摘 要: 建筑业在促进我国经济发展上可谓是发挥了举足轻重的作用。改革开放以来，为适应经济和城市发展的需要，我国建筑业处于不断扩张的状态。然而，由于我国建筑业传统的设计模式已不能适应城市可持续发展的要求，建筑业需要产业结构的现代化和适应性。节能、低碳、质量可控、工期短的优点，是建筑业的一个新的发展方向。此外，BIM 技术作为整个建筑生命周期中最重要的信息管理工具，也解决了不同层次的协调问题在对已完工建筑的相关理论和 BIM 技术进行系统研究的基础上，对预制建筑所面临的信息收集的阶段和难点进行了探讨，并将其作为我国建筑业发展的助推器，促进了建筑业持续健康的发展。
关键词: BIM 技术; 装配式建筑; 机电工程
1 BIM 概述
20 世纪 70 年代，Chuck Eastman 经过一系列的研究之后提出了“Building Description System”，被后人认为 BIM 是来源于这一概念，后来经过众多学者的不断研究，极大地充实、发展了这一概念。Tolman 等在前人研究的基础上，提出了“Building Information Model”理念，认为项目的参与者应该将各层面的建筑信息进行整合，用来满足不同专业对信息的要求。进入到 21 世纪，科学信息技术得到极大地发展进步，在信息技术的加持下，这一理念得到了快速发展，并开始广泛地应用于建筑行业。目前还未对 BIM 做出明确的学术性定义，不过近些年相关研究日渐增多，对其给出了概述性的定义。简单来说，BIM 是一种调查技术，它不仅是模型产生的结果，而且是模型创建、应用和管理的过程，它包括使用包含建设项目物理和功能特点的数字模型，以实现信息交换和协同工作，为项目决策和分析服务建设项目全生命周期。
2 BIM 技术特点
在建筑领域，BIM 技术之所以能够得到快速地发展以及广泛地应用，是因为其拥有相比传统建设模式压倒性的优势，本文认为其优势主要体现在以下方面。
1) 更加直观。传统的 CAD 二维设计 图以水 平、高度和剖面的形式显示设计结果。有时候难以完全展现设计师的设计意图，借助于 BIM 技术，可以建立一个全方位的三维模型，很大程度上弥补了二维模型的不足，可以直接显示建筑空间和设备的信息。
2) 全方位协调。传统的设计 是逐步完成的。从设计 签字到完成由业主、设计师、建设者和管理者各自分工明确各自的任务。然而，各方之间的信息传递和协调并没有得到很好的理解。当从一个阶段转移到另一个阶段时，项目信息很容易丢失，并且存在重复的工作负载。BIM 技术的发展带来了一种新的工作方式，即所有主体都可以合作，建筑单位可以与设计人员交换设计、施工信息，并针对设计中出现的问题及时提出相应的解决措施，根据施工信息及时协调、更新项目建设进度，建立和管理信息，可以为管线的规划和运行建立三维模型，与供应商交换现有数据，根据所得数据对模型进行修改和完善，提高模型的质量和价值。
3) 保证信息传递连续性。BIM 应用涵盖了从设计到施工再到工程检测的信息全过程，这些信息都可以进行编辑和修改。在实际工程建设过程中，不仅要收集建筑对象的三维几何信息，而且要注重各个信息之间的设计、施工、维护和技术逻辑关系。因此，主管部门、建设单位、监测单位和设计单位要注意数据的连续性和信息的传递，模型中的每个信息都相互连接，当对象更改时，需要更改所有关联的对象。该系统能够准确地分析变化信息，生成正确的图形和文本。
3 装配式建筑概述
装配式建筑又称整体式房屋，是指由生产厂家在远离现场的地方组装或制造，在现场运输、组装建筑构件，此定义可分为三个阶段的施工过程: 第一阶段是结构的生产阶段，第二阶段是结构到施工现场的运输阶段，第三阶段是就位前的组装阶段。与常规混凝土施工相比，它有两个特点: 一是梁、板、柱、墙等主要建筑构件在构件厂预制; 二是各类构件必须在现场可靠连接。从我国装配式建筑的相关标准规定可以了解到，装配式建筑是指在其结构体系、内部设备、防护系统和关键构件中使用预制构件，与传统的预制构件定义相比，我国标准中预制构件的定义强调预制构件的使用应包括四个系统，这对我国预制构件的发展提出了更高的要求。
4 装配式建筑优缺点
4． 1 优 点
1) 建设周期短。装配式建筑的所有配件是需要在相关工厂进行预制的，完成之后只需要去工厂提取，然后在施工过程中靠专业的安装人员进行安装即可，这就大大缩短了现浇时间，可与其他专业施工在现场同时拼装，不影响施工安全常规混凝土施工、养护等工作。另外，受气候影响较小，因此可以最大限度保证施工时间。
2) 绿色环保。装配式建筑可以实现工厂构件生产过程中模板和生产用水的循环利用，在很大程度上减少现场工作量和施工过程中的建筑材料。由于缺乏原始安装大大降低了建筑噪声、灰尘污染，符合绿色环保的要求，废水和其他污染物在与传统铸造结构相比得到了有效地处理，在整个施工完成后大约可以节约 20% 的能源。
3) 建筑质量高。中国传统建筑工地的工人大多来自农村，他们在正式进入建筑行业之前并未接受太多的专业培训，都是自身在不断的实践中总结经验，帮助自己更好地开展工作，但也存在一些工人的能力在实践工作中并未得到良好的提升的情况，以致建筑工人的素质参差不齐，这就很难保证建筑的每一个施工环节都能有较高的质量，一旦建设过程中某一个环节出现问题，很容易对整个建筑质量造成严重影响。而装配式建筑的构件都是在工厂里完成加工，所有工人都是在经过了严格专业的培训之后才上岗工作，生产程序高度专业化，生产出来的每一件产品都高度标准化，在很大程度上提高了零件的质量; 另一方面，在实际施工过程中，不仅配备了专业的安装工人，而且工人都是在严格按照明确的施工标准下进行安装构件，从根本上保证了整个建筑的质量。
4) 设计多样化。随着人们生活水平的提高以及审美观点的变化，对住房环境也提出了更高的要求。如今的传统建筑中，混凝土结构承重墙居多，空间设计无法实现多样化，不能很好地满足消费者的住房需求。装配式建筑可以按照消费者的要求进行空间分割，不仅能够更好地满足业主个人的工作和生活需求，而且在设计上更加美观。
5) 标准化信息化。装配式建筑在设计过程中，为了达到高精度生产和提高生产效率的目的，必须对构件进行标准化。一方面，装配式建筑构件的生产和施工标准化程度高，输送带作业工作量少，可以有效减少所需人力; 另一方面，装配式建筑标准化程度高可以在实际生产过程中借助信息技术实现数字化生产，提高整体生产效率，促进信息化技术的有效利用。
4． 2 缺 点
1) 成本高。装配式建筑的造价比传统的现浇建筑要高很多，其主要原因是: ①预制构件的预测试和装配需要投入大量资金; ②预制构件的预测试和装配需要大量资金，由于预制构件的标准化程度较低，不同企业对构件的要求不一致，所以对生产流程要求极高，进而导致价格难以下降; ③零部件生产企业很难确定构件的市场收益，这种情况下不得不压缩和控制生产规模，导致生产成本长期上升，进而导致建筑的总成本更高。
2) 技术要求高。装配式建筑对元器件的精度要求很高，如果构件在生产过程中哪怕出现了几毫米的误差，那么在实际装配过程中也可能无法使用，这对生产设备和零部件的现场组装提出了更高的要求。虽然我国零部件生产工艺在近些年得到了快速的发展，但是我国的零部件生产水平、零部件装配工艺和结构检测方法都无法与发达国家相比，甚至一些零部件的生产不能满足标准要求，存在着重大的技术障碍。除此之外，预制构件一般技术要求高，接头数量和现场管理也受到严格限制。
3) 应用领域小。相关规范对装配式建筑的总高度和层高进行了限制，关于装配式建筑常常需要根据实际情况来确定，尤其是对于高层建筑。4) 社会认可度有待提升。由于受诸多因素的影响，成品建筑企业独特的投资成本较高，使得其在生产积极性较强的同时，由于预制构件的成本高于传统的城镇地区整体浇筑，开发商还没有准备好开发预制构件。再者，装配式建筑在我国的普及率不高，消费者对装配式建筑存在误解，认为装配式建筑的质量不如混凝土建筑。因此，为了提高对装配式建筑的认识，首先要提高我国的工业化水平。
5 BIM 技术与装配式建筑
我国建筑业虽然取得了良好的发展，但是依然存在诸多问题亟需解决，比如资源浪费大、环境污染严重、劳动力成本高等问题。在这种背景下，改革完善建筑业施工过程非常紧迫。装配式建筑在工厂内完成构件的生产加工之后，在工厂内运输到现场后可以直接安装，与传统建筑相比，预制建筑所产生的建筑材料、废水、污染物等较少，施工过程更加绿色，生产效率和施工质量都将得到提高，促进建筑业的可持续发展是十分必要的。装配式结构在解决传统建筑技术问题的同时，也面临着新的挑战。在预制步骤中，与主体部分的传统施工相比，施工工程从现场浇筑转变为构件组装，并进入施工深化阶段，构件生产和物流运输都是在施工过程中完成的，这对生产管理、物流管理和现场设计的共享提出了更高的要求。将 BIM 技术应用于工业建筑设计、生产和施工过程中，可以提高效率。在深化设计时将 BIM 技术应用于构件分体设计中，通过改变构件生产中的设计和控制，可以减少构件之间的碰撞，BIM 模型可以提供详细的信息，直接导出元器件，完成对元器件数量和相关信息的统计，后续的信息可以直接传送到生产设施中进行数字化生产和处理，提高生产效率。在施工准备阶段根据 BIM 模型进行优化，利用施工系统模拟有用的施工进度，在 BIM 技术中可以模拟专用升降平台的可视化模型，可以充分了解设计和安装的要求以及精度对构件的安装和连接进行改进。此外，BIM 技术还可以用来提高施工现场的质量、安全和进度控制。借助于 BIM 技术，可以有效地提高工业建筑的生产建设水平以及质量，并且可以促进我国建筑业与先进国家的建筑业看齐。虽然目前在装配式建筑中 BIM 应用还处于发展阶段，还有很长的一段路要走，但是其发展前景是非常好的，在不断的实践过程中会得到发展和完善。
6 BIM 技术在装配式建筑机电工程施工中的问题及解决策略
1) 制度保障。在建筑业中，政府还没有一个完整的 BIM应用标准，在应用过程中没有完善的模型深度和数据处理标准。时间仍然是二维层面的主流模式，以显示设计成果的二维图纸所产生的 BIM 模型在表达上不同于现行的设计和设计标准，而图纸的有效性是由法院裁定的。软件必须在项目的不同阶段使用，在我国缺乏关于软件和标准之间相互作用的相关标准的支持。这些问题在一定程度上限制了 BIM 技术的推广应用，法律责任界限模糊也是业主、建设单位和建筑单位共同面临的问题。对 BIM 技术的应用没有明确的规定，如模型的所有权、数据交换的要求、对外保密等，同时，项目参与方之间的法律责任也必须明确。要解决这一问题，政府首先应制定相应的 BIM 应用和数据交换标准表。考虑到国家标准制定周期长，在工程应用中，企业通常根据自身经验制定适合本工程的建模规范。要加强 BIM 技术的知名度，让更多的单位管理者了解 BIM 的本质，相关部委可以制定激励方案，为 BIM 应用单位提供政策支持，激发企业应用 BIM的积极性，以明确法律责任的界限，了解 BIM 应用中项目参与者的风险和法律责任。
2) 技术支持。大型公共建筑的施工过程需要多个单位的参与，在工程建设的每一个阶段，许多信息数据都必须通过一个公共平台共享，BIM 的应用依赖于不同的软件。软件之间的数据交换接口不完全兼容，容易缺乏信息。另外，我国使用的 BIM 软件大多来自欧美，需要优化，以满足我国的需求。随着 BIM 数据交换标准在世界范围内的广泛传播，BIM 被用来提取信息技术各个阶段的数字数据，然而在我国建筑行业的信息交换过程中并没有一个统一的数据表达和传输标准。为了实现信息的集成、交流与合作，需要建设一个综合性的 BIM 服务平台。该平台以数据库的形式存在，项目参与者可以根据自己的需要自动访问数据。这需要一个统一的数据交互标准。BIM 实施的主体是技术，因而对应用型人才的需求是有限的。此前只有少数专业人士知道 BIM，不过越来越多的企业看到了 BIM 的应用价值，纷纷开始了BIM 的研究和员工培训。
3) 经济效益。BIM 应用的经济效益也在一定程度上限制了其自身的发展范围。BIM 软件对计算机配置有更高的要求，必须增加硬件投资，同时，相关软件的购买和升级费用也必须由公司自己承担。另外，公司必须加强对员工的专业培训，不断提高工作人员的综合素质以及工作能力。同时如何计算应用期间的投入和产出，如何平衡各方的利益，以及谁应该承担因应用程序错误而造成的经济损失，都是需要在工程之前解决的问题，业主是整个项目中 BIM 技术的最大受益者。在第一个规划阶段可以根据三维模型进行比选; 在设计过程中可以随时更改模型和更新图纸，避免重复性工作;建模可以提高工程质量，减少返工和资源浪费。
7 结 语
预制构件机电设计优化研究以 BIM 技术为基础，将 BIM计算机化的优点与预制构件高效、节能、环保的优点相结合，建立 BIM 数据表格，并全程进行项目管理整个过程。与欧美发达国家相比，我国装配式建筑的发展还存在一定的差距。并且我国预制构件的生产和设计验收标准落后，施工技术发展滞后。因此，将装配式机电设计与 BIM 技术相结合，对提高住宅的施工进度和改善住宅质量具有十分重要的意义。
作者：欧阳婷 刘锋涛 韦美练 廖梅丽 王仕敏 单位：柳州工学院