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利用建筑信息模型探讨建筑产业化与综合建设
摘 要
建筑的工业化对住房需求有很大的贡献，在工厂预制和模块化建设，而后在现场组装，可以提高项目实施的质量，减少项目的时间。另一方面，建筑信息模型（BIM）可以作为一种高效的建筑行业工具。因此，将BIM技术融入到建筑工业化中，可以改善工业化过程中的优势以及劣势，解决设计（集成）和施工（提高高效管理能力）阶段的问题。本研究探讨了建筑信息模型（BIM）在建筑产业化中的作用以及其相互作用。
关键词：建筑信息建模（BIM）施工管理；建筑工业化
1.介绍
目前，传统的房屋建设方法由于考虑到建设周期的延长，材料的损失和低质量的性能，以及可被察觉到的建设费用的增长，已不能满足社会的期望。该方法的施工特点之一是无现场生产，现场建筑材料配装，独立设计以及手工制作。所以这个建设过程会带来很多挑战，包括[1]：
- 由于使用2D布局，无法识别存在的问题
- 因施工区域问题导致施工进度延误
- 因为存在的联系需要进行现场建设导致在场外建设时缺乏信心
- 由于设计缺陷造成的重复工作
- 为防止承包商之间发生冲突而需要增加所需的工地监测
- 因为有问题的领域需要增加行政负担以获得更多的信息和更改订单
- 第一次安装要从承包商的角度出发
- 降低了项目中所有参与方的效率
其次，根据年表[2]，目前建筑业的主要特点是无法按照时间布局完成项目，盈利能力下降。而这些特点则源于建筑业的困难和问题，而这些问题和困难主要表现在以下几个方面：
- 设计和施工团队之间没有互动
- 建筑行业存在的短期思维
- 施工过程中设计信息的不完整
- 施工过程的管理不善
而建筑师、工程师和建筑业提出了两种解决此类问题的方法。一种方法包括建筑工业化，其中模块化组件、组件的异地预制、质量监控测试以及这些组件的现场运输和装配将减少实施时间并提高质量。另一种方法则建议将建筑信息建模（BIM）作为建筑、工程和建筑业协会（AEC）[3]中每个成员的通用工具，它提供了关于整个建筑的综合信息以及一组完整的设计文档和储存在数据库[4]中的数据。BIM还可以为项目中涉及的设计团队、客户和承包商之间更好的互动铺平道路，并可以在采购、销售和施工管理方面整合整个项目的生命周期，包括规划、设计、实施和运营。更好、更有效的解决这一问题的方法是在建筑产业化过程中实施建筑信息建模，即享受建模的好处，又享受产业化的好处，为住宅领域内的建设项目提供更好的条件。传统建筑与工业化建筑、综合建筑的关系如表（1）所示。
1.1工业化建筑的定义
人们对建筑工业化有不同的定义。然而，对工业化的全面定义表明，在工业方法中，建筑部件是在工厂中生产的，而后经过各种质量控制方面的测试，最后运送到车间。该方法在提高生产效率的同时，也减少了车间的施工作业量。事实上，建筑工业化是一个精确的过程，它考虑了时间管理，成本和大规模生产的质量标准等因素[5]。按照这个定义，工业化不仅在大规模生产中有无数的好处，而且对小规模建设项目也有着巨大的好处。值得注意的是，在高层建筑、中高层建筑和底层建筑[6]中，大规模生产不应被理解为高层建筑，而应分别进行调查和评估。
1.2建筑信息模型定义
自从建筑信息模型(BIM)作为建筑行业的一种新现象出现以来，对其定义一直没有一个统一的认识，每个人都有自己的观点[7]：对于一些人来说，BIM是一种应用软件；对其他人来说，它是一个设计和文档化构建信息的过程，需要在项目涉众之间实现新的策略、契约和关系。
BIM的其他定义包括：面向对象建模、项目建模、虚拟设计和施工、虚拟样机、集成项目数据库[8]。在另一个定义中，BIM被定义为一个设施的物理和功能特征的数字表示。同时，它也被称为信息中心的共享参考，是建筑从开始到结束生命周期决策的可靠依据。
在另一个定义中，BIM被定义为在虚拟环境中对建筑项目进行仿真。利用BIM技术，数字化制作出准确的建筑虚拟模型，即已知的建筑信息模型。完成后，为实施施工[10]提供建筑信息模型，包括精确的几何形状和支持设计、采购、施工和施工活动所需的相关数据。
表1.传统建筑与工业建筑、综合建筑的关系
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传统的建筑 |
工业建筑第一代 |
综合建筑第二代 |
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任何非现场生产 |
组件的非现场生产 |
组件和大型元件的非现场生产 |
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建筑材料现场装配 |
部件和材料的现场装配 |
部件、元件和材料的现场组装 |
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独立的设计 |
与施工队进行设计咨询 |
综合设计 |
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— |
— |
优化生产物流 |
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手工艺品 |
机械化的工具 |
自动化系统 |
2.建筑工业化和它面临的挑战
如今，随着工业化进程的推进，新技术的结合已经彻底改变了人们生活的方方面面。建筑业并没有违反这一趋势，而是一直受到变化和发展的影响。然而，住宅技术的大部分实施都是传统的。它的根本问题需要诊断。这问题便是为什么工业建筑的实施没有得到大众的支持，也许是对工业化概念的误解导致了这个问题。
建筑工业化被认为是改造建筑物以抵御洪水、地震和风等自然灾害的基本和适当的方法。此外，采用新型建筑材料，特别是工业化过程中常见的传统绝缘体，被认为是避免能量损失[2]的合适解决方案。
此外，评估建筑和能源方面的新建筑技术、讨论建筑技术在建筑[12]产业化中的优势和局限性，提供必要的解决方案来推广这种机制，研究本地化的可行性，通过提供必要的培训以确保制造质量和实施不同的体系，确保其与常见的建筑模式兼容，并最终实现工业化，这是至关重要的[13]。如果不考虑到部署新技术[14]所面临的挑战，就不可能做到这一点。因此，从项目管理的角度分析建筑项目管理方法和产业化技术在制造业新材料活动优化实施中的作用的动态的应用是必要的[15]。以可持续发展理念为核心的工业建筑体系整合与工业建筑体系的提供，在高层建筑、中高层建筑和底层建筑的三种尺度上是分不开的。因此，新技术的应用被认为在经济、社会和生态问题上符合国家的可持续发展战略[6]。
2.1建筑工业化的优点
工业化意味着模块化、遵守项目三角形、动态性和灵活性、能源效率、过程的连续性、存在一个收集和传播信息的全面系统、存在培训并最终关注运输生产。工业化的一些主要特点如下：
1.避免使用传统和手工业施工方法
2.使用重复质量单元（重复）的原型的串行和批量生产
3.预制构件在受控条件下的应用及构件在车间的装配
4.减少施工过程中的能源和材料浪费
2.2建筑工业化的重要性
目前，开发商面前不存在技术或是科学壁垒，行业建设技术人人可得，专家对该行业完全熟悉。然而，唯一缺少的因素是工业生产的供应短缺。在工业化过程中，可以缩短施工时间，提高质量控制的精确度，最终得到使用寿命更高的建筑。
3.BIM的意义及特点
BIM被认为是建筑、工程和建筑行业最有前途的方法之一。与BIM的结合将产生更精确的结构可视化模型，因此，这些模型将支持更好地分析和控制手工过程的方案。当这些通用的计算机模型需要精确的几何信息来支持建筑业务时，它们便被视为完整的模型[10]。换句话说，建筑信息模型（BIM）是设施物理和功能特征的数学化的表现。创建和管理BIM需要三个主要技能，即与技能相关的工具、与概念相关的过程和与社会相关的角色。这些技能见表（2）
表2.具备创建和管理[10]BIM的技能
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相关工具的技术 |
相关流程的概念 |
相关角色的社会地位 |
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项目可视化 |
沟通 |
BIM经理 |
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模型的准确化 |
信息管理 |
BIM运营商 |
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模拟的结构 |
协调 |
BIM主持人 |
3.1建筑信息建模的特点及特性
BIM技术被认为是目前建筑企业采用的最新、最有效的信息管理手段之一，是提高项目管理能力的竞争工具。该方法有对建筑构件进行建模，并记录各维度的特征。而这些数据可以作为设计、施工和项目管理团队[10]的公共数据库。
1.n维建模：这些模型包括三维建模，时间为第四维，成本为第五维，维护为第六维。
2.使用“冲突检测”功能设计错误检测器
3.设计与项目管理的结合
4.快速准确地访问管理报告
5.变更的综合管理
6.简化成本和时间管理
7.对项目信息进行文档化和归档
8.面对对象建模：在此过程中，每个对象只建模一次
4.建筑工业化中BIM技术的地位
BIM需要很多功能来模拟建筑的生命周期，为新的建筑潜力提供基础，并为项目团队成员提供新的角色和互动。一旦BIM的兼容性足够好，就会提供一个更加统一的设计和施工过程，从而提高质量，减少最终结构[17]的时间和成本。BIM的能力可以概括为三个部分：基于对象的建模、基于模型的协作和基于网络的集成。
工业化被认为等同于模块化，建筑构件应该在工厂预制，并在现场组装，这需要在工厂预制构件，这样在施工阶段就不会出现问题。同时，BIM可以获得最大的好处，具体如下：
1.类似的设计和竣工施工
BIM最大的优势之一是建成后的施工。在这个过程中，设计过程是基于建筑物的物理形状和实际尺寸。因此，该方案是准确适用的，并导致最低的尺寸公差。
2.大型复杂项目
在大型项目中，工作量和投资是如此之大，以至于需要在项目开始前进行精确的成本估算。BIM的结合有无数的好处，包括复杂的设计，详细和优化的测量和成本估算，项目管理和相关各方的协调，建设速度和降低成本。从而对工业化过程中成本增加的合理性进行比较。而对于传统企业而言，要么进行大规模项目，要么进行大规模生产。
3.要素之间的关系
BIM的应用将使建筑的最终设计变得可以理解，因此，设计的概念将理想地暴露在其他因素中。首先，客户被告知最终的设计，然后会根据他们的预期对其进行优化。施工人员知道选择何种方法进行施工。监理人员还将能够遵循设计和施工。项目经理可以为项目选择最佳的资源分配方法和时间，最终预售客户会对所购买的公寓有一个清晰的了解。所有这些优点都源于这样一个事实：最终的模型是可用的，不需要解释或可视化。
4.优化项目管理
BIM被认为是项目管理的宝贵工具。项目的最终模型可以作为Autodesk Navisworks、Tekla BIMsight、Bentley Navigator等软件的输入，项目的各个阶段都可以安排。此外，估计劳动力和材料将更容易。建设阶段将提供详细资料，可以预测起重机、仓库材料、脚手架和临时设施的位置。在工业化过程中，时间安排是非常重要的。因此，BIM可以作为一种将材料、人力和机械配置到正在进行的项目中的伟大手段。
5.施工期间跟踪项目进度
智能手机和平板电脑在沟通和信息传递中发挥着重要的作用。因此，BIM可以作为一个有效的工具来访问您的信息[18]。你也可以携带建筑模型到项目现场，与承包商和其他相关方分享和讨论所需的信息。
6.分阶段建设
随着时间的推移，BIM的加入可以描绘出项目的所有可能形式。您的项目可能被划分为多个阶段。目前的一些结构需要拆除和重建。然而，一个发展计划需要为来年考虑。此外，建筑建模可以将整个施工阶段集中在一个地方，并可以为项目选择最佳和最优的计划。此外，它会给你一个完整的随着项目的最终设计开发后进行拆除改造的现有结构。
7.更快地执行项目
由于对整个项目步骤有了适当的了解，冲突和问题在项目开始之前就得到了解决，并进行了重新设计，所以执行者知道如何执行项目。客户知道他的期望。此外，施工项目将以最小的延迟和问题进行完善，所以，投资和建设周期将被最小化。
8.消除组件干扰
在工业化过程中，大部分零部件和面板都是在工厂预制的，安装在工作现场。当部件之间发生干扰时，问题诊断的可能性将受到挑战。作为一种解决方案，在建模过程中，将对建筑物进行虚拟设计和测试，从而彻底解决部件之间的干扰，并对结构进行重新设计
9.减少重复和成本
在建模过
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