。在未來，裝配式建筑和建筑信息技術(shù)將會是我國建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向。