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基于BIM的装配式建筑智慧建造过程研究
 
 
[修改时间:2019-10-16 浏览次数:140]
 
 
第 1 章  绪论

1.1  本文研究背景
长久以来,建筑行业一直占国内生产总值(GDP)的6%左右仅次于工业、农业、商业之后占据第四位,是国民生产总值支柱产业之一。我国建筑业总产值总体呈递增趋势,2017年建筑业总产值为213954亿元达到近十年以来最高峰,与2016年相比增长10.5%,由此可见建筑行业在我国经济的迅速发展中占据重要地位(图1-1)。然而,建筑过程中所消耗的资源、产生建筑垃圾各占据人类自然资源总量和人类活动所产生垃圾总量的40% [1],与其他支柱行业相比我国建筑业存在科技含量低、经济效益差、环境污染严重等问题。与此同时,我国建筑业一直采用粗放式工程管理模式和传统的现浇技术,这种管理模式和作业法带来的是施工周期长、劳动力成本高、信息化程度低等一系列问题。

2016年2月国务院发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中明确指出:“加大政策支持力度,力争用10年左右时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。”  国务院办公厅《关于促进建筑业持续健康发展的意见》和《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中也提出坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,推动建造方式创新,“推进建筑产业化”、“推广智能和装配式建筑”、“加强技术研发应用”用科技手段促进建筑产业发展是大势所趋。住房城乡建设部关于印发《2016-2020年建筑业信息化发展纲要的通知》中指出:“加强信息技术在装配式建筑中的应用,推进基于BIM的建筑工程设计、生产、运输、装配及全生命期管理,促进工业化建造。建立基于BIM、物联网等技术的云服务平台,实现产业链各参与方之间在各阶段、各环节的协同工作。”装配式建筑是用提前预制好的部件在施工现场集中装配的建筑,装配式建筑建造方式与传统现浇技术相比具有施工周期短、环境污染小、绿色环保等特点。从上述文件可以看出,装配式建筑不仅是当前建筑业的热点,信息化技术的集成应用也是我国建筑业发展的主要方向之一。信息化技术集成应用于装配式建筑是提高装配式建筑管理水平和信息化管理的关键,也是推动我国建筑业转型升级的最大助力。虽然,我国在建筑信息化领域投入逐年增长,也取得可喜成绩,但是研究建筑信息化领域的内容综合性、交叉性较弱,现代信息化技术集成应用研究尚浅[2]。
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1.2  本文研究目的及意义
1.2.1  本文研究目的
BIM 技术作为装配式建筑智慧建造的核心技术,承载着装配式建筑从设计—生产—运输—装配—运维全生命周期内所涉及的各种信息,以共享知识库的形式将信息流转到各个项目参与方。现代项目管理理论和项目管理技术因 BIM 技术的出现和迅速发展而有新的发展方向,智慧建造理念的提出旨在利用先进的信息化技术及时获取建筑物的相关信息,辅助决策实现建造过程的智慧化[3]。
本文研究的目的是在工程项目管理理论基础上,结合智慧建造理念,以 BIM技术为核心集成物联网技术、虚拟现实技术(virtual reality,VR)、三维激光扫描等其他信息技术应用于装配式建筑中,全面感知、互联互通建筑项目的相关信息,使得装配式建筑具有更通透的感知,更智慧的决策。研究基于 BIM 技术为核心的多种信息技术的智慧建造方法,实现装配式建筑进度、质量、施工场地布置及构件制造中信息实时感知与控制,从而及时弥补现有装配式建筑项目中数字化程度不高、信息流转滞缓等缺陷,达到对建设项目管理的优化和促进作用。基于 BIM的装配式建筑智慧建造过程研究有利于推动装配式建筑向智慧、精益、绿色方向发展,实现装配式建筑的智慧化建造。
1.2.2  本文研究意义
信息化技术运用于装配式建筑中符合建筑信息化的发展潮流,以智慧建造理念为基础,集成多种信息技术应用在装配式建筑项目管理中以实现智慧建造,具有重要的理论与实践意义:
(1)本文从装配式建筑、BIM 技术、智慧建造角度入手,梳理出三者之间的逻辑关系,详细阐述基于 BIM 的装配式建筑、BIM 技术在智慧建造中的切入点、基于 BIM 的装配式建筑智慧建造,为进一步理解装配式建筑智慧建造提供支撑。
(2)本文以 BIM 技术为核心集成物联网、三维激光扫描、VR 等信息化技术应用于装配式建筑全生命周期中收集项目的相关信息,有助于实现装配式建筑全生命周期内信息的流转和传递,促进装配式建筑向智慧建造迈进。
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第 2 章  相关理论概述

2.1  装配式建筑概述
2.1.1  装配式建筑概念及特点
随着我国经济的迅速发展城镇化水平快速提高,建筑业在我国国民经济中扮演着重要角色,但作为国民经济支柱产业之一的建筑业还存在着许多弊端,传统粗放建造方式面临着生产效率低、劳动力成本高、环境污染严重、信息化程度低等问题,给保护环境带来诸多难题,而发展装配式建筑则是推动建筑产业化、建筑信息化的有效方式(图 2-1)。

装配式建筑是以信息化为支撑,通过标准化设计、精益化生产、工地装配的建筑。与传统建筑相比,在设计、施工、装修以及验收、管理方面具有设计一体化、协同化、施工干作业,精细化等特点。装配式建筑与传统建筑的区别体现在建筑的各个阶段,其核心内涵主要包括(表 2-1):

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2.2  基于 BIM 技术的智慧建造
2.2.1 BIM 技术的概念与特点
建筑信息模型(Building Information Modeling ,BIM)始行于美国,最早由麻省理工的查克?伊士曼教授提出[29]。BIM 技术是一种应用于建筑工程设计、建造、管理的可视化工具,通过对建筑项目信息的有效集成和整合,服务于建筑全生命周期中,以实现数据和信息在项目各个参与方手中有效共享、传递和添加,使项目工程中的管理和技术人员对建筑物的相关信息进行有效把控,依据真实、全面的信息做出高效、正确的决策,为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础和准确的信息。美国国家 BIM 标准(NBIMS)对BIM 的定义如下[30]:
(1)BIM 是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字化表达;
(2)BIM 是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念设计到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;
(3)在设施的不同阶段,不同利益相关方通过在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。信息(Information)是 BIM 的核心,模型(Modeling)是 BIM 的载体,建筑(Building)是 BIM 的对象,利用数字化技术为整个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库,该信息库不仅包含描述建筑物的几何信息如空间属性信息等,还包括建筑物、预制构件的非几何信息如材料、生产厂家等。以三维模型为载体贯穿于建筑全生命周期,项目各参与方向三维模型载入信息如进度、成本、质量、材料等信息,依托包含建筑工程信息的三维模型,大大提高建筑工程的信息化集成能力,也为项目各参与方提供信息流转、交换和共享的平台。
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第 3 章  基于 BIM 装配式建筑智慧建造现状分析 ····················· 24
3.1  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造的产生 ···························· 24
3.1.1  装配式建筑的产生 ····················24
3.1.2  基于 BIM 的装配式建筑 ························ 27
第 4 章  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用分析 ······························ 40
4.1  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造体系架构 ····························40
4.2  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造过程应用 ·························41
第 5 章  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用发展及推进对策 ··············· 64
5.1  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用发展 ······························· 64
5.2  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造推进对策 ······························· 64

第 5 章  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用发展及推进对策

5.1  基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用发展
装配式建筑是我国建筑业未来的发展方向,信息化是装配式建筑迅速发展的最大助力收集项目中产生的信息最后形成完整的数据库,数据库便是企业在项目中最原始的数据来源,通过对数据进行分析整合可形成知识,把知识从点连成线最后成面这便形成一个企业的智慧,也是一个企业核心竞争力。
从装配式的项目上看,我国目前实施装配式的项目主要是保障房项目,市政、高端商业区的项目较少,从结构体系上看,目前采用较多的结构体系是混凝土结构,由于我国是地震多发地带未来装配式建筑的发展可以选择因地制宜的结构体系比如木结构和钢结构。
从信息化技术的集成上看,应基于 BIM 技术结合 GIS、三维激光扫描、VR/AR、物联网等信息化技术应用于装配式建筑全生命周期中获取项目的结构化、非结构化及半结构化的数据文件,以信息化带动企业、项目的管理方式促进整个行业的发展使得装配式建筑上下游企业间形成有机整体,在信息化不断发展推进的过程中制定完善的标准、草案和协议以保证装配式建筑和信息化技术更好的融合。根据项目和企业的特点开发适合本企业、本项目的智慧化管理平台,集成项目周期内的各个参与方和数据资料。
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结论与展望
本文梳理装配式建筑、BIM 技术、智慧建造的相关理论基础,并介绍国内外装配式建筑的产生与发展,我国装配式建筑在产生与发展过程中存在诸如安全问题、结构稳定性等问题,信息技术的快速发展为装配式建筑迈向智慧化提供良好的解决方案。本文以装配式建筑为研究对象,以 BIM 技术为核心集成其他信息化技术应用于装配式建筑快速收集项目信息及时流转到项目各参与方手中,使得装配式建筑具备人类特有的感知能力、记忆、知识、智慧,提升决策质量、形成知识库。主要结论如下:
第一,以 WOS 和中国知网为数据库,检索 2008 年-2018 年装配式建筑文献,通过 Cite space 软件做出知识图谱,着重分析国内外知识基础、知识热点和演进趋势,分析发现我国偏重于 BIM 技术的单独应用缺乏信息化的集成,着重研究预制构件在生产阶段的质量管理,缺乏装配式建筑全生命周期的综合研究。
第二,将装配式建筑的项目分为三个阶段:设计、生产、施工。系统的阐述在装配式建筑各个阶段中 BIM 技术的应用价值及应用现状并提出以 BIM 为核心集成多种信息化技术应用于装配式建筑全生命周期中完成参数化设计、获取预制构件的生产、运输信息以及装配信息。
第三,对 BIM、装配式建筑、智慧建造进行深入探讨,研究发现 BIM 技术应用于装配式建筑中仅管有很大的优势同样存在缺陷,提出基于 BIM 的装配式建筑智慧建造体系架构。
第四,通过典型案例分析出我国基于 BIM 的装配式建筑智慧建造应用现状,在应用过程中 BIM 技术的应用尽管取得一定成效,但只是局部应用缺少与其他信息化技术的集成。
参考文献(略)
 
 

 

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