智慧城市背景下裝配式建筑中BIM 技術的智慧建造研究

彭英偉

1.裝配式建筑概述

對于傳統的現澆筑建筑施工，裝配式建筑施工實現了建筑構件的提前生產，支持構件的靈活組配，相應地建筑生產效率更高，生產周期更短，生產成本把控更理想。但裝配式建筑推廣中也遇到了工作流程無法以最優化路徑持續推進，繼而引發建造流程碎片化的問題，又相繼產生組織溝通受阻、資源轉化率較低、成本控制不理想等系列問題。此外裝配式建筑在建造中需要多主體參與，其對應的目標系統更多元，技術難度更高。而基于此，BIM 技術的問世與成功引入，其以精細化的管理理念和綜合性的信息數據統籌能力帶來連續工作流程的優化，BIM 技術支持數據信息的集成共享[1]，使得裝配式建筑中的各類項目信息集成到統一的平臺中，支持統一調度。目前裝配式建筑自身具有較高的協同性，其已經整合了設計、生產、施工、管理等各要素，BIM 技術則幫助其實現了這些元素的科學統籌，形成既定的云端協同流程。

2.BIM 技術的功能特點

2.1 可視化功能

BIM 技術的可視化主要是構建三維模型，帶來二維圖紙到三維模型的有效轉變，除傳統圖紙平、立、剖的表達之外，還能夠進行三維展示。三維展示也支持建筑構件尺寸信息的詳細展示，且展示直觀而形象，這意味著項目信息從投資開始到最后竣工運維都支持可視化查看。

2.2 協調性功能

BIM 技術的協調性主要集中在兩個方面：一方面進行項目各階段的協調，基于BIM 技術信息共享平臺，實現建設項目投資、決策到設計，再從中標到建筑直到竣工運維等各個階段的數字化信息的收集；另一方面實現構件空間的協調處理，減少了構件空間布局不合理的風險。

2.3 模擬性功能

BIM 技術的模擬性優勢體現為對建筑工程項目全生命周期各階段有效模擬。其支持建筑各影響要素的綜合統籌與分析，支持建筑方案的模擬，且能模擬每天工程進度，同時配套資源與資金使用情況一目了然。

2.4 優化性功能

BIM技術為建設工程項目提供幾何、物理、規則等多方面的信息支持，而很多信息是單純憑借人力無法及時掌握的信息。這些信息的獲取能指導項目優化調整，及時發現不合理、不合規范的地方。

3.BIM 技術在裝配式建筑中的具體應用

3.1 支持圖紙的優化設計

在裝配式建筑中，圖紙設計是基礎性的工作，其與實際生產與產出的裝配式構件有著直接關系，生產預制構件的廠家以設計圖紙為參考進行構件的批量化生產。預制構件的尺寸精細度要求高，一旦圖紙有誤往往影響后期的預制構件使用，造成巨大的經濟損失。傳統的人工圖紙設計與分析往往會出現漏算、計算不準等問題，而預制構件數量多、規格差異大的情況下，裝配式圖紙設計與審核工作量大。在引入BIM 技術后，可以將所有與構件生產相關的參數納入到BIM 的信息平臺上，并且進行自動化的碰撞檢查，對各構件參數進行精準分析，BIM 平臺支持多主體的協同設計，針對構件設計中存在的參數錯誤，集體商討確定最佳的參數。BIM 技術指導建構綜合性的三維模型[2]，三維模型中中心文件可以和模型互相連接，也方便其他專業的設計人員查看模型、分析模型，指導設計方案的科學變更等，大大提高了協同設計的效率。

3.2 生產、設計和施工一體化

在BIM 技術的支持下，生產、設計和施工也實現了一體化作業，實現了產業供應鏈條的締結成形，使得供應鏈條上各節點企業協同發展，在信息高度共享與即時交流的過程中提升作業效率，大大縮減了裝配式建造成本。具體來說，BIM 技術提供信息管理共享平臺，在BIM技軟件的并行工程界面可以同步設計構件的生產工藝，明確其安裝細節規范，指導其后續運維等，而參數化的BIM 模型支持自動化的檢驗審核，直到其達標。達標且確定后的預制構件的生產參數會被傳輸到生產一線，生產商據此制定精細化的生產計劃，而構件生產制造開始后，其生產信息也能借助BIM 平臺自動轉化為生產設備能準確識別的參數，直觀顯示生產構件的材質、型號、工時等信息，為下一步的構件儲運、安裝等做準備。而這些設計參數也為后續的構件參數編寫提供借鑒。一般來說，裝配式建筑涉及的預制構件數量較多，重量大且形狀不規則，工地現場儲存不理想。而基于BIM 技術的信息管理平臺其支持生產、運輸與使用的一體化操作，能合理控制構件的生產周期，避免構件生產與施工作業實際匹配不當引發的構件工地堆積額外成本，合理規避相應的儲存不當所引發的構件使用風險，也避免了因為構件供應不及時而出現延誤工期的問題，使得構件供應、使用匹配更合理。施工企業會根據施工計劃和施工進度預估構件數量、類型等，制作采購訂單借助共享平臺反饋給供應商，生產商則按照訂單需要組織安排構件生產，并做好物流運輸安排，確保在約定的時間將預制構件運送到施工現場。這種生產、供應及運輸的一體化作業模式使得各環節有效銜接，真正實現了智慧化制造與供應。

3.3 裝配式構件的精細化質量監管

BIM 技術為裝配式構件的精細化質量監督管理提供了技術支持。在裝配式建筑施工安裝階段，借助BIM 技術，對其質量進行全方面的審核分析并指導其規范高效安裝。以最核心的構件安裝為例，其涉及內外墻板的裝配及灌漿連接、剪力墻鋼筋和板縫的捆扎處理等，這些都會影響到工程質量，需要提前制定涵蓋構件進場管理、構件吊裝操作手冊和構件節點施工工藝規范的質量控制體系[3]，指導裝配式建筑安裝中的技術交底和質量監管。這些細致性的工作結果會反饋到BIM 信息管理共享平臺上，結合施工進度模型和成本控制模型，實現裝配式建筑工程項目質量、進度等的綜合化管控。

4.BIM 技術支持下的裝配式建筑應用案例

位于廣東佛山市均安鎮鶴峰路1 號的都市經典廣場項目中，其借助BIM 技術進行裝配式建筑施工，采用預制裝配整體式框架-剪力墻建筑結構形式，既提高了項目運作效率，也降低了施工成本，使得施工單位取得了理想的經濟回報，本項目的BIM 軟件配置見表1。在設計階段依托BIM 技術，建立信息管理平臺，開展協同一體化設計，以標準化戶型模塊提高項目裝配率，對剪力墻、疊合板、疊合梁、預制樓梯等構件信息進行全方面采集，建立預制構件標準化圖庫，開展協同設計工作，并基于BIM技術的碰撞檢查功能，及時發現設計問題，及時調整參數，優化設計。在BIM技術的支持下，項目的設計標準化程度提升，為后續精益化工具的作用發揮創造了條件。在該工程項目中以BIM 技術為指導帶動預制構件的精準生產與供應。預制構件供應商通過BIM 信息平臺獲取構件制作參數，并根據施工現場的構件安裝進度和實際需要，制訂構件生產供應計劃并動態性調整。具體來說，從BIM 預制構件的標準化圖庫中獲取構件的平面、立面和剖面圖，以BIM 三維模型直觀展示預制構件的所有參數信息、生產進度等，建立了完善的生產供應鏈，進度可查可視，帶來了預制構件的精益準時生產與供應。在BIM 技術的支持下也實現了主要運輸路線的自動化規劃，在預制構件運輸車輛上安裝GPS 定位系統，其隨時向BIM 信息管理平臺發送車輛運輸實況，而每輛車上安裝RFID 芯片，支持構件運輸過程中損毀情況的自動化識別。當預制構件運輸到施工現場后，借助BIM 信息管理平臺指導預制構件的裝配，技術交底內容和操作規范提前上傳到BIM 信息平臺上，采用6SIGMA質量控制方法，指導預制構件的裝配，確保裝配的高質量。在新天地項目中，基于BIM 技術指導裝配式建筑施工，實現了構件碰撞、現澆結構與預制結構共計50 多處的檢查，在深化設計階段發現200 多處問題，有效節省返工費用，也切實縮短施工工期，使得項目建設更精細、更高效。

表1 案例項目BIM 系統軟件配置表

5.結語

在裝配式建筑中引入BIM 技術可以提高裝配效率和質量，使得施工單位獲得實實在在的經濟收益回報，也真正實現了資源的合理配置，推動建筑行業的創新高效發展。BIM 技術在裝配式建筑中的應用也使得裝配式建筑得到有效推廣，能擴大其應用范圍，使得建筑行業發展更智能。