辩证看待BIM技术在装配式建筑的应用价值

尤文贵，张俊腾，曹文峰 （福建农业职业技术学院，福建 福州 350119）

0 前言

在我国建筑行业大转型的背景下，中央层面持续出台相关政策大力推动建筑业工业化的改革发展。发展装配式建筑和建筑信息模型（BIM）技术是实现建筑业工业化的重要途径。在2016～2018期间国务院连续8次发布相关政策和指导意见，住建部连续9次发布相关政策和指导意见，31个省份出台装配式建筑发展规划政策，26个省份出台相应补贴政策。同时，工信部、交通部和各地区等部门相继出台了装配式建筑的质量评价标准、图集、规范和BIM技术收费标准。相对于传统建筑，装配式建筑具有减少人工消耗、生成效率高、受季节影响少、施工进度快和节能环保等优点。由于装配式建筑采用的标准预制构件是在工厂提前制作再运输到现场进行拼装的模式，因此其对预留孔洞和现场组装的精度和各专业的协调要求较高。很显然，装配式建筑的设计和施工相对于传统建筑更复杂，存在的风险更高。因此需要采用BIM技术对其全寿命周期进行模拟推演，把可能存在的问题解决在施工之前的决策期。从某种意义上看，BIM技术的应用是装配式建筑的一场全新的技术革命。

1 BIM的概念

BIM技术起源于20世纪70年代，由“BIM 之父”的 ChuckEastman教授提出的“通过计算机将建筑设计产品可视化模拟的设想”。国际标准组织设施信息委员会（Facilities Information Council，FIC）认为BIM技术是在全寿命周期对建筑的物理和功能属性可视化和可计算的形式来表现。美国建筑师学会AIA认为BIM技术是一种可视化的三维模型。张建平教授认为BIM技术是一种各参建单位能够通过BIM模型共享信息的现代信息技术。徐勇戈教授认为BIM技术的核心价值是实现信息集成而不是可视化和数字化。目前BIM的软件根据总体相互关系进行分类有建模软件（revit，Civil3D）、分析软件(navis⁃works，PKPM，YJK，Midas，Civil/Gen/FEA，ANSYS)和管理软件(广联达，晨曦，鲁班)三大类[1]。目前市场上最热的软件主要有用于土建、结构、建筑、钢结构、机电、给排水等专业的建模软件revit和用于碰撞检查、施工模拟、进度管理、可视化navisworks软件。

2 适用性分析

为了保证建筑结构的安全性，需要采用结构整体设计和预制构件节点连接设计才能使得装配式建筑的整体性能够与传统的现浇式建筑相媲美。Haller M[2]对装配式建筑在设计阶段的适用性进行了研究，指出装配式建筑由于设计过程增加了新的设计环节，使得设计难度大大加大。因此在设计阶段需要综合考虑构件的内部和外部结构、生产成本、运输便捷性、管件预埋以及各专业的协调，因此迫切需要BIM新技术的应用。装配式建筑所需要的预制构配件需要在工厂进行制造，其制造方式主要有流式制造和离散制造[3]。离散制造是指预制构件的制造流程不固定，订单更加灵活的生产方式。流式制造是指生产流程固定不变。Martin Haller[4]研究了预制混凝土夹心保温外墙板的生产过程，其具体过程可划分成36项生产工序。Khaled M.[5]试图探讨预制建筑系统的现状及其解决利比亚住房条件的潜力。主要考虑当地建筑业专家的观点，利用访谈获得的信息进行定性分析结果表明，预制建筑可以改善利比亚的住房产业；大多数受访者也不能完全提供概念或政策指导，这可能成为利比亚预制建筑发展的起点。在装配式建筑的施工阶段借助BIM技术对施工场地的可视化管理在正式方案制定之前发现潜在问题进而压缩成本[6]。此外，通过BIM数据库可以加强设计单位、构件厂家、施工单位、建设单位和运营单位的沟通，进而提高工作效率和节省成本。由此可见，BIM技术在装配式的建筑的应用的核心价值主要有提供全面的数据库和协作平台，进行施工模拟从而缩小建筑业与制造业的差距[7]。

3 风险性分析

Aibinu A[8]研究了澳大利亚QS公司的BIM技术，发现该公司的三维模型的完整性存在不确定性。Arensman[9]提出了BIM在应用的时候存在一些法律上的不确定性。Elmualim[10]研究指出很多工程人员对BIM技术的基本操作流程和概念缺乏认识。Zhang[11]认为外国软件无法适应我国的规范，因此无法满足我国的建筑项目需求。BIM技术应用在一般的建筑项目时遇到的风险主要有技术风险[12]、管理风险[13]、经济风险[14]、法律风险[15]、环境风险[16]和政治风险[17]。对于装配式建筑项目，其风险除了一般建筑项目的所有风险外还多了人员风险。LI M[18]指出由于传统建筑占据了市场的主导地位，公众对装配式建筑的认识不足造成初期推广难。Luo[19]指出装配式建筑项目面临的问题主要有缺乏施工机械、缺乏有经验的现场施工管理人员和缺乏稳定的预制构件制造商。Schmidt[20]指出装配式建筑由于其复杂性，现场施工吊装需要大型负荷的起重机进行施工作业，而现有的吊装技术无法满足其拼装技术的要求，现有的有经验的设计师人员也无法满足装配式建筑项目的需求，现有的行业规范也无法适应装配式建筑的设计准则。Wallace[21]指出装配式建筑涉及新兴的高新技术，在建筑工程项目管理时缺乏有效的管理。主要面临的问题有：对项目的进展监管力度不够，项目的规划不完善，缺乏成熟的商业案例经验。唐晓灵[22]介绍建筑信息模型在国内的研究及应用现状;界定BIM技术扩散的范围。以创新扩散理论为基础结合扩散模型深入分析整个扩散过程,并提出EPC模式下BIM技术扩散的实现过程,探索加快BIM技术扩散的新方法。周毅[23]分析建筑信息模型(BIM)技术的基本功能与特点,对比国内外在BIM应用上的发展状况和差距,指出BIM在工程项目设计中的主要应用障碍,从多个角度分析原因并提出扫除障碍的建议,并通过BIM技术推广的案例,总结工程设计单位在推广应用BIM技术中通常遇到的问题,提出相应的建议和对策。梅耿跃龙[24]从BIM技术的实施策略、服务团队选择和技术引进带来的风险分析等角度论述BIM技术如何在具体工程中实施,业主方如何规避风险,获得B IM技术的真正价值。王广斌[25]对中国建筑业相关工作人员，就使用BIM的情况进行问卷调查分析，分析结果表明政府企业以及个人需要有阶段性地有针对性地应对并解决所面临的问题,积极努力才能奠定中国建筑业BIM引进和应用的基础何清华[26]对典型工程BIM应用存在问题进行比较分析,并对BIM软件的信息交互性进行分析指出，BIM技术短期投入成本较高，投资回收期长。综上，BIM专业技术人才短缺其技术的应用投入成本较高，除了在招标文件明确要求需要采用BIM技术外，开发商、设计单位和施工单位的积极性都不高[27]。

4 启示

BIM技术的推广进度是利益相关者的博弈结果。支持BIM技术的价值相关者主要有政府、软件开发商和建筑院校。以“2021年马保村棚户区改造项目安置房地块（福州高新区新马花园）项目（设计）”招标文件为例：该项目建设场地约5.8hm2（87 亩），总建筑面积不低于20万m2，总投资16.3亿元，其中设计费1083万元。要求设计院应用BIM技术进行施工图设计，并在施工阶段将BIM技术由设计向深化设计延伸，实施BIM场景漫游视频，打造数字样板房，向发包人提供BIM模型、数字样板房模型、相应的报告成果和优化建议。附带如此繁多内容的设计费仅51.9元/m2必然造成流标，于是发包者在2个月后便重新开标（重新开标删除了BIM技术的相关内容）。目前市场上的BIM技术费用大约在20-50元/m2，与建筑设计阶段的施工图设计的费用相当，根本不具备价格优势。因此，从设计院和建设单位的角度出发，如果仅仅考虑BIM技术保障工程进度和质量的可靠性显然不是明智的选择。应用BIM技术而投入的高额成本带来的回报率远不如高质量的施工图和高水平的施工现场管理带来的回报率。

对于建筑产品而言，其质量和责任的保证是通过经过各专业设计师签字的具有法律效力的施工图和施工现场的负责人通过科学的管理来实现，而BIM技术仅仅是锦上添花似的对其进行优化。如果后者产生的费用与自身的地位无法匹配甚至与设计研发的费用相当，显然是不合理的。在BIM技术的成本还未达到合理的范围前，过度推广BIM技术其效果也只能停留在建设单位基于政治因素的作秀阶段。由此，只能带来更多的资源浪费。这种现象在建筑院校尤为明显，诸如：BIM教学定位笼统不明确，凡是与软件有关的课程都改成BIM+课程，BIM教学与课程分离即把过多的精力花在软件的操作和学生竞赛上而忽略了建筑空间和功能的研究。此外，国内各大软件开发商为了抢占市场份额也纷纷打着BIM技术的旗号说服建筑院校购买其软件产品。

5 结语

BIM技术还不够成熟主要表现在其功能还不能满足装配式建筑全寿命周期的需求，特别是前期投入成本与回报率严重不匹配。如果BIM技术的投入成本能够降低到设计研发成本的10%以内，那么其推广应用遇到的阻碍便可大大降低。新技术的推广需要一个过程，这个过程需要不断地契合相关利益者的博弈程度。相信随着BIM技术的不断发展，BIM技术定最终能成为信手拈来的好东西，为装配式建筑产品提供服务。