基于BIM技術的裝配式建筑安裝過程管理方法

朱 輝 余紹紳 符 吉

裝配式建筑不同于傳統現澆鋼筋混凝土結構，它是根據設計圖紙優化設計后進行房屋構件的工廠化生產，然后運輸到施工現場進行裝配的一種建筑類型，能夠有效縮短現場施工工期。在建筑行業可持續發展理念影響下，信息技術在建筑安裝中的應用越來越廣泛，以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術為主要依托能夠全面管理安裝過程中的信息，以此實現安裝過程中的集成化管理，提高建筑安裝的工作效率。

BIM 技術是一種三維可視化信息技術，能夠在不同項目階段提供可介入和修改的三維信息，在裝配式建筑多個預制構件安裝過程中協調并有效整合各階段的信息數據，從多個維度進行可視化分析和管理；在建立三維工程模型的基礎上依次導入每個安裝階段的方案，并在圖紙和信息較為完備的前提下對工程作出更全面的指導，實現工程信息的及時分享。本文在此基礎上研究裝配式建筑安裝過程的管理方法，及時把控安裝過程中出現的問題，提出解決方法，實現安裝階段的有效管理。

1 裝配式建筑安裝過程的管理方法

1.1 動態布置建筑安裝場地

在安裝現場準備作業時，工廠預制構件的堆放和管理是安裝過程管理中最為重要的一個環節。根據安裝計劃和建筑樓牌號等進行預制構件分類，利用信息技術將整個需要安裝的場地進行有效的動態布控和實時監測，使得預制構件和建筑主體關聯，再結合不同位置的場地布置進行對應構件的堆放[1]。將所在建筑主體的堆放區進行標號，利用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）掃描技術記錄信息，并通過不同構件的具體安裝時間預測其存放時間和空間形態。當構件全部完成堆放場地的動態安置后，在三維模型場地模擬作用下調整多個重疊的位置，如多次設定模擬預制陽臺與墻體構件的拼接手法和組合方式。另外，在保證堆放容量和構件進場的基礎上合理擺放多個樓層構件，配合掃描技術全面跟蹤需要吊裝和安裝的順序，保證可以實時查詢構件的內部信息，與模擬平臺形成相互對應關系，以此完成全方位的預制構件安裝跟蹤。

1.2 基于BIM 技術跟蹤預制構件的安裝監測

裝配式建筑與傳統建筑的差異體現在構件的生產和制造階段，預制構件的質量會直接影響裝配式建筑的質量。因此，進入安裝階段前必須全方位跟蹤和檢查預制構件，并借用BIM 技術的碰撞安裝技術實現主要構件的監控信息采集和整合。現場安裝管理人員在BIM 平臺的可視化操作下，能夠實現預制構件從出廠到進入安裝現場的全過程管理與監測。預制構件在生產中已設定信息標簽，其名稱、編號等信息均已在可視化平臺中備份，管理人員根據對應名稱即可在操作軟件內直接搜索到有關構件的信息數據，實現構件安裝階段的全面跟蹤[2]。構件進場時，管理人員要根據規劃的場地按照生產批號等分別堆放預制構件。安裝前，管理人員需要在讀卡器讀取信息后傳達各部分的驗收信息，核實各位置的構件是否已及時進場，并將相關信息儲存在跟蹤平臺內。預制構件組裝完成后，可在便攜式設備終端追溯構件的源頭，以完成質量管理的收尾工作。

裝配式建筑預制構件的安裝質量會影響建筑的使用年限，因此裝配式建筑對于預制構件的安裝精度要求較高，借助BIM 信息化技術跟蹤預制構件的安裝質量，可以起到一定的動態監測作用[3]。傳統建筑管理方式忽略了居民居住的舒適度，在管線排布上僅考慮節省空間和安裝便捷，而裝配式建筑中的所有預制構件都是在考慮了建筑使用空間、使用安全以及居住舒適度等多方面因素后設計的。因此，在預制構件安裝過程中需要依據設計方案進行，以便達到預期的空間設計效果[4-6]。另外，借助BIM 技術可以有效記錄配件的安裝情況，監測施工過程中存在的問題，當安裝出現失誤時可以溯源查找原因并及時解決，避免出現預制配件浪費、安裝施工無法繼續的問題。

1.3 實時反饋信息，完成過程管控

BIM 技術跟蹤預制構件安裝全過程設定下，統計每日安裝進度中的材料和勞動力，及時整合有效數據，在安裝過程階段反饋高質量的信息，完成過程管控。對應安裝材料和工人數量整合安裝所用的構件，在完成統一調度后輸入裝配式建筑信息模型，利用評價和核算功能進行建筑安裝過程的質量審核，以此構建裝配式建筑的基礎模擬安裝模型[7，8]。根據BIM 技術轉換的數據信息安排具體安裝項目，在各個階段內分批次傳遞給管理者，完成虛擬調度和實際安裝過程的進度對比參照，將安裝模型中存在的偏差調整到實際安裝進度。裝配式建筑在安裝過程中受多種因素影響，以外界環境的影響因素為例，在常態反饋信息中應根據參數變化進行不同階段的安裝調整，提取不同時間段內的特征取值，將出現的相似特征數據整合到同一集合內，區分具有差異性的安裝數據，完成不同安裝方案的微小調整，最終保證安裝全過程的規范化。

2 實驗結果分析

2.1 安裝流程設定

為驗證本次設計的管理方法在裝配式建筑安裝中具有實際應用效果，以某工業化小區為例，模擬該項目內的剪力墻、內隔板以及樓梯等構件的標準化管控安裝全過程。測試共分為兩個階段。

第一階段，測試安裝過程中各預制構件的布置管理，通過對各樓層預制構件的合理擺放，驗證本文管理方法的有效性。

第二階段，測試在多個預制構件發出管理請求時，不同管理方法對信息處理的吞吐量效果，以此驗證不同方法的管理效率。裝配式建筑現場安裝調度流程如圖1 所示。

圖1 裝配式建筑現場安裝調度流程（來源：作者自繪）

圖中，設計部門將建造模型交給構件生產部門進行生產，通過BIM 可視化平臺錄入各個構件的信息，并導出各構件的信息報表。在整個安裝過程中可以利用構件自身的信息數據跟蹤不同部位的安裝構件，以此確定各構件的安裝流程是否嚴格遵循設計要求，確保安裝質量達標。

2.2 安裝模擬實施

綜合安排各個預制構件的現場調度，在考慮堆場容量和構件運輸的情況下，分批保留各樓層的預制構件，根據構件內部的生產批號依次導入協同監測平臺，確保每個構件都能完成信息傳遞和及時更新。協同平臺內保存了構件記錄，能夠保證信息數據和構件實體形成對應關系，在此基礎上添加各個樓層的安裝進度信息，利用本文方法對整個樓層進行構件拆分和單體堆放管理，從而確保綜合施工場地的構件安裝模擬實施效果。不同構件安裝模擬管理過程如圖2 所示。

圖2 不同構件安裝模擬管理（來源：作者自繪）

圖中，各個預制構件在本文管理方法下能夠按照不同的樓層區域進行拆分，并在主體樓層中按照順序進行堆放。在整個裝配安裝過程中，構件能夠和建筑實體之間形成良性的信息對應關系，從而有效提取不同構件的相關信息請求。BIM技術為三維技術軟件，可以將人工繪制的二維圖紙轉化為三維設計圖，還可以根據建筑物的設計特點自動生成剖面圖。設計人員可以根據剖面圖顯示的問題修改圖紙，能夠節約修改時間，提高圖紙質量，進而提升整個建筑工程的安裝進度和施工進度，保障裝配式建筑的安裝工期。另外，利用BIM 技術能夠以視頻的形式記錄施工過程中的數據，準確的記錄建筑中管線的位置，為后續進行管線探測和建筑維修提供依據，保證工程質量，借助BIM 技術實現對施工技術的動態管理。

2.3 結果對比分析

為進一步驗證本文管理方法能夠提高安裝效率，以多個預制構件進入安裝過程中的請求為參考，引入兩組傳統管理方法進行處理。在測試平臺中，模擬3組方法在不同構件數量管理請求下的吞吐量，以此判斷不同方法的管理效率，推斷在安裝管理中對整體進度的影響。以每組1 000 個預制構件的信息量作為疊加測試條件，初始構件數量為3 000 個，在請求時間和請求內容相同的情況下進行10 組測試，具體的信息管理吞吐量如表1 所示。

表1 構件數據管理的吞吐量對比結果

根據表中內容可知，在依次增加構件數量的信息請求下，本文方法的吞吐量呈現上升趨勢，說明在有效數據請求過程中，使用本文方法能夠及時管理增加的數據。在上述情況下，兩組傳統方法的吞吐量增加效果不明顯，且整體吞吐量不到本文方法的一半，說明在大量構件信息發出請求時，使用傳統方法不能有效管理整合數據信息，導致整個裝配式建筑周期延長。

3 結語

本文通過BIM 信息管理技術手段研究裝配式建筑安裝過程的管理方法，在動態監測安裝過程的前提下進行預制構件安裝的實時跟蹤，整合分析提取的信息并根據分析結果進行調整。

實驗結果顯示，本文方法在不同的預制構件安裝組合中能夠有效提取信息數據，并且較好地完成裝配式建筑的施工全周期安裝跟蹤管理，具有實際應用效果。