BIM技術在裝配式建筑中的全過程管理應用

李波

【摘要】裝配式建筑作為一種新型的建筑模式，其技術優勢十分明顯。BIM技術引入我國后，得到了快速發展，并在設計，生產以及施工階段起著領跑者的作用。我國部分地區已經開展推行利用BIM進行裝配式建筑的應用，本文通過對BIM技術在裝配式建筑中從前期設計到后期管理全方位的跟蹤研究，將裝配式建筑的全過程管理應用作為核心，提供完善的設計步驟和研究方向，并確保研究成果的最大化，還適當擴展了裝配式建筑的研究邊界，完善BIM技術在裝配式建筑中應用的思路和方法，具備一定的理論意義和實踐意義。

【關鍵詞】建筑工程;BIM技術;裝配式建筑;全過程管理

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.036

一、BIM相關技術基礎

1、BIM技術的概念

BIM的意義在于，當模型建立時，由于各個參與方在同一個交流平臺，高質量的信息共享可以解決參數變化的問題，以及管道中的碰撞檢查等等。BIM的概念可以用三句話來概括：BIM以3D模型的數字方式收集整個項目中的所有信息。BIM屬于信息摘要機構，或者是建設活動各階段參與組織之間合作的重要平臺，用于提取信息，實現BIM平臺上信息的實時傳輸。建設項目的參與者通過修改，補充和更新每個專業模型中的信息來優化工作，并加強各個職業之間的聯系和工作交流。

2、BIM技術的特點

BIM技術的特點表現在信息集成化、工作過程的可傳遞性、協同設計的充分支持和優化性等方面。

（1）信息集成化

BIM技術特征的信息集成一般表示在以下部分，第一個是設計鏈接，第二個是特定信息，信息模型是信息收集的重要橋梁。因此，建筑行業的這種模型是所有項目數字化的結果。應從全面的角度將專業數據和內容填入模型中。由計算機3D模型生成的數據庫是該模型中最重要的部分。該模型主要包含多個部分，如建筑體的內部空間關系和幾個部分的存儲。BIM技術的設計過程和特定信息的整合完全放棄了原有的CAD方法，具有在設計領域不可忽視的積極影響和實用價值。

（2）工作過程的可傳遞性

工作流程的可轉移性是BIM技術最突出的優勢和功能。眾所周知，BIM技術應用的最重要特征是在項目數據中建立時間敏感的集體關系。同樣值得注意的是，同一建筑模型可以以多種方式使用，例如BIM模型可以直接用于建筑模擬，結構研究和其他部分。在上述過程中，不僅工作人員的壓力減小，而且程序設計部分的整體效率也可以得到提高。

（3）協同設計的充分支持

BIM系統是一種重要的新設計工具。它可以在設計時為每個組織和每個環節建立良好的合作渠道，并為項目的相關處理方準備充分和現實的信息和內容。BIM技術主要體現了“全面支持協同設計”的優勢，使工程師之間的交流變得方便，合作也變得更為融洽，更重要的是可以有效縮短設計時間，提高綜合水平，提高最終的經濟效益。

（4）優化性

因為建筑項目的設計和完成都是一個動態且需要不斷優化的過程，所以在起初的設計，施工包括后期的運營方面必然會受到信息多而復雜，時間不確定性等等，而借助BIM技術可以進行相應的優化。

二、BIM技術在裝配式建筑的應用路徑

1、設計階段

與當前的裝配式建筑模式相比，傳統模式下主要采用的是DBB模式，即按照順序各參與方依次投入，經歷業主招標、設計單位完成圖紙、招投標確定總包方、配備材料、施工、監理單位驗收等幾個階段。在這種DBB模式下，有許多單位如物流、施工以及構件廠等并沒有提前參與到設計中來，這就會造成后期設計與施工可能存在差異、脫節，導致后影響后期施工進度、生產和運輸成本的層架、質量難以保證等。而引入BIM技術，可以建立構件參數化族庫，完善設備、PC構件庫。這些基礎性的工作完成后，設計人員在參與不同的設計項目時，直接調用，以此來實現快速出圖。

（1）初步方案設計

（1）構件標準化。裝配式建筑設計初期，需要羅列出可能用到的構件，并通過建立構件庫存放需要用到的構件，目的是為了滿足構件的標準化和通用化。通過BIM技術可以完成裝配式建筑中外墻、內墻、陽臺和樓梯等部件的標注化設計，所形成的構件庫如下圖1所示。

（2）戶型標準化。裝配式建筑在部品與構件的標準化的基礎上，根據需求建立不同的戶型樣式，顯而易見，在如今購房群體需求多樣化的市場環境下，模塊化的設計可以最大程度的利用現有資源，組合出不同的戶型，形成了豐富多樣的建筑風格，如下圖2所示。

（2）構件拆分設計

裝配式建筑的整體設計完成后，需要進行構建的拆分。根據之前建立的構件庫，選取構件進行裝配，當構件滿足裝配率要求時，在進行拆分。拆分時要合理設置好構件的相應參數，還需要考慮現場的吊裝能力等，如下圖3所示。利用PKPM-PC軟件進行手動地修改預案構件的尺寸，對建立墻預制構件的起點與長度進行參數設置，目的為了減少構件的重量，使其滿足吊裝的重量要求。

（3）構件深化設計

（1）碰撞檢測與模型優化：BIM模型建立后，需要對其進行碰撞檢測，對其中的碰撞進行查看，如下圖4所示。

（2）預制構件深化設計在拆分設計完成后，可利用PKPM-PC軟件的深化設計模塊對梁，板，柱和墻的參數進行設置。如下圖5所示。

2、生產階段

在裝配式建筑構建的生產中，技術人員在二維平面上進行預制構件的生產加工。因為二維圖紙上所反映出的信息十分有限，這種方法有可能出現錯解、誤解設計意圖的情況。BIM攜帶的信息貫穿于整個建筑周期。借助BIM技術可以將裝配式建筑中所有部件的詳細信息共享給生產單位，傳遞的方式可以是三維信息化模型、也可以是二維深化圖紙。通過BIM技術、物聯網技術和GPS定位系統基本可以實現對裝配式建筑構建的生產、出廠和運輸進行追蹤。項目各參與方及時溝通，及時查詢各個工作完成情況和安排本單位下一步的工作。具體如下圖6所示。

（1）構件生產前準備

BIM技術此時所表現出的最大優勢是可以進行三維建模，將構建的參數信息進行轉化形成實物，這樣就可以方便生產人員的理解。由于BIM在建立模型的同時要考慮到各類構件的三維模型，并給出對性的參數和材料。由此建立的模型必須要經過反復驗證，直到模型驗證通過，確保數據準確真實。

（2）預制構件生產

構件進場卸載前，本單位的質量管理部門及時按編號和批次檢查并及時上傳信息管理平臺。BIM數據庫具有強大的信息處理能力，其可以對掃描后的RFID標簽進行分辨，并提取其中有效的信息。供應商可以根據具體情況調整生產計劃，避免了材料的浪費。

（3）構件運輸階段

施工單位根據裝配式建筑當前的施工進度來組織構件的運輸計劃，生產管理人員通過手持閱讀器或移動端查詢、定位需要運輸的構件，記錄預制構件的當前信息。構件的運輸線路也需要綜合多方信息，如：施工現場的位置、高速公路的線路和高速公路的出入口等。BIM技術擁有強大的信息集成功能與GIS技術的結合，可迅速查閱工地現場周圍情況，生產三維地形圖，根據三維地形圖分析工地周圍運輸路線，合理確定運輸路線。

3、施工階段

（1）構件進度管理

（1）進度管理體系架構信息來源于從設計階段產生的設計信息與在施工過程中利用RFID實時采集的狀態信息，根據構件進度管理過程中的信息需求，提出進度管理體系結構，對裝配式建筑構件進行實時動態進度管理。

信息收集與傳遞：裝配式建筑構件的基本信息都有固定的存儲方式，并以EXCEL表格的形式來進行記錄，關鍵節點的構件則是通過RFID標簽進行記錄。

信息提取與分析：在裝配式建筑的構建進度管理中，核心環節是提取構件的詳細信息。BIM通過與物聯網技術RFID的集成獲取裝配式構件的計劃信息與實際信息，可以通過設置查詢條件統計不同階段或某個時間點的各個裝配式構件實時狀態信息。

（2）構件質量管理

現澆式建筑從始至終的施工地點都只有一處，其質量控制基本固定在施工現場。但裝配式構件施工地點不同，一個是構件的生產廠，另一個則是施工地點的裝配現場。裝配式建筑的一大特點是標準化生產，這的確提高了構件的生產效率。而一個裝配式建筑項目中，涉及大量的構建，且部分構建在尺寸上沒有太大差別。為了保證裝配式建筑的生產效率和質量，結合裝配式建筑施工特點與需求，借助BIM技術可以構建起質量管理框架。

質量控制架構將施工階段的質量管理分為施工準備階段、構件生產階段、現場裝配階段和質量驗收階段。

（1）施工準備階段在裝配式建筑施工過程中，裝配式構件的生產是以工廠為基礎的規模化生產。如果在施工現場發現部分構建出現尺寸問題，無法安裝到建筑主體中，那么這些構建只能報廢。

深化設計深化設計：對于裝配式建筑施工階段十分關鍵。在這一階段，通過深化設計讓生產方獲得精確詳細的圖紙，有效的較少了鋼筋和預埋件的錯放問題

模擬施工方案：深化設計完成以后，并不代表該套設計方案就可以順利提供給施工單位。施工中往往存在諸多不確定因素，通過對完成后的施工方案進行模擬，可以幫助管理人員通過模擬的施工方案提前發現問題，解決問題，減少不必要的損失。

（2）構件生產階段

裝配式建筑施工階段是從構件廠開始的，在構件廠生產的構件質量將會直接影響到之后現場裝配的質量。在構件的生產階段，主要是確保一線生產人員可以得到準確的參數信息，以此來指導生產。

精確獲取生產信息：裝配式建筑構件在設計中，已經生成了詳細的參數。可以從模型中直接查看與生產相關構件的基本信息。

模具數字化設計：裝配式建筑構件是由模具設計人員設計出模具后，才可以組織規模化生產。根據建立好的裝配式構件模型來進行模具的設計，能夠盡可能確保構件模具制作的精細度。

（3）現場裝配階段

質量驗收：即使在構件出廠時，技術人員已經對其進行過質量檢驗;但是施工現場所反饋到平臺上的參數碎石都在變化。因此，在構件進入施工現場時，仍然會對構件進行質量檢驗。檢驗的方法是通過掃描RFID標簽，快速讀取裝配式構件質量管理數據，提高驗收效率。

裝配過程質量控制：就裝配式建筑來說，裝配式的質量直接影響著結構的整體性。在構件裝配的過程中，通過手持終端掃描上面的RFID標簽，獲取關鍵節點裝配的具體操作流程以及裝配質量控制要點，并借助GPS來對構件進行定位，以此來判斷裝配是否到位。

（4）質量驗收階段

在質量驗收階段，主要涉及兩項內容;其一是構件裝配質量，其二是裝配過程中出現的質量問題。

“無紙化”施工質量驗收：現場的裝配信息通常以圖片或者文字傳輸至平臺，平臺自動判斷是否通過驗收，是否符合規范要求。這種無紙化驗收避免了人工參與和數據記錄有誤情況。

質量問題的處理和總結：借助質量控制架構，施工中出現的問題要進行分析和討論，對工程上出現的質量問題要進行概括匯總并分類存儲。基于BIM數據庫，可以對現場問題進行更加科學的分析。

4、運營階段

對裝配式建筑的設備進行信息化管理中，設備的使用和維護也是極其重要的，盡量延長設備的使用壽命，保持良好的運行狀態，是進行后續的信息化管理的關鍵。在裝配式建筑的后續運營中，管理人員可以通過手持終端掃面設備上的RFID標簽，由此將設備的具體型號、參數、安裝時間、檢修記錄錄入到BIM模型中;如果設備出現故障，檢修人員可以通過掃描RFID標簽，獲得該設備的詳細信息。借助BIM技術，維修人員可以快速趕到現場進行設備維護，并在設備信息管理系統中調用配件的信息，實現快速查找和領取。

（1）空間信息化管理

在國家大力推廣綠色建筑和環保材料的環境下，建筑領域的節能減排已經成為各個參與方必須要面對的問題。建筑的節能減排是建造方法和后期運營維護共同努力完成的，兩者缺一不可。因為BIM技術是現實和虛擬相結合的技術，通過對空間區域的劃分，來觀察空間的使用情況的。

（2）應急信息化管理與決策

在現代化的建筑中，消防應急設備的智能化程度已經非常高，但是對這些設備的管理才是關鍵。將BIM技術應用到裝配式建筑中，遇到突發情況時，BIM系統自動發出報警信號，同時三維可視化技術可以迅速呈現發生危險的地方并傳達給救援人員，確保最短時間解救被控傷員。

結論：

傳統的建筑模式，不僅能耗較高，施工周期長，管理難度大;而且不同環節出現誤差和風險的現象尤為普遍。在國家推行綠色建筑的倡議下，裝配式建筑順利推出，并體現出一定的技術優勢。當然，也要意識到裝配式建筑的技術優勢的確很明顯，但是在我國還處于發展初期，其實際應用和推廣還存在諸多難題。BIM技術可以對裝配式建筑中的所有環節進行仿真，并可以持續為所有環節的工作提供優化依據。

參考文獻：

[1]蘇小華，潘家誠，陳旭東，等BIM技術在道路工程設計的應用研究[J].住宅與房地產，2019（28）：56.

[2]張鐸，馮東梅，高婷.基于BIM的建筑工程多專業設計協同方法研究[J].施工技術，2019，48（24）：29-32.

[3]李純，張忠良.基于BIM標準體系的鐵路協同設計體系研究[J].鐵道勘察，2020，46（01）：95-102.

[4]薛國龍.裝配式建筑工程施工過程中BIM技術應用實踐[J].建材與裝飾，2020（04）：18-19.