BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用研究

任程云（濟(jì)南一建集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250000）

裝配式建筑作為目前工程建設(shè)行業(yè)大力推廣的建筑模式，相比于傳統(tǒng)建筑模式，具有綠色環(huán)保、集中加工生產(chǎn)、節(jié)省勞動(dòng)力、提高建造效率、節(jié)約工期等優(yōu)勢(shì)，能最大限度滿足工程建設(shè)的需要[1]。且在項(xiàng)目施工過(guò)程中通過(guò)采用BIM信息化手段，能夠最大限度地將建造過(guò)程進(jìn)行三維化展現(xiàn)，使得工程建設(shè)過(guò)程更加便于溝通協(xié)調(diào)，實(shí)時(shí)更新修改錯(cuò)誤問(wèn)題，提升施工過(guò)程建設(shè)管理水平，促進(jìn)建筑業(yè)的良性發(fā)展。

1 BIM技術(shù)在裝配式建筑建造過(guò)程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑有著建筑工廠化、產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的典型特征，通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式，不僅能適應(yīng)建造高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的需要，還能滿足日益變化的建筑結(jié)構(gòu)的要求[2]。在建筑構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程中引入BIM技術(shù)進(jìn)行信息分享、協(xié)同推進(jìn)工程建設(shè)，作為新型的建造模式，與傳統(tǒng)建造有著多方面的區(qū)別，詳細(xì)見(jiàn)表1所示。

表1 傳統(tǒng)建設(shè)工程和裝配式建設(shè)工程比價(jià)表

通過(guò)對(duì)比可以看出，裝配式建筑的工程應(yīng)用具有多方面的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)BIM技術(shù)可以有效促進(jìn)裝配式建筑的推廣應(yīng)用。

1.2 BIM技術(shù)在施工過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑在工程建設(shè)應(yīng)用過(guò)程有諸多優(yōu)點(diǎn)，其中以下幾個(gè)方面尤為突出：

（1）有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和減少勞動(dòng)力投入。現(xiàn)階段建筑行業(yè)勞動(dòng)力短缺已是制約整個(gè)行業(yè)高效發(fā)展的突出問(wèn)題，同時(shí)勞動(dòng)力年齡高，專業(yè)技術(shù)人員不足、成本高等矛盾突出。而裝配式建筑很大程度上提高了整個(gè)建筑業(yè)的機(jī)械化水平和技術(shù)水平，不僅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率還能減少勞動(dòng)力投入，節(jié)約人力成本投入，減少安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

（2）綠色環(huán)保、降低環(huán)境污染。眾所周知，建筑業(yè)一直是公認(rèn)的高耗能、高污染行業(yè)，建筑行業(yè)占所有行業(yè)能耗的30%還多。通過(guò)采用工廠預(yù)制的裝配式生產(chǎn)形式，將現(xiàn)場(chǎng)煩瑣復(fù)雜的濕作業(yè)形式轉(zhuǎn)化成工廠預(yù)制加工的生產(chǎn)方式，做到低能耗的同時(shí)還能夠減少現(xiàn)場(chǎng)噪音、揚(yáng)塵、垃圾污染的發(fā)生[3]。

（3）提高效率、縮短建設(shè)周期。相比傳統(tǒng)施工工藝，需要進(jìn)行鋼筋、模板施工驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入混凝土澆筑施工作業(yè)，施工工序繁雜，生產(chǎn)效率低下，通過(guò)工廠模數(shù)化生產(chǎn)，將以上施工作業(yè)過(guò)程全部壓縮至工廠加工生產(chǎn)。尤其是工程結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的復(fù)雜細(xì)部處理工作，其優(yōu)點(diǎn)更加明顯。傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)，一般需要進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)等作業(yè)，此項(xiàng)工作正常需要7d左右的時(shí)間，因裝配式為運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制構(gòu)件，僅僅需要吊裝安裝拼接工作，這在一定范圍上也節(jié)約了工期。

（4）保障工程施工安全質(zhì)量可控。相比傳統(tǒng)施工而言，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)工序繁雜、溝通交流不暢，質(zhì)量驗(yàn)收問(wèn)題較多，通過(guò)裝配式生產(chǎn)可以通過(guò)工廠的信息化、詳細(xì)參數(shù)控制，有效控制預(yù)制構(gòu)配件的施工質(zhì)量，避免現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、高空作業(yè)帶來(lái)的生產(chǎn)安全隱患等[4]。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，建立起建設(shè)過(guò)程各方的溝通信息平臺(tái)和技術(shù)管理共享機(jī)制，為參建各方帶來(lái)巨大的效益。施工方在裝配式構(gòu)件吊安裝過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，可以將比如構(gòu)件偏差等利用BIM和RFID組合，直接識(shí)別構(gòu)件信息和安裝信息，模擬現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置，構(gòu)件模擬安裝、施工進(jìn)度信息化控制，有利于施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)跟蹤管理和投資成本控制。采用BIM技術(shù)作為技術(shù)核心的各方協(xié)同推進(jìn)裝配式建造施工過(guò)程示意圖如圖1所示。

圖1 裝配式建設(shè)項(xiàng)目BIM技術(shù)為核心各方協(xié)同工作示意圖

2 BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑施工過(guò)程的案例分析

2.1 項(xiàng)目概況

本文以濟(jì)南市北城區(qū)保障房項(xiàng)目為例，此保障房項(xiàng)目為濟(jì)南市裝配式住宅建筑的試點(diǎn)和樣板工程，項(xiàng)目共6棟高層建筑，均為裝配式住宅，建筑高度57.5m，地上18層，地下兩層。項(xiàng)目采用預(yù)制裝配式梁、板、柱、墻和預(yù)制樓梯陽(yáng)臺(tái)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，預(yù)制率約55%，裝配率約81%。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中采用BIM技術(shù)模擬項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程，通過(guò)BIM信息化平臺(tái)進(jìn)行施工過(guò)程監(jiān)控管理。

2.2 BIM技術(shù)在構(gòu)件制造過(guò)程應(yīng)用分析

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)制造作為整個(gè)建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工廠在進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)之前便要和設(shè)計(jì)師做深入技術(shù)交流，傳統(tǒng)的2D平面圖紙表達(dá)煩瑣，設(shè)計(jì)意圖貫徹不夠詳細(xì)，通過(guò)引入BIM技術(shù)后，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)3D實(shí)現(xiàn)，并模擬加工生產(chǎn)，模擬過(guò)程中易于發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題和生產(chǎn)難題，避免出現(xiàn)生產(chǎn)完成后的錯(cuò)誤，保障預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量。構(gòu)件生產(chǎn)階段主要生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)制造階段流程圖

通過(guò)裝配式構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中的BIM技術(shù)應(yīng)用，能夠在生產(chǎn)制造流程對(duì)構(gòu)件可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前反饋，提前解決。在構(gòu)件生產(chǎn)制造階段于構(gòu)件內(nèi)部預(yù)設(shè)RFID信息芯片，采用專用設(shè)備工具能夠?qū)崟r(shí)掃描獲取本構(gòu)件的設(shè)計(jì)制造參數(shù)和裝配位置等信息，并將這些信息反饋到BIM模型中去，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的施工階段和施工情況，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程信息化管理。

2.3 BIM技術(shù)在構(gòu)件施工過(guò)程中的安全質(zhì)量分析

相較于傳統(tǒng)施工工藝，預(yù)制構(gòu)件在施工過(guò)程中的安全質(zhì)量管理更加可控，通過(guò)預(yù)制構(gòu)件的BIM和RFID技術(shù)融合，保障了在整個(gè)生產(chǎn)施工過(guò)程中的質(zhì)量可追溯。當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)構(gòu)件上的RFID芯片及時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別并及時(shí)通知廠商重新加工生產(chǎn)[5]。

在施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)件安裝質(zhì)量管理尤其重要，為確保安裝過(guò)程的零失誤、零偏差要求，采用BIM技術(shù)模擬各個(gè)施工步驟的施工情況，并關(guān)聯(lián)施工階段時(shí)間參數(shù)，從而將施工過(guò)程可視化。將模擬過(guò)程準(zhǔn)確交底給施工作業(yè)人員，能有效提高現(xiàn)場(chǎng)安裝效率，避免發(fā)生錯(cuò)誤，并將安裝過(guò)程實(shí)時(shí)上傳至BIM信息平臺(tái)。

安全生產(chǎn)管理過(guò)程中，通過(guò)BIM技術(shù)能有效提供合理施工組織和施工計(jì)劃，并對(duì)施工過(guò)程中的重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)將潛在的安全隱患呈現(xiàn)出來(lái)，并及時(shí)將這些問(wèn)題進(jìn)行有效監(jiān)控，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，排除安全隱患。施工過(guò)程安全控制管理流程示意圖如圖3所示。

明確安全管理流程，并基于BIM信息化管理手段全過(guò)程監(jiān)測(cè)管理，大幅提高施工過(guò)程安全管理效率和管理水平，提升建設(shè)項(xiàng)目的整體安全管理層次。

圖3 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)制造階段流程圖

2.4 BIM技術(shù)在構(gòu)件施工過(guò)程中的進(jìn)度分析

引入BIM技術(shù)在施工開(kāi)始前便可以詳細(xì)分析考慮施工過(guò)程的各個(gè)關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)，將模擬過(guò)程作為進(jìn)度分析的手段，根據(jù)信息化模型準(zhǔn)確推進(jìn)施工步序，強(qiáng)化項(xiàng)目管理人員的全局管理觀念，同時(shí)在施工過(guò)程中將重要節(jié)點(diǎn)步驟與BIM模型中的模擬數(shù)據(jù)對(duì)比分析，做到了合理分配、各司其職，避免因傳統(tǒng)項(xiàng)目管理步驟不明的問(wèn)題出現(xiàn)，耽誤施工工期[6]。

針對(duì)施工過(guò)程中的突發(fā)情況影響工期計(jì)劃時(shí)，可采用BIM模型進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保障施工進(jìn)度計(jì)劃有序推進(jìn)。為管理人員提供了可靠的技術(shù)支撐，并針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題提供可選擇的解決方案，將損失降至最低[7]。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工過(guò)程中的技術(shù)評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行全過(guò)程指導(dǎo)施工，通過(guò)3D模型模擬施工過(guò)程，BIM技術(shù)的碰撞檢查、RFID射頻技術(shù)等一系列先進(jìn)手段，有效地減少了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)2D平面圖紙的弊端。通過(guò)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)從場(chǎng)地布置到施工方案、進(jìn)度安排、安全質(zhì)量控制等方面的技術(shù)優(yōu)化，大幅提升了項(xiàng)目管理的效率和水平，信息傳遞更加通暢，協(xié)調(diào)溝通更加順利，工程建設(shè)周期明顯縮短[8]。

根據(jù)本項(xiàng)目施工過(guò)程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，從施工作業(yè)場(chǎng)地、物料投入、安全質(zhì)量、施工工期、投資成本五方面的對(duì)比分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 BIM技術(shù)應(yīng)用后產(chǎn)生的效益表

通過(guò)表2可以看出，BIM技術(shù)一方面能提高施工效率，大幅節(jié)約投資金額，另一方面能保證施工安全質(zhì)量、工期可控。

通過(guò)表3可以看出BIM技術(shù)結(jié)合裝配式施工能大幅降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量，不僅能有效節(jié)約施工方的管理壓力，更有效控制現(xiàn)場(chǎng)人員的作業(yè)效率和作業(yè)安全[9]。

表3 BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑施工中人工數(shù)量對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

文中基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工管理應(yīng)用，詳細(xì)闡釋了應(yīng)用BIM技術(shù)施工過(guò)程中構(gòu)件的生產(chǎn)制造，施工場(chǎng)地優(yōu)化布設(shè)、施工過(guò)程安全質(zhì)量管理和進(jìn)度管理等各個(gè)施工階段的應(yīng)用成果，重點(diǎn)說(shuō)明了在安全質(zhì)量管理和進(jìn)度管理方面的應(yīng)用效果。

采用BIM技術(shù)提高了裝配式建筑的生產(chǎn)效率，縮短施工周期、減少現(xiàn)場(chǎng)安全問(wèn)題的發(fā)生，質(zhì)量控制較好。同時(shí)還能最大限度節(jié)約勞動(dòng)力資源，是一種新型的環(huán)境友好型的建筑生產(chǎn)管理模式。應(yīng)用BIM信息化手段結(jié)合射頻技術(shù)為實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)工廠工業(yè)化生產(chǎn)，也將會(huì)給為整個(gè)建筑業(yè)帶來(lái)生產(chǎn)方式的重大變革。