基于BIM技術的裝配式建筑協同管理系統

張奉超 張海亮 郗建朋 馬少雄 田 慶

1. 中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司 陜西 西安 710043；2. 陜西鐵路工程職業技術學院 陜西 渭南 714099

隨著新一代科技革命和產業變革的興起，以數字化、網絡化和智能化為主要特征的智能制造已經成為現代企業發展的必然趨勢[1-3]。在此背景下，世界各國紛紛提出智能制造戰略，如德國“工業4.0”、美國“工業互聯網”、我國的“中國制造2025”，通過數據分析技術解決實際生產經營中的質量、效率、供應鏈等問題，以推動工業制造向智能化制造轉型[4-5]。裝配式建筑作為建筑工業領域產業化發展的重要方式之一，其發展規模日趨復雜，如何將預制構件裝配過程中離散、多源的動態數據融合匯總，形成一體化的裝配式建筑施工數據服務平臺，是開展裝配式建筑智能建造的核心[6-7]。

1 裝配式建筑施工的局限性

1）參建單位間信息溝通不暢。施工階段與生產、運輸階段利益主體間的信息傳遞缺乏有效信息溝通渠道，導致“信息溝通不暢”問題，存在“信息不對稱”和“信息冗余”現象[8-9]。

2）協同管理智能化程度不高。裝配式建筑預制構件協同管理具有標準化、部品化和機械化的特點，涉及多維作業空間專業和系統相互滲透、指令多線程、標準多元化，特別是對多方交叉管理時，僅依靠人工管理方式的協同管理難度更大，進而難以保證管理效率[10-13]。

3）全過程數據集成能力不足。由于施工情況復雜，且裝配式建筑管理過程信息集成能力不足，傳遞缺乏時效性，僅通過文字與圖片形式無法實時直觀地為場外裝配式建筑產業基地展示項目建設進度，導致資源調度出現低收益、超期、超預算局面。

因此，本文通過分析預制裝配式構件生產、施工、吊裝等全過程重難點問題，以預制構件BIM模型為基礎，結合預制構件管理各方的信息需求，研究預制構件協同管理過程中各作業空間資源協同機理，并基于BIM共享數據，進行三維可視化預制構件協同管理平臺的系統架構、功能模塊設計。

2 裝配式建筑協同管理模式構建

針對傳統裝配式建筑施工的局限性，本文基于裝配式建筑BIM模型，通過建立符合裝配式建筑規程的技術標準和模型編碼體系，構建生產方、運輸方、施工方間互聯互通的構件級信息化協同管理模式，集成信息管理、構件管理、進度管理、安全質量管理等，使得參建單位間可基于同一信息模型進行數據采集、整理、分析，從而輔助項目管理人員進行決策，具體管理模型如圖1所示。

圖1 預制裝配式建筑構件協同管理模式

3 裝配式建筑管理平臺研發

該平臺通過實時采集各階段構件管理信息，制定不同構件狀態的“著色”方案，實時驅動三維模型，實現構件全過程的動態可視化呈現。實時預警項目進度、質量問題，智能推送至相關責任人，動態、可視化掌握問題整改落實情況，形成閉環管理，提升協同管理效率。通過數據集成分析各階段構件過程數據（生產周期、庫存情況、運輸周期、返廠維保等）、進度及安全質量隱患等，確定管理薄弱環節，構件易損環節等，為項目人員動態調整施工過程提供可靠、實時數據；同時可為后續施工或類似項目提供借鑒，具體平臺界面如圖2所示。

圖2 預制裝配式建筑構件可視化協同管理平臺界面

3.1 平臺功能架構

通過基于裝配式預制構件關鍵工作節點，優化各級管理權限，建立PC端＋移動端“互融、共享”模式，打通不同參與方間、現場管理與后臺數據庫的“信息通道”，構建了信息化管理平臺，而提高裝配式建筑施工生產效率和管理效率，并減少工程安全質量隱患，具體平臺功能架構如圖3所示。

圖3 預制裝配式建筑構件可視化協同管理平臺功能設計

3.2 平臺功能模塊

3.2.1 項目概況模塊

項目概況包括項目維護、組織架構、構件狀態設置以及平臺公告幾部分。主要是對項目的基礎信息進行維護編輯，包含項目編碼、項目名稱、項目簡介、各參建單位、項目工期、項目視頻圖片資料等。

3.2.2 項目設置模塊

項目設置包括系統角色、角色和菜單對照、系統用戶、構件權限設定。在系統角色模塊，可以查看訪問權限，訪問權限包括IT管理員、裝配式、工廠、運輸、現場等。并且管理員可以通過“編輯”或“新增”權限對用戶的權限碼以及權限進行修改，也可以將用戶的權限刪除。

3.2.3 模型信息化模塊

模型信息化是指針對某個項目進行構件化最小單元管理，包含構件的原始屬性、自定義屬性、進度屬性、安全質量、材料用量等信息維護，并在工廠、運輸、安裝3個環節基于構件進行信息共享。構件管理共包括3個模塊：狀態更新、屬性管理、二維碼管理。狀態更新模塊可以隨時更新構件的狀態信息，通過輸入構件的狀態查看。

3.2.4 構件狀態管理模塊

構件狀態管理模塊是對整個項目狀態的展示，在該模塊中，不同的顏色表示不同的狀態，例如綠色代表正在安裝，紅色代表滯后。

3.2.5 項目管理模塊

項目管理模塊共包括安全質量、構件管理、生產計劃、計劃進度、業務報表、系統設置等。

用戶可在安全質量模塊上傳問題，上傳的問題會在該界面顯示，顯示信息為：問題圖片、安全質量類型（安全問題/質量問題）、發起者、發起時間、模型關聯、問題描述、狀態（是否已處理）、備注、嚴重程度（輕微/一般/非常嚴重/特大）等。問題處理模塊是由相應的技術人員進行處理，單擊“操作”一欄的“處理”進入界面進行相應的問題處理。問題臺賬模塊記錄了所有問題，包括待處理的問題、未處理的問題以及已處理的問題。

計劃進度包括計劃列表和施工計劃，計劃列表包括計劃名稱、對該計劃的描述、計劃的創建時間以及創建者等。施工計劃模塊對所有計劃進行展示，包括計劃名稱、計劃天數、設計數量、計劃的開始和結束時間以及實際的開始和結束時間。

業務報表由構件統計模塊、施工統計模塊、生產統計模塊3部分組成，每部分分別表示對應的報表。構件統計模塊可以根據項目名稱或年份來進行構件數量的分析。施工計劃模塊可以根據項目名稱、年份或者構件類型查看現場安裝進度。生產統計模塊可以根據項目名稱、年份或者構件類型來查詢工廠生產統計分析。

4 工程應用

為驗證本文系統性能，將涇河·薈智廣場項目作為試驗對象，該項目設計定位功能為商業服務，規劃總建筑面積約為15萬 m2，項目位于正陽大道和崇文二路的交界處，北側商業由2部分組成，圍合出1條商業天街，2層有連廊連接。沿正陽大道一側的高層為LOFT辦公，其余2棟為SOHO辦公。南側的公安分局主體是一座12層的工字形辦公樓，東西兩側分別為窗口辦公和附屬綜合樓。其規劃用地面積22 030.15 m2，總建筑面積150 736 m2，地上建筑面積98 836 m2，地下3層建筑面積51 900 m2。

4.1 預制構件追蹤管控

通過裝配式平臺可在構件生產、運輸、施工過程中對每根構件進行跟蹤，并配有預制構件查詢功能，方便管理人員查看與管理，做到各環節狀態情況可追溯、可匯總。

4.2 預制構件安全質量管理

在現場巡視中，項目工程師及監理工程師通過手機對施工安全、質量問題進行拍照、錄音和文字記錄，并創建整改任務。整改任務推送到責任人的手機上，責任人拍照上傳整改后的照片，做到責任到人，并督促快速解決。安全員也可定期上傳安全隱患較大區域（消防設施、安全教育區等）照片及情況，及時整改，防患于未然。

4.3 預制構件進度管理

項目工程師及監理工程師通過手機對所負責區域的進度進行拍照、錄音和文字記錄，記錄實際開始和完成時間及工作量，導入模型中會以不同顏色顯示完成情況，滯后、按時完成或者提前完成，負責人可根據進度安排相應工作量，按進度推進工作。

5 結語

基于BIM技術的裝配式建筑協同管理平臺為解決預制構件施工可視化監控與信息協同管理提供了一個可行的解決途徑，不但實現了預制構件動態數據的電子化實時采集和有效組織，還實現了以樓層為基本監控單元、面向裝配現場的可視化動態監控，提高了裝配現場的監控水平。同時，也實現了預制構件生產方、運輸方、施工方間構件級的信息化協同管理，為預制構件的智能化建設奠定基礎。目前，系統在陜西某裝配式建筑項目正式上線運行，效果良好。下一步將會在裝配式預制構件信息化協同管理的基礎上，通過研究和構造高效的智能優化算法，實現對裝配質量、進度和安全行為等方面的智能優化與控制。