建筑技术·应用 2019年4月第16卷总第316期
城市建筑
基于BIM背景下的装配式建筑关键技术研究
刘学贤，刘硕坤，刘新锡
（青岛理工大学城乡与规划学院，山东青岛 266033）
摘要：BIM技术和装配式建筑是当前我国大力推广的两个应用热点，具有极高的战略意义，但当前在两个热点的应用上却不尽人意，除为数不多的企业和研究部门在积极应用和研究外，大部分企业和研究部门都保持观望或被动跟进。究其原因，除了拘泥于惯性思维模式外，更多的是对关键技术缺乏准确的理解。本文在对装配式建筑和BIM技术进行全面分析的基础上，提出实现标准化是当前装配式建筑的关键，利用BIM创建标准化构件库是将二者有机融合的有效途径，从而体现BIM的全寿命周期优势，并进一步推动我国建筑业实现工业化、产业化的新发展。关键词：装配式建筑；BIM技术；标准化；族库；融合［中图分类号］ TU741
［文献标识码］ A
Research on Key Technologies of Prefabricated Buildings Based on BIM Background
Liu Xuexian, Liu Shuokun, Liu Xinxi
(College of Urban and Rural Planning, Qingdao University of Technology, Qingdao Shandong 266033, China)
Abstract: The use of BIM technology and the promotion of fabricated buildings are two application hotspots that China is vigorously promoting, and have extremely high strategic significance. However, the current process is not satisfactory. Except for a small number of enterprises and research departments that are actively applying research, most of them are expecting or passively following up.The reason, in addition to sticking to the inertial thinking mode, is more about the lack of accurate understanding of its key technologies. Based on the comprehensive analysis of fabricated buildings and BIM technology, proposing the standardization is the key to current assembly buildings. Using BIM to create a standardized component library is an effective way to integrate the two, thus reflecting the life cycle advantage of BIM and further promoting the new development of industrialization in China’s construction industry.Key words: prefabricated building; BIM technology; standardization; family library; fusion
装配式建筑的发展对我国建筑行业标准化、工业化提出了更高的技术要求，但由于我国装配式技术尚处于发展阶段，部分装配式建筑在设计阶段的标准化、模块化并不能达到预期标准，不同专业之间也存在相应的协调问题。
使用BIM技术可以帮助装配式建筑从设计阶段开始，通过对项目相关信息及数据建立一个可视化模型，从而为其提供全生命周期管理。这样不仅能实现各专业在装配式建筑全生命周期的数据共享，而且能为建筑工业化、标准化的全面实现提供技术保障。
1我国装配式建筑发展简介
伴随着现代工业技术的发展，建筑业正逐步趋向工业化，装配式建筑是建筑工业化的主要体现。所谓装配式建筑，其主要特征就是将预制好的构件在现场进行专业拼装，从而简化工作模式，加快工程进度，提高劳动效率，同时又降低劳动强度。国家在《“十三五”装配式建筑行动方案》中明确提出“到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上，积极推
[1]
进地区达到15%以上，鼓励推进地区达到10%以上”。1.1我国装配式建筑发展现状
截至目前，全国各地均对相关建筑的装配率制定了相应指标[2]。例如，北京市发布《关于加快发展装配式建筑的实施意见》，明确规定“采用装配式混凝土建筑的
作者简介：刘学贤（1970-），男，硕士，副教授，研究方向：BIM应用技术研究。
项目，其装配率应不低于50%，且建筑高度在60m（含）以
下时，其单体建筑预制率应不低于40%，建筑高度在60m以上时，其单体建筑预制率应不低于20%”；甘肃省提出到2025年，装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%以上；山东省全省城市规划区内新出让或划拨土地强制按不低于10%比例建设装配式建筑；江苏省计划到2020年设区市新建成品房比例达50%以上；广东省预计到2025年投资装配式建筑达70%以上；等等。1.2我国装配式建筑发展需求
市场方面，从2011年到2017年，我国装配式建筑市场规模逐步扩大，从43.2亿元逐步增长至462.3亿元。近7年，我国装配式建筑市场规模同比增长高达970.14%。
人口方面，中国人口老龄化程度加剧，人力资源和社会保障部预测，到2050年，适龄劳动人口将下降至7亿左右，从而导致建筑从业人员减少，人力成本上升，而装配式建筑对于人力需求较低，更趋于工业化。
方面，按要求，未来十年内装配式建筑将占新建建筑面积的30%，需求较多的地区也是装配式建筑推进力度较多的地区，预计新增住宅面积将每年提高3%。 1.3装配式建筑的基本流程
装配式建筑需要经过：①结合预制体系特点完成建筑方案设计；②完成相关数据计算得出施工图初步设计；③完成预制构件深化设计；④出施工图（见图1）。1.3.1标准化对装配式建筑的影响
由于我国建筑产业链及技术体系不够完善，导致装配
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图1 装配式建筑的设计流程（图片来源：作者自绘）
图2 楼板分类拆分（图片来源：作者自绘）
图3 墙体分类拆分（图片来源：作者自绘）
图4 现场施工（图片来源：作者自摄）
式建筑的设计、生产、拼装阶段相互，使得装配式建
筑并未形成大规模的工业化生产且经济成本较高。在拥有可生产优质构件企业的前提下，因在生产构件的材料和模具等方面缺乏规范标准和与设计、验收、维护等有关的专业人员，使得装配式建筑未能形成一套统一的标准体系。因此，若想实现装配式建筑的大规模工业化生产，首先要
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确保装配式建筑生产的标准化[3]。
对于装配式建筑来说，标准化是核心基础，所谓标准化就是使设计体系变得有秩序性。现阶段，设计者只是对项目进行单独设计，所设计的构件都具有针对性，而装配式建筑设计应该是从建筑类型出发，从该建筑类型的对应构件库中提取相应构件，是一个“选择”与“拼装”的过程，这样才能够为未来的工业化奠定基础。1.3.2标准化在设计阶段的应用
在设计阶段，标准化设计应遵循“少规格，多组合”原则，在确保各个构件符合相应规范的前提下，将创作设计转变为“选择设计”（见图2、图3），满足建筑的功能，减少构件种类数量，提高重复使用率。1.3.3标准化在生产阶段的应用
在生产阶段，工厂预制构件的加工处理对于标准化的要求更为严格，生产厂家应积极与设计人员进行沟通，构件的生产应该运用模式化思维，提高模具精度和构件的使用率，降低模具种类数量。生产厂家需要对生产的构件有足够的理解，通过反向推理的方式，将一个复杂构件进行拆分，选定拆卸、连接节点，同时要考虑运输方式、运输距离、现场吊装及拼装方式等因素，综合这些因素来确定构件规范、经济、优质的生产形态，进而形成标准化生产链，并且应考虑后期维护、保养等环节。1.3.4标准化在施工阶段的应用
在现场施工阶段，将工厂产出的部品、构件运输至施工现场后，以设计方案为中心，确保装配式建筑设计能符合整体构建要求，确认所验收各部品、构件符合相应规范后，在现场专业人员指导下进行拼装（见图4）。同时，构件之间的连接节点也十分重要，它的结构位置、密闭性、使用材料等都影响着装配式建筑的完整性和安全程度。1.4装配式建筑发展的瓶颈问题
装配式建筑所面临的瓶颈问题主要为技术体系、领域
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人才、相关产业链等不够完善，装配式建筑的高成本和多样性，预制构件接缝和节点的结构、密闭、渗漏、材料等问题均导致装配式建筑发展相对不均衡且缓慢[4]。
2我国BIM技术发展简介
BIM（Building Information Modeling）可以理解为是用
信息搭建起来的模型[5]，BIM技术不是单纯的软件应用，而是一种思维模式，理想情况下有BIM参与的建筑设计流程应该是：首先，建筑、结构、水电暖等专业在同一个可视化信息模型下进行协调作业；其次，材料、施工、维护、业主等进行跟进，贯穿整个建筑生命周期。
早在2016年，住房和城乡建设部印发《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》，在工程项目勘察中就明确提出了“推进基于BIM进行数值模拟、空间分析和可视化表达，研究构建支持异构数据和多种采集方式的工程勘察信息
数据库，实现工程勘察信息的有效传递和共享”[6]
。2.1我国BIM技术发展现状
目前，我国BIM技术推广面对的主要问题为市场认可度低，缺乏相关技术人才，而且会对现有的CAD制图模式造成冲击，即便开始鼓励发展BIM技术，但仍未形成完整的体系，缺乏统一管理，导致BIM技术在我国的发展受到阻碍。
2.2我国BIM技术发展需求
由于我国现有建筑行业设计、生产、维护各阶段相互，难以及时进行信息交流，缺乏相应管理体系、标准体系、法律体系，导致BIM技术推广的大环境条件不够充足。因此，想要发展BIM技术，就需要有一套统一的管理体系，设计人员可以将各个设计方案、构件、部品等上传到服务器上，形成一个族库，通过管理族库来管理整个项目，同时也能实现协同作业。
2.3当前发展BIM的首要途径——族库
族库有三个基础功能：储存、分类、检索。族库作为一个数据库，其中包括软件本身自带、网络流通、团队自建等源自各种渠道的族。族的标准化可以使族参数设置和修改都遵循统一流程，可以避免重复开发，减少分类和检索时不必要的繁杂工序。同时，为了方便检索，需要有明确的分类标准，以方便在设计的各个阶段中能利用不同精度的模型进行不同精度的模型设计，优化各个设计阶段的工作量。
族库构建的目的是提高BIM团队概念的工作效率，在填充数据库时，可以基于外形、结构等方面的相似度，对相似的族进行修改。开发过程需要有系统性，不是单独对某一栋建筑进行开发，而是针对某一类型的建筑进行族库开发，最终将所有建筑类型开发完毕，形成一个统一标准的大型族库。同时，应注意相应软件的版本问题，避免因版本差异，导致各专业出现工作错层。族库的建立能提高模型构建速度，也能实现对构件的集中化储存和管理，为各专业相应构件提供了可传递性，也为后期各专业协作建模奠定了基础。BIM技术需要贯穿项目的全寿命周期，系统管理、任务分配、协同作业、信息共享等需求均需要与BIM族库建立联系。
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2.4 BIM技术发展的瓶颈问题
BIM技术发展所面临的瓶颈问题主要体现在五个方面：一是多数人员拘泥于CAD，加之对新技术缺乏主动学习的动力，导致认可度低；二是应用标准的非唯一性；三是软件的操控能力及硬件的投入；四是惯性思维对行业转型的制约；五是产生相关费用的确认方。
3 BIM技术和装配式建筑融合的关键技术
装配式建筑核心环节为预制构件的生产，采用工业化的生产方式，从生产到现场施工提升了建筑生产手段，促进了建筑生产的现代化。其中，预制构件的标准化尤为重要，它是保证工业化建筑质量和品质的重要因素，因此需要对预制构件进行深化设计，保证每个构件都能在现场达到精确安装，不发生错漏碰缺。但工业化建筑的构件数量庞大，仅靠人工无法完成精确验收，同时2D图纸的平面设计图因其不可视性的特点，导致预制构件的生产不能保证其规范性。而随着BIM技术的发展，利用其可视化的特点可将2D图纸3D化，预先对建筑进行模拟优化，提前消除隐患[7]。另外，可以将其用于装配式建筑构件的深化设计、生产加工等过程，提高构件设计、加工的效率和准确性。
将经过深化设计的预制构件集中存档，定义一个分类、设计、生产的标准，完善构件标准化，而这个集中起来的数据库[8]，可以通过BIM族库来实现：将各个构件信息上传至云端，通过BIM技术对构件进行信息建模，生成族库。最终通过这个族库实现装配式建筑和BIM技术的融合。
4结语
由此看来，只有使装配式建筑构件实现标准化，并借助BIM技术将其创建为基于项目或者基于通用平台的标准化构件库，设计人员使用构件库进行相关设计，构件厂商进行“订单式”加工，建造方按照相应标准拼合、组装，运维方根据其相关信息进行维护与保养，方能将BIM的全寿命周期优势充分发挥出来，装配式建筑的普及也会顺利推广，从而为全面实现工业化打下坚实的基础。
参考文献
[1] 住建部．“十三五”装配式建筑行动方案[J]．居业，2017（09）：15-17．
[2] 佚名．全国装配式建筑相关及发展动态[J]．中国勘
察设计，2017（09）：54-56．
[3] 朱利钦．装配式建筑的发展及分析[J]．建材与装饰，2018（36）：144．
[4] 孙绎敬．浅议装配式建筑的应用与发展[J]．民营科技，
2018（09）：105．
[5] 李建成．BIM概述[J]．时代建筑，2013（02）：10-15．[6] 佚名.2016—2020年建筑业信息化发展纲要[J].工程质量，
2017，35（03）：-92.
[7] 纪博雅，戚振强．国内BIM技术研究现状[J]．科技管理研
究，2015，35（06）：184-190．
[8] 樊则森，李新伟．装配式建筑设计的BIM方法[J]．建筑技
艺，2014（06）：68-76．
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