基于BIM技術(shù)的裝配式建筑信息化研究

牛智輝

裝配式建筑具有標準化、裝配化及一體化等特點，近年來我國針對新型裝配式建筑施工管理模式展開積極探索。為提高工程項目的集成性與可靠性，建筑企業(yè)應(yīng)從裝配式建筑特點出發(fā)，對設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、裝配等多個環(huán)節(jié)展開技術(shù)的統(tǒng)一管理，在裝配式建筑設(shè)計和施工階段引入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，充分發(fā)揮其在信息共享和集成方面的優(yōu)勢，促進工程效率與質(zhì)量的提升。

1 BIM 技術(shù)的管理作用

1.1 施工計劃

在進行裝配式建筑工程施工前，可以借助BIM 技術(shù)進行施工計劃編制，通過利用Project 或夢龍項目管理軟件搭建BIM 模型。施工人員可以通過BIM 模型模擬施工過程，了解施工進度，從而更加直觀地分析施工過程中可能出現(xiàn)的問題，并提出預(yù)警方案，實現(xiàn)對施工進度的合理調(diào)整及對現(xiàn)場施工的有效控制。

1.2 現(xiàn)場管理

裝配式建筑工程的現(xiàn)場管理也可以應(yīng)用BIM 技術(shù)，具體包括合理劃分施工場地，妥善解決場地的平面布置問題；根據(jù)施工圖紙要求編制施工平面布置圖，完成各類臨時施工設(shè)施的搭建；對臨時用水、用電、道路等進行合理規(guī)劃，確保滿足安全文明施工方案要求；合理規(guī)劃施工平面布置，盡可能減少對施工用地的占用。此外，裝配式工程施工期間難免會出現(xiàn)同一場地、同一區(qū)域有多個工種同時施工的情況，為避免互相影響，施工人員可以通過BIM 技術(shù)進行統(tǒng)一現(xiàn)場管理，優(yōu)化現(xiàn)場施工平面布置圖，保證各個施工環(huán)節(jié)穩(wěn)定開展。

1.3 材料管理

通過BIM 信息模型可以對施工現(xiàn)場進行進度控制，并獲取各個施工階段所需要的材料物資。以往，建筑企業(yè)在施工中大多采用粗放型管理手段，應(yīng)用BIM技術(shù)是實現(xiàn)精細化管理的有效途徑。施工人員可借助該技術(shù)在短時間內(nèi)獲取工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為人員、機械、材料管理計劃的制訂提供參考依據(jù)，避免出現(xiàn)人員、材料分配不合理的問題，盡可能減少不必要的浪費[1]。

1.4 移動終端管理

應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以針對裝配式工程項目進行有效的移動終端管理，借助無線移動終端、全球廣域網(wǎng)（World Wide Web，WEB）以及射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等 技術(shù)，對施工所需的部件與構(gòu)件加以管控，將BIM 技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計、采購、加工、運輸以及安裝等各個環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)對施工全過程的可視化管理與動態(tài)管控，避免各施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問題，從而保障整體工程項目進度的推進。

1.5 技術(shù)管理

對于裝配式建筑施工的技術(shù)管理來說，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個環(huán)節(jié)中。

（1）圖紙會審。將2D 設(shè)計圖紙導(dǎo)入Revit 等軟件中，創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)和機電專業(yè)的BIM 模型，并對其進行動態(tài)化與可視化展示，便于施工人員理解設(shè)計方案，及時發(fā)現(xiàn)圖紙數(shù)據(jù)存在的錯誤與矛盾，提升項目整體的可施工性，為技術(shù)交底工作的實施提供保障。

（2）深化設(shè)計。該環(huán)節(jié)還可以細分為機電安裝、復(fù)雜節(jié)點施工、專項施工以及商務(wù)管理等。其中，機電安裝是利用BIM 模型進行機電安裝深化設(shè)計，轉(zhuǎn)變以往的計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）疊圖方式，借助BIM 技術(shù)深化綜合布管圖和綜合布線圖等，并為水、暖、電等管線和設(shè)備的施工操作預(yù)留出足夠的空間，避免其出現(xiàn)碰撞問題。復(fù)雜節(jié)點施工是通過BIM 模型對預(yù)留洞口、預(yù)埋件位置等復(fù)雜部位進行深化設(shè)計，展開放樣分析與現(xiàn)場指導(dǎo)。專項施工是指通過BIM 技術(shù)編制專項施工方案，對復(fù)雜工序及復(fù)雜部位進行直觀分析，使其更加簡單化與透明化。同時，還可以對現(xiàn)場施工狀態(tài)進行綜合分析，排查可能出現(xiàn)的危險源和安全隱患等，保證施工方案的專項性與合理性。商務(wù)管理是指通過BIM 模型進行構(gòu)件統(tǒng)計，準確得出各類構(gòu)件所需數(shù)量，并根據(jù)設(shè)計變更掌握材料數(shù)量的變動情況。另外，還可以提取理論工程量，通過對比模型工程量、實際消耗與合同工程量，掌握成本消耗情況與分布情況。

2 基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑信息化施工——以大興舊宮項目為例

2.1 工程概況

北京市大興區(qū)舊宮鎮(zhèn)DX07-0201-0010、0011、0012 地塊R2 二類居住、A33 基礎(chǔ)教育用地項目的總建筑面積為56 912 m2，建筑類別為住宅與車庫，其中住宅為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，車庫為框架結(jié)構(gòu)。11#、14#、21#住宅樓為地上6層、地下2 層；13#住宅樓為地上16 層、地下3 層；18#住宅樓為地上6 層、局部地上4 層，地下2 層；19#住宅樓為地上12 層、地下2 層；20#住宅樓為地上12 層、地下3 層；車庫為地下3 層。該項目采用裝配式施工方法，針對門窗工程、電梯工程等進行構(gòu)件預(yù)留與安裝。為滿足項目信息化管理要求，該項目引入BIM 技術(shù)，通過搭建BIM 模型實現(xiàn)工程管理的虛擬可視化及三維模型交底。

2.2 工程難點分析

結(jié)合大興區(qū)舊宮鎮(zhèn)裝配式建筑工程項目的實際情況，其工程難點包括以下5個方面。第一，工程主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式，屬于新興工藝手段，整體施工組織面臨一定難度。第二，工程場地狹小，地下結(jié)構(gòu)的施工材料調(diào)配面臨困難。第三，工程基坑深、落差大，施工期間應(yīng)保證基坑安全。第四，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量多，管理難度大。第五，工程實測、實量標準高，對裝配式建筑工程質(zhì)量控制提出更高要求。

2.3 BIM 技術(shù)特點

BIM 技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)化工具，可以應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理中，整合項目的相關(guān)信息，并在項目全生命周期過程中進行信息共享和傳遞。BIM 技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用有助于推動綠色施工、成本管控以及運營維護等方面的進步，可以為施工方、設(shè)計方、監(jiān)理方和供應(yīng)方的協(xié)調(diào)溝通提供保障。目前，BIM 技術(shù)也可以應(yīng)用于建筑工程項目設(shè)計、施工、運營等各個環(huán)節(jié)中，并體現(xiàn)出可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點[2]。

結(jié)合本工程的實際情況，應(yīng)用BIM技術(shù)主要目的是加強施工細節(jié)及重點環(huán)節(jié)管理，確保滿足建設(shè)單位的要求；借助BIM 信息模型進行施工模擬，可以及早發(fā)現(xiàn)工程中可能存在的問題，提升施工質(zhì)量與效率的同時，實現(xiàn)對人、財、物等資源的綜合管理，有效提高施工技術(shù)水平，消除安全隱患，并有效減少施工環(huán)節(jié)的成本投入。為更好發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)勢，本工程成立了專門的BIM 技術(shù)小組，負責(zé)BIM 模型的創(chuàng)建維護、施工深化設(shè)計等工作，確保能夠優(yōu)化施工方案與構(gòu)件組裝流程。

2.4 BIM 技術(shù)在施工中的應(yīng)用

2.4.1 方案設(shè)計階段

方案設(shè)計階段可以通過BIM 技術(shù)的3D 可視化功能進行信息收集、整合與分析，為設(shè)計方案的制訂提供參考。在此過程中，施工人員應(yīng)充分了解裝配式建筑預(yù)制及施工要求，根據(jù)BIM 模型更好地展開方案設(shè)計工作。具體來看，BIM 技術(shù)在方案設(shè)計階段的應(yīng)用可以分為2 個環(huán)節(jié)。第一，空間規(guī)劃。根據(jù)工程現(xiàn)場情況進行規(guī)劃與設(shè)計工作，確保建筑的美觀性、實用性與經(jīng)濟性；第二，場地分析，在方案設(shè)計階段可通過BIM 技術(shù)分析裝配式建筑的周邊環(huán)境及氣候條件，加強施工人員對施工現(xiàn)場的了解，為后續(xù)的施工工序奠定基礎(chǔ)。在應(yīng)用BIM 技術(shù)的過程中，還可以通過地理信息系統(tǒng)獲取高差、坡度等施工參數(shù)信息，進而更好地實現(xiàn)可視化管理。

2.4.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

構(gòu)件生產(chǎn)階段是裝配式建筑施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一階段中可以通過BIM構(gòu)件模型進行信息歸類與整合，精確統(tǒng)計材料的采購與用量。例如，可以將BIM模型與CAD 圖紙結(jié)合起來，明確各施工環(huán)節(jié)的用料情況，為后續(xù)的施工工序奠定基礎(chǔ)。同時，發(fā)揮BIM 模型時效性強的優(yōu)勢，可以及時更新生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高構(gòu)件生產(chǎn)的精益化管理水平。結(jié)合裝配式工程的實際情況，還可以將構(gòu)件生產(chǎn)階段進一步細分為生產(chǎn)前、生產(chǎn)中與生產(chǎn)后，為后續(xù)施工環(huán)節(jié)提供保障。

構(gòu)件生產(chǎn)前階段由生產(chǎn)部門通過BIM技術(shù)進行材料和技術(shù)準備，根據(jù)生產(chǎn)計劃制作所需構(gòu)件，并預(yù)留出相應(yīng)位置。構(gòu)件生產(chǎn)中階段由設(shè)計人員將構(gòu)件信息傳入數(shù)據(jù)庫，通過控制程序監(jiān)控生產(chǎn)；一旦出現(xiàn)生產(chǎn)故障，可及時向管理人員反饋，以便采取有效的處理措施。同時，生產(chǎn)系統(tǒng)還可以自動錄入預(yù)制構(gòu)件信息，包括構(gòu)件類型與材料信息等。在構(gòu)件生產(chǎn)后階段，可以應(yīng)用RFID 技術(shù)將模型與構(gòu)件一一對應(yīng)，為構(gòu)件數(shù)據(jù)的實時查詢和更新提供保障[3]。此外，相關(guān)人員可以在構(gòu)件生產(chǎn)中進行實時檢測，校正數(shù)據(jù)庫信息，實現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)的自動化和信息化，提高動態(tài)管理水平，為后續(xù)的構(gòu)件出庫和物流運輸?shù)拳h(huán)節(jié)提供信息支持。

2.4.3 構(gòu)件運輸與吊裝階段

構(gòu)件運輸與吊裝階段也可以實現(xiàn)BIM技術(shù)的有效應(yīng)用。對于構(gòu)件運輸環(huán)節(jié)來說，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要包括對構(gòu)件進行拆分以滿足運輸需求，根據(jù)構(gòu)件尺寸選擇適合的運輸車輛與運輸時間，根據(jù)構(gòu)件擺放情況合理規(guī)劃行車路線，以及根據(jù)施工所需構(gòu)件的順序制定構(gòu)件運輸順序。在此期間，還可以通過RFID 技術(shù)將現(xiàn)場施工進度上傳至企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)，保證施工人員可以根據(jù)施工進度進行構(gòu)件準備，通過BIM 技術(shù)模擬構(gòu)件運輸過程，分析可能存在的問題并加以避免。

構(gòu)件到達現(xiàn)場進行吊裝時，可以通過BIM 模型分析計劃進度與實際進度的偏差，對吊裝偏差進行合理有效的控制，并加強吊具安全、支撐體系以及吊裝順序等方面的管理[4]。此外，施工人員可以將構(gòu)件庫存、吊裝信息和安裝情況等數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫，確保構(gòu)件吊裝施工工序設(shè)置與項目整體進度安排相適應(yīng)。

2.4.4 施工圖紙設(shè)計階段

圖紙生成環(huán)節(jié)，應(yīng)做到全面了解設(shè)計意圖。首先，設(shè)計人員需要審核總平面圖，校對點位坐標、距離和定位等情況，確保建筑物的幾何位置關(guān)系與規(guī)劃用地要求相適應(yīng)。其次，審核建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等施工圖，除了傳統(tǒng)的平面圖、立面圖和剖面圖外，還需要審核三維剖切圖、透視圖和主體結(jié)構(gòu)圖等，幫助施工人員更加直觀了解建筑構(gòu)成。以往采用的傳統(tǒng)繪圖方式會增加設(shè)計人員的工作量，而借助BIM 模型的智能出圖與自動更新功能可以有效提升圖紙的生成質(zhì)量與效率，并能夠保證各個構(gòu)件數(shù)據(jù)信息的完整性。出圖時，設(shè)計人員只需要調(diào)整模型構(gòu)件的視圖角度，即可生成對應(yīng)視圖。

2.4.5 施工模擬階段

相較于傳統(tǒng)施工項目，裝配式工程最大的特點在于施工自動化與機械化，并在施工工藝和進度方面也提出了更高要求。因此，有必要對整體項目提供穩(wěn)定的技術(shù)支持，可通過創(chuàng)建BIM 模型對工程進度進行可視化管理，還可以將BIM 模型和RFID 技術(shù)相結(jié)合，模擬施工場地布置和構(gòu)件安裝等工序。其中，憑借BIM 技術(shù)的信息共享機制可以為信息傳遞提供保障，并在RFID 技術(shù)與云端技術(shù)的應(yīng)用下，可以實現(xiàn)遠程指導(dǎo)。例如，在構(gòu)件定位與吊裝環(huán)節(jié)，可通過遠程指導(dǎo)完成施工，并且能夠查詢吊裝構(gòu)件的參數(shù)屬性及相關(guān)質(zhì)量指示信息，將其上傳至項目數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)施工工序提供參考。

2.4.6 施工質(zhì)量管理階段

裝配式建筑工程質(zhì)量主要受到人工、機械、材料、技術(shù)等因素影響，因此必須更加注重施工質(zhì)量管理。工程實踐表明，傳統(tǒng)質(zhì)量管理方法難以滿足裝配式建筑需求，有必要將更為先進的技術(shù)引入裝配式項目質(zhì)量管理中。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用為裝配式建筑提供一種可視化的管理模式，能夠提升信息傳遞的效率。在施工質(zhì)量管理階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要分為3 個環(huán)節(jié)。一是產(chǎn)品質(zhì)量管理，即通過BIM 模型獲取配件及材料信息，利用RFID 技術(shù)將相關(guān)信息上傳至BIM 模型中，以實現(xiàn)信息的雙向傳遞。二是組織質(zhì)量管理，這一環(huán)節(jié)主要是針對裝配式建筑施工中多工種、多專業(yè)同時施工的情況。為避免不同工種之間互相影響，施工前可以先通過BIM模型合理布置場地，對材料堆放、道路施工以及臨時設(shè)施等進行合理規(guī)劃，然后再進行工程量統(tǒng)計，并以此為基礎(chǔ)進一步開展材料和人員安排[5]。三是技術(shù)質(zhì)量管理，即在施工前利用BIM 技術(shù)向施工人員展示具體的施工方案，重點針對復(fù)雜節(jié)點展開施工模擬，幫助施工人員掌握技術(shù)交底的內(nèi)容。

2.5 BIM 技術(shù)在施工中的應(yīng)用價值

首先，BIM 技術(shù)的應(yīng)用強化了信息傳遞，保證施工人員之間可以有效傳遞材料結(jié)構(gòu)及構(gòu)件信息，同時避免各工種之間互相干擾，促進施工效率的提升。其次，通過BIM 模型可以實現(xiàn)高效的構(gòu)件生產(chǎn)與協(xié)同設(shè)計，為項目的有序進行提供保障。借助BIM 模型還可以對預(yù)制構(gòu)件進行精細化管理，通過模擬施工試驗對構(gòu)件安裝環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題加以解決，避免出現(xiàn)返工等問題。最后，發(fā)揮BIM技術(shù)的聯(lián)動性優(yōu)勢，通過創(chuàng)建信息模型生成圖紙，大大提高出圖效率。

3 結(jié)語

隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展，裝配式建筑工程項目信息化管理模式的應(yīng)用也越來越廣泛。憑借BIM 技術(shù)可視化、模擬性以及信息關(guān)聯(lián)性優(yōu)勢，可以有效實現(xiàn)裝配式建筑施工全過程的信息化管理。為保證充分發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)勢，在實際開展建筑施工的過程中，應(yīng)將相關(guān)技術(shù)手段應(yīng)用于方案設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運輸與吊裝以及施工圖紙設(shè)計等各個環(huán)節(jié)，并細化管理流程，從而為裝配式建筑信息化管理提供技術(shù)支持。