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年度好文推荐 | 基于BIM技术的装配式内装系统研究

作者:唐大为,易 鸣

作者单位:深圳市建筑设计研究总院有限公司

全文刊登于《施工技术》2020年第5期

摘要

Abstract

由于建筑业转型发展的需要,毛坯房将逐步退出历史舞台,装配式内装作为一个良好的解决方案,是未来建筑转型升级的重点领域。目前行业内尚未针对装配式内装进行 BIM 二次开发,然而装配式内装系统的建立能充分发挥 BIM 精细化、信息化的协同管理作用,优化施工组织方案,解决施工缺陷问题。围绕建模标准、评价规则、施工组织、管理应用等方面,在 BIM 平台架构下建立完善一体化装配式装修系统,详细分析和总结一体化装配式装修系统的应用探索与存在的问题。

Part 01

BIM 技术应用情况

整体来看,BIM 应用在土建结构设计、机电管线安装上较多,在建筑内装设计方面较少。其原因主要是BIM建模成本高,缺乏相关人才和资金支持。BIM 技术和产品引入国内以来,在建设工程、市政工程领域的各阶段都迅速应用开来。目前我国已有大量新建建筑工程在设计阶段运用BIM技术,用于碰撞检查,减少后期深化设计变更。同时,BIM数据模型能将建筑项目实际施工状况在数据模型中体现,可实现对进度计划和关键工序进行4D 模拟,分析施工方案的可行性,预先解决施工工序冲突问题; 实现施工场地合理布置和施工设施、设备的合理调度; 对于装配式建筑而言,BIM信息化有效传递对构件现场逐一安装,极大提高吊装精度效率要求,实现构件安装工序规划模拟有很大作用。另外,通过应用BIM,利益相关方能围绕项目展开科学、合理的分析与评估,并对建筑项目施工存在的问题及时做出判断,促使项目得以顺利完工。

Part 02

BIM在装配式内装中的实践

研究数据表明,BIM 在国外建筑工程中在诸多方面和工程阶段都有应用与研究,通过对近几年国外学者的研究成果进行统计得出,接近一半BIM应用研究聚焦在建筑运维管理阶段,其中包括既有建筑的改造及建筑性能监测等。此外,超过1 /4的研究成果旨在研究BIM技术在建筑室内空间设计。然而,目前BIM软件并未开发特定于室内设计的插件模块,BIM 技术在实现快速可视化、组织材料属性、成本数据、统计工程量上具有优势,能解决当下室内设计行业的难点。除此之外,BIM在用于内装设计时,还能提供更多维度的指导和价值评估,在满足客户视觉需求的前提下,给出更多评判因素。有学者利用装配式内装技术对台湾既有老旧公寓进行改造翻新,过程中应用BIM技术进行全生命周期成本分析,以探讨不同改造策略的潜在收益或困难,成为评价设计方案的一种有效的决策工具。另外,有学者使用BIM技术模拟不同建议下的翻新效益,包括评估生命周期成本、居民疏散时间、通风和照度。该研究将讨论开放式建筑设计的优势及延长未来建筑使用寿命的关键。

相较于国外,国内已有试点项目将BIM技术运用于包括装配式内装设计在内的设计全过程。中国建筑标准设计研究院作为上海绿地威廉公馆项目的内装专项总承包单位,运用BIM技术实现设计阶段的可视化模拟分析、施工阶段的管控检查、运维阶段的信息准备、企业工程管理的体制升级。

然而,通过对内装企业进行调研访谈,国内目前装配式内装行业仍较少将BIM技术应用在室内设计上。另外,大部分内装设计在用BIM软件时重点表达设计理念和风格,体现色彩搭配和材料质感等内容,达到一定的几何精度。而各内装子系统的具体构造做法则是由后期建设单位招标采购之后所确定的厂家来深化。而厂家对于同一个节点的做法各有不同,这就导致在内装设计时无法获取具体实施做法乃至供应链信息,无法发挥BIM真正的价值优势。另外,建设单位对室内设计的要求也仅仅局限于可视化、三维效果展示。精装修设计周期过短也是导致BIM内装模型达不到深度的原因。

Part 03

分析原因

内装设计、采购、施工环节脱节,是导致上述问题的关键原因。由于这几部分工作流程所对应的实施主体不同,再加上内装设计团队不具备整合产品和企业资源的能力,由内装设计团队完成信息采集、属性整理、BIM模型建立的工作量大。招采权通常由施工单位和建设单位定夺,导致内装设计团队与厂家在项目上无法直接配合,通常室内设计做完之后,施工单位再根据现场情况,由厂家进行二次深化,深化设计内容也根据厂家自身产品决定最终整体室内效果。这也是导致内装设计BIM模型没有产品属性,被认为是披了BIM形式主义的三维模型的原因。室内设计的BIM模型能做到的仅仅是粗略统计出配件、设备数量及材料面积,而无法转变为产品个数及对应的人工成本、安装工期等真正具有施工预算的数据。

Part 04

解决思路和策略

4.1 建立产品、材料体系的装修部品产品库

我国内装行业百花齐放,企业各自发展自成一派,然而大部分企业由于规模原因未能形成闭环的技术体系,在创新优化自身技术产品的同时,又要考虑到社会整体的工业化水平,形成既满足不了工业化生产又无法实现与传统内装在经济性、成本上抗衡的非标准化的内装产品。

装配式内装部品部件库需由政府主导来规范化建立,从产业结构、市场供需等宏观层面为内装产业发展指明方向。丹麦是首个将模数法制化的国家,明确了装配式建筑部品与部件的尺度、公差和模数协调,以确保不同供应商的成品通用性要求。所有厂家将自身产品、构件收录在同一产品体系下,不同厂家之间的同类产品可进行互换协调,不断竞争优化,并在标准化设计的基础上实现多元化组合设计。1959年日本住宅公团为大规模建设公共住房而制定了 KJ 部品认证制度。该制度对部品的材料尺寸进行严格规定以保证住宅及部品体系的品质控制。但这间接导致供应商之间的低价竞争,反而使得构件质量得不到提高。之后为了防止恶性市场竞争而出现质量低下的情况,住宅产品开发中心提出并制定BL优良住宅部件认证制度,由专用部品转变为通用部品。在保证标准规格、通用接口的前提下,鼓励质优耐久、高性价比的产品创新。

而当企业具备装配式内装设计、产品研发、生产制造能力,并整合大批量高效施工及后期持续维保的产业资源,其可实现自身产品链的闭环迭代发展。日本企业骊住株式会社从 1923 年发展至今,为消费者提供方便快捷的“一体式解决方案”,涵盖内装所有类别的产品,骊住株式会社借助其所拥有的专业设计和安装团队的优势,能根据客户需求建立标准流程,提供从设计到生产、从安装到售后服务的一体式解决方案。骊住株式会社基于日本住宅一系列基础性成果理念,整合装修产业科技技术发展并研发高集成的装配式住宅内装成套体系,具备国际化、集成化、功能化、工业化、装配化、精细化等特点(见图1)。

图1 骊住株式会社多样化设计风格

制定装配式内装行业的基础标准时可尝试以政府主导的项目为试点,通过以点带面的方式来形成顶层设计,各内装企业参与进来,逐步制定装配式内装行业的基础标准。首先,对行业各企业研发的装配式内装部品与部件、零配件、安装步骤进行全面评估,然后根据装配式内装行业供应商的产品和材料,整合供应商材料和产品的标准或定制产品数据信息,建立三维信息化的部品、部件模型装修部品产品库。其中,还必须包含供应商提供的菜单式产品属性,并加以整理纳入BIM各参数选项,如楼地面产品的标准模块尺寸(长×宽)、面板材质、面板厚度、螺栓类型(金属或树脂)、是否附加地暖模块等。

4. 2 贯穿始末的标准化设计

首先,构件标准化的目的是为了实现装配式内装产品的规模化、自动化生产,在提升内装质量的同时降低装配式内装成本。通过 BIM 打通设计各环节、信息高效准确传递,自上而下快速进行内装布局,再自下而上反馈到前期设计。问题在于前端未能实现标准化设计,设计成果则无法由工厂来完成模块化生产,也无法在市面上大批量采购。局限性在于: ①室内装饰设计的作用在于发挥其创意满足个性化需求,不会考虑加工、生产要求,一定程度上甚至抵触模块化和工业化产品; ②由于装饰工程在建筑产业链条处于最末端,被动地接受很多尺寸、规格上的问题; ③装饰工程是需把前期装配化的问题解决掉或掩盖掉。而这两方面原因都导致装配式内装无法实现产品规模化生产和生产装配化的组织,成本也无法低于传统内装施工方式。因此,BIM的高效准确信息化应用,能打通内装行业设计与生产之间的壁垒。

其次,对内装设计 BIM 模型的深度、精度进行要求,根据 JGJ/T 448—2018《建筑工程设计信息模型制图标准》执行。在开始内装设计时,从部品部件库选取材料和产品,直接布置在导入的二维图纸上,部品部件接口与建筑预留的管线接口相连接,并实时三维可视化展示和分析。对室内布置完成后,直接实现精准统计部品部件用量,计算成材率和裁切率,并结合供应商提供的单价、地区工程量定额的施工费用等统计出整个室内装修工程的工程量清单和各项金额。同时,实现施工模拟安装并统计出工期。在精装修中,BIM技术的应用实现了数据高效精准集成、共享、传输,被作为跨专业协作和建设相关方交流的平台。通过BIM平台,设计师可直观、及时地同步修改,提高工作效率,并激发设计师的创造力。对于复杂部位和空间节点,可呈现三维完整表达。通过 BIM 不同阶段成果的概预算统计分析,其根据装配式建筑和内装拆分部品部件,结合造价行业各类工程量定额及相应计价方式进行粗略统计分析。通过这一造价统计分析结果可实现设计方案的横向量化对比,对方案比选的决策具有重要影响。当设计成果深度足够时,可准确得出项目工程量清单,可用于设计招标及建设单位对建设成本的精准控制(见图2)。

图2 BIM内装设计模型

最后,围绕建模标准、评价规则、合规性校审等内容建立一套基于 BIM 平台的装配式内装设计深度、精度、合规性系统。目前国家和各省、直辖市、自治区都相继出台了针对装配式内装的评价评分标准,包括不同功能区域的天地墙体系、集成厨房、集成卫生间、机电装修一体化、管线分离、穿插施工等。前期专家评审和第三方审查工作都需根据二维图纸内容进行人工审查,审图量大,易出现信息不对称、各专业内容深度不匹配问题,十分低效。如果采取BIM审查,设计院各专业图纸深度达到BIM制图行业标准的要求,达到设计各阶段的几何表达深度和信息精度要求,可通过BIM直接输出的碰撞检查、构件数量统计、做法检查、施工组织等内容,直观高效地进行审核判断。借助BIM技术,BIM数字成果将代替传统纸质用于设计交付和对接沟通,而传统低效、滞后的二维图纸人工审核方式已无法迎合快速流程审批要求。在推行数字化审图的大趋势下,以后必将会走向BIM模型审核与模型直接指导施工的方向,配合未来更加完善的BIM管理体系、BIM建模标准与结构化的设计规范,最终可作为标准校审工具普及应用。

4. 3 生产供应端的 BIM 信息化应用

装饰行业当下现状为设计、加工、生产和现场装配相脱离。目前建筑行业BIM的应用主要集中在设计阶段的可视化和各专业协同技术,施工前期的成本造价计算,而并未发挥其建设管理和运营管理的功能。装配式内装设计的落地性、可实施性与市场所能供应的部品部件息息相关。从供应链管理角度看,设计与生产无法在信息中形成闭环,易产生供应不足的问题。因而,装配式内装供应链上下游信息传递的正确性与有效性都需贯彻一致,包括部品生产、物流运输及后期施工安装等。装配式内装设计所需部品部件根据种类、数量可直接向供应生产商下订单,完成物流配送后直接在施工现场由人工来完成部品部件的快速组装。另外,内装设计团队在前期积极考虑内装供应链产品供应情况,增强设计方与供应商之间的交流,也能进一步为内装工业化生产打下基础。

BIM与建筑供应链管理相结合的研究相对空缺,目前已有基于BIM的供应链管理的信息流理论框架,并能解决建筑供应链参与方的不同数据接口的信息交换问题; 也有专家通过搭建BIM平台来实现特定混凝土的供应链。国内已有内装设计团队,通过BIM建立起一套集成本造价、商务管理、生产制造、订单物流于一体的信息化系统。通过该信息化系统实现了标准化建模同时可出报价单及设计和采购的料单; 内装模型自动算量,减少预算超支,控制工程成本,内装精细化施工图直出。通过BIM和数据中心进入项目管理系统,获取客户、项目,并对合同进行管理。通过PM和数据中心进入生产系统,拆单、获取库存,下单、委外、组装。渠道商在数据中心对产品下单,EOS系统跟踪订单状态、物流信息等。

综上所述,当下BIM实现管理层面上的信息传递,相信在不久的将来BIM还能通过更加深入的技术研究以支撑内装设计与制造供应链之间的信息传递。

Part 05

结语

BIM改变了设计信息传递方式。BIM技术的应用无疑提升了内装设计的精细准确程度,降低了内装设计协调各专业的难度。内装设计需梳理所有施工图设计图纸,包含各专业的设计成果,专业性强。同时,二维图纸的表达方式导致内装设计人员在空间上很难将各专业设计内容在同一个三维空间内进行构建。而一旦各专业成果都通过BIM模型建立,并链接到同一个BIM文件中,则能准确直观地把握各专业设备管线的空间尺寸和位置,避免由于前期设计信息传递不准确而导致内装设计反复修改甚至后期施工错误。然而内装设计的重要性和话语权往往不如其他专业,内装设计也不具备足够可靠的设计条件,因此也无法实现内装前置及正向设计。当此问题被设计师意识到且被重视时,成熟的BIM技术应用则被期望能改变传统建筑装饰项目的工作模式,改变其管理模式及沟通方式。BIM技术的应用和发展为内装设计所带来的利益附加,使得建筑设计各专业各种要求都能被充分贯彻执行,最后实施完成时各项指标得以回顾和审视。只有通过不断闭环迭代,末端的内装设计才能日益优化且往前端反馈,从而最终实现内装正向设计。


 
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