基于BIM技術的裝配式建筑全過程管控研究*

趙權威 張觀友 丁照一

(1.金華職業(yè)技術學院建筑工程學院，浙江 金華 321000；2.杭州中盾裝潢工程有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

隨著建筑工業(yè)數(shù)字化技術的普及，工程建設處于高速發(fā)展階段。2015年，國務院印發(fā)的《中國制造2025》(國家行動綱領)指出，我國工程建設面臨向綠色化、數(shù)字化、節(jié)能化轉(zhuǎn)型發(fā)展的問題。作為綠色建筑的代表，裝配式建筑得到了廣泛關注和大力推廣。BIM技術具有共享性、集成化、可視化等優(yōu)點[1]。因此，將BIM技術應用于裝配式建筑，對于實現(xiàn)建筑業(yè)綠色化、數(shù)字化具有重要意義。

目前，建筑工業(yè)數(shù)字化技術的高速發(fā)展帶動了施工技術、施工工藝的革新，但也造成了很多管理問題[2]。因此，在BIM技術快速發(fā)展的過程中，應從構件設計、生產(chǎn)、運輸、施工階段等方面提出科學合理的管控措施，促進裝配式建筑持續(xù)、健康發(fā)展。

1 BIM技術研究現(xiàn)狀

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是由佐治亞理工學院查爾斯·M·伊斯曼教授提出，在20世紀80年代應用于美國圖軟公司研發(fā)的ArchiCAD 軟件，并獲得了良好的市場反饋[3]。隨著美國IAI 協(xié)會推出了《美國國家 BIM 標準》(NBIMS)，BIM技術得到大力推廣與應用。

我國關于BIM技術的研究起步較晚。2010年，住房和城鄉(xiāng)建設部頒布了《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，標志著BIM技術進入高速發(fā)展期[4]。2015—2019年，基于BIM技術的建筑發(fā)展規(guī)劃相繼頒布，進一步明確了發(fā)展BIM數(shù)字化集成建筑的目標。隨著2019年《綠色建筑評價標準》(修訂版)“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、環(huán)?！?四節(jié)一環(huán)保)標準的提出，基于BIM技術的裝配式建筑得到了蓬勃發(fā)展，綠色建筑年均增幅達到25%[5]。雖然BIM技術促進了裝配式建筑的高速發(fā)展，但是與之配套的管理體系、法律法規(guī)仍需進一步改進和完善[6]。

本文以浙江某裝配式工程項目為例，基于BIM技術對該工程的構建設計、生產(chǎn)、運輸、施工等階段需求進行分析，并提出切實可行的管控措施，可為基于BIM技術的裝配式建筑全過程管控提供參考。

2 案例分析

2.1 案例概況

浙江某安置房項目總建筑面積約20.36萬m2，其中，地下面積約6.66萬m2，地上面積約13.70萬m2。地上部分為裝配式剪力墻結(jié)構，地下部分為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構。開工時間為2017年3月2日，竣工時間為2019年3月26日，總工期754天。該項目以裝配式施工為主，實現(xiàn)了裝配式建筑的構件設計、生產(chǎn)、運輸、施工全過程管控。

裝配式建筑具有裝配率高、設計復雜、施工節(jié)點多等特點，管理重點在于如何利用BIM技術對裝配式建筑進行全過程管控，滿足設計、生產(chǎn)、運輸、施工各階段的協(xié)調(diào)需求。

2.2 裝配式建筑各階段信息需求

裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑最大的不同在于使用了大量的預制構件，因此，在施工階段經(jīng)常出現(xiàn)工程信息與技術銜接不及時、協(xié)調(diào)管理水平低等問題[7]。下面基于BIM技術對裝配式建筑的設計、生產(chǎn)、運輸、施工各階段信息需求展開分析。

2.2.1 設計階段信息需求分析

在設計階段，由于裝配式建筑的各參與方工作重點、利益需求不同，為避免后續(xù)施工中產(chǎn)生碰撞和沖突問題，應重點分析實際設計方案與其他各階段的受限因素和需求問題，以滿足后續(xù)施工與生產(chǎn)需求，提高施工效率。設計階段信息需求分析見表1。

表1 設計階段信息需求分析

2.2.2 生產(chǎn)階段信息需求分析

對于預制構件生產(chǎn)方而言，在生產(chǎn)階段，難以根據(jù)項目需求及時調(diào)整生產(chǎn)計劃和存儲方案。因此，急需通過數(shù)字化平臺實時了解預制構件運輸和裝配進度，從而制訂合理的構件交付計劃。同時，按照實際生產(chǎn)需求提前了解預制構件的種類和數(shù)量，并做好出庫準備。生產(chǎn)階段信息需求分析見表2。

表2 生產(chǎn)階段信息需求分析

2.2.3 運輸階段信息需求分析

通過數(shù)字化平臺制訂合理的構件運輸方案，一方面，能夠改變裝配式建筑構件粗放式供應管理現(xiàn)狀；另一方面，能夠解決構件運輸供給與運輸方案不匹配的問題。這樣不僅節(jié)約了運輸和存儲成本，而且能夠協(xié)調(diào)裝配工廠的生產(chǎn)進度、庫存計劃與施工現(xiàn)場的實際需求。運輸階段信息需求分析見表3。

表3 運輸階段信息需求分析

2.2.4 施工階段信息需求分析

通過數(shù)字化管控平臺，施工單位可以及時了解項目的實際生產(chǎn)狀況和庫存狀況，便于對裝配計劃進行合理變更，并將實際需求實時傳遞至裝配工廠和運輸部門。同時，依據(jù)現(xiàn)場實際施工進度進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，防止構件積壓，進而提高施工現(xiàn)場的構件周轉(zhuǎn)率。施工階段信息需求分析見表4。

表4 施工階段信息需求分析

2.3 基于BIM技術的裝配式建筑全過程管控措施

該項目利用BIM技術，根據(jù)項目圖樣設計、構件尺寸、材質(zhì)等信息，通過BIM模型協(xié)調(diào)和管理裝配式建筑設計、生產(chǎn)、運輸、裝配4個主要階段。

2.3.1 設計階段管控措施

在設計階段，設計人員應根據(jù)設計圖樣建立BIM模型，并與施工單位共享信息，便于施工單位實時查看和更新模型。當業(yè)主方提出設計變更訴求時，設計單位可在BIM平臺進行變更并反饋至施工單位，以有效解決施工方、業(yè)主方、設計方的溝通問題，提高工作效率。同時，借助BIM信息數(shù)據(jù)庫，對裝配構件進行標準化和通用化管理，以有效提高后續(xù)生產(chǎn)、運輸?shù)裙ぷ餍省?/p>

在碰撞檢查方面，對BIM設計模型進行整合并開展碰撞檢查，將碰撞節(jié)點反饋至設計單位，以減少設計錯漏，提高后期施工效率。BIM構件碰撞檢查如圖1所示。

圖1 BIM構件碰撞檢查

在深化設計方面，設計人員通過BIM碰撞檢查報告深化設計，保障構件生產(chǎn)和施工安裝順利進行。同時，節(jié)約了項目成本，縮短了項目工期。

2.3.2 生產(chǎn)階段管控措施

在生產(chǎn)階段，預制構件廠應根據(jù)BIM平臺的施工需求計劃調(diào)整生產(chǎn)計劃，設計構件模具，保證構件信息與實際成品信息相匹配。在構件生產(chǎn)優(yōu)化和整合方面，依托BIM平臺，將構件需求信息、預定計劃、構件模型信息、生產(chǎn)信息等與實際需求連接，協(xié)調(diào)構件生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，最大限度地實現(xiàn)供需合理分配，優(yōu)化施工進度。

通過BIM平臺協(xié)調(diào)設計方、生產(chǎn)方、施工方、運輸方工作，及時掌握和調(diào)整構件信息，滿足工程項目的實際需求。預制構件優(yōu)化模型及生產(chǎn)模具模型如圖2所示。

圖2 預制構件優(yōu)化模型及生產(chǎn)模具模型

在生產(chǎn)信息追溯方面，依托BIM平臺實現(xiàn)構件建模、編碼、生產(chǎn)的全過程追溯，合理調(diào)整構件生產(chǎn)進度、存儲狀態(tài)等，以適應實際工程需要。

2.3.3 運輸階段管控措施

在構件運輸階段，依托BIM平臺將構件信息(數(shù)量、運輸頻次、進出場記錄)逐一掃描并共享至BIM平臺數(shù)據(jù)庫。在施工前，進行可視化模擬操作優(yōu)化運輸方案，合理選擇運輸路線及裝卸位置，優(yōu)化施工安裝順序，盡可能降低構件損耗率、提高施工效率。

在構件信息追蹤方面，依托BIM平臺將構件相應信息以二維碼形式進行標記，并錄入BIM平臺數(shù)據(jù)庫，建立每個構件的生命庫，全過程監(jiān)控構件的運輸、存儲、用途等信息，有效提高構件管理效率。

2.3.4 裝配階段管控措施

在可視化施工模擬方面，依托BIM平臺優(yōu)化施工方案和施工工藝。同時，實時查看工程施工過程中的設計方案、施工工序等信息，確保構件安裝的協(xié)同性和精確性。

在施工現(xiàn)場管理方面，依托BIM平臺，對構件堆放位置、堆放順序、品種規(guī)格、構件裝配、吊裝工藝、安裝位置等進行協(xié)同管理。

2.4 應用成果

該項目以BIM技術為載體，通過對裝配式建筑的全過程管控，實現(xiàn)了對設計方、生產(chǎn)方、施工方、運輸方的協(xié)調(diào)管理。通過對項目各階段信息需求進行分析，優(yōu)化了BIM協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)了裝配式建筑施工管理的規(guī)范化和流程化。

3 結(jié)語

綜上所述，基于BIM技術的裝配式建筑全過程管控對于裝配式建筑的發(fā)展具有重要意義。本文基于BIM技術，以某安置房裝配式建筑工程為例，從構件設計、生產(chǎn)、運輸?shù)确矫嬷朴喠讼鄳膬?yōu)化方案，并提出了具體管控措施，強化了對設計方、生產(chǎn)方、施工方、運輸方的協(xié)調(diào)管理，提升了裝配式建筑管理水平，可為裝配式建筑的數(shù)字化發(fā)展提供參考。