工程總承包背景下BIM技術在裝配式建筑工程中的應用

狄明煜

（湖北省城建設計院股份有限公司，武漢 430050）

1 引言

隨著建筑行業的飛速發展，高質量建設、低成本高效益施工成為不同建筑領域的重要趨勢。同時為實現生態環境保護、資源重復利用與綠色可持續發展，建筑行業也在探尋全新的工程施工方式[1]。在工程總承包背景下，裝配式建筑工程、BIM技術有機結合得到廣泛的認可與肯定。但是，裝配式建筑工程在施工過程中仍存在一些難以解決的問題，如模塊化組裝、標準制造、難以在現場更改，以及裝配式建筑工程的復雜程度較高。因此，如何在裝配式建筑工程中應用BIM（Building Information Modeling）技術，提高施工效率，降低建設成本，優化工程質量和安全管理是需要重點關注的問題。BIM 技術能夠通過模型的建立、分析和優化，與設計、施工、監管、維護等參建方進行深入交流，實現整個裝配式建筑工程的全過程管理[2]。在這個過程中，可以結合實際情況進行系統性分析和研究，將BIM 技術完美地應用于裝配式建筑工程中，實現工程總承包模式下BIM 技術的最佳運用。

2 裝配式建筑與工程總承包模式

2.1 工程總承包模式

工程總承包模式作為廣受好評的施工方式之一，尤其是在建造項目設計和實際施工平行發包可能導致分割的情況下，這種模式可以使建筑工程從設計到構件生產、從施工到試運行，全權委托給一家總承包商負責，有助于提高效率和質量。總承包商嚴格遵守合同以達到預期目標，同時控制成本，在不同單位之間建立聯系。因此，在目前的建筑工程施工的選擇中，通常更傾向于選擇工程總承包模式。

2.2 裝配式建筑工程的特點

裝配式建筑工程則與傳統建筑工程差異明顯，裝配式建筑則是將樓板、陽臺等建筑構件與配件在工廠進行大規模加工后，再運輸到施工現場，通過機械連接等方式現場組裝以及安裝[3]。與一般建筑工程的區別如圖1 所示。

圖1 裝配式建筑工程特點

在設計理念中，裝配式建筑工程是基于工業化生產的模式進行設計，強調設計標準化和模塊化，以便于生產和拼裝，并且由于發包方式明確，在建筑材料施工過程中，責任歸屬明確，對不同環節以及施工過程的銜接與溝通工作可以有效統籌，能更精確解決設計與施工脫節等問題。而普通工程則是針對具體情況進行設計，強調個性化和定制化。裝配式建筑的施工方式也與一般建筑工程不同，裝配式建筑工程采用預制構件和工廠化生產的方法，在現場進行拼裝，可以快速完成工程。而普通工程需要進行現場施工，需要更多的人力和時間。工程質量方面，裝配式建筑工程的構件是經過工廠生產和檢驗的，具有較高的精度和一致性，不易出現質量問題，在拼裝過程中，遇到技術問題或者質量問題，可以做到溯源追蹤。而普通工程因為現場條件各異，存在施工質量參差不齊的風險。在綠色可持續發展方面，裝配式建筑工程采用預制構件，減少了在現場的大量混凝土澆筑和材料切割，減少了噪聲和粉塵污染。而普通工程對環境的污染較大，特別是在密集城市中施工可能會引起噪聲、塵土揚起等問題。裝配式建筑工程的工程成本相比傳統建筑工程則更低，這是因為裝配式建筑工程的生產和拼裝具有較高的標準化和規模效應，可以降低成本。而普通工程因為需要現場施工和人工等因素，成本較高。因此，裝配式建筑工程是一種更加先進、環保、高效和經濟的建筑工程模式。

3 BIM技術特點

BIM 技術作為建筑工程領域中的熱門技術，應用深度和廣度日益增大，在BIM 技術的應用過程中，需要進行數字化模型的構建，以提高建筑工程設計水平。BIM 技術的應用過程中，實現了設計環節、施工環節、管理環節的有效協調，有利于提高工程建設的規范化及科學化水平。首先，BIM 技術具有高效性，可以在不同階段的模型中進行信息匯聚，進而通過模型的變動情況對整個項目的進展及費用進行準確的預測和控制。這種數據的集成和處理能力大大提高了項目的管理效率和質量，有效降低了設計和施工成本。

其次，BIM 技術具有協同性。BIM 技術將建筑設計人員、工程師以及各個從業者中的設計、施工及維護人員連接起來，在項目設計與施工進度等方面，建筑團隊和設計團隊能夠保證及時溝通與統籌協調，縮短建筑施工工期的同時，實時更新建筑細節與施工方案。這種協同作用大大縮短了合理溝通的時間，減少了合作中可能發生的如責任劃分、材料缺損等矛盾，并且提高了整個建筑工程的效率。

然后，BIM 技術具有綜合性。BIM 技術在建筑設計過程中可以對多個方面進行綜合考慮，從建筑的整個生命周期維度出發，包括可持續性和性能分析等諸多領域，經過不斷地分析和優化，實現了建筑的綜合性能的提升。通過對各個領域的綜合考慮，BIM 技術達到了讓建筑的設計方便全面的目的，并且減少了每個環節之間的矛盾和摩擦。

最后，BIM 技術具有可視化和可靠性。BIM 技術借助三維數字模型進行數據的存儲和通信，并可以通過電子合同來協調團隊之間的合作，使得所有的設計人員可以使用相同的數據進行工作。這項技術還可以對建筑設計前的部件進行數據的預測，驗證以及較真，確保建筑項目的成功執行。

總體而言，BIM 技術基于高效性、協同性、綜合性和可視化及可靠性，大大提升了建筑項目的效率和質量。

4 工程總承包背景下BIM技術在裝配式建筑工程中的作用

4.1 全產業鏈高效整合

BIM 技術可以實現整合產業鏈中的各方參與者，從而更好地協作、優化和設計生產過程，提高成本效益和質量。在建筑設計階段，從業者利用BIM 技術能夠在項目設計階段直觀地看到三維模型，包括工程項目的建筑造型和組件細節。工程項目抽象的二維圖紙通過BIM 技術轉化為可視化的三維信息模型。對于設計師來說，項目設計師可以通過3D 模型及時發現圖紙中的錯誤，特別是在設計復雜的建筑結構和豐富建筑造型時，BIM 技術有助于提高施工圖的準確性；對于施工方來說，BIM 技術可以讓他們更好地理解識讀困難的圖紙。在施工階段，BIM 技術可以用于調度和協調不同施工專業之間的協作，實現工程的高效、協作施工。在后續的運營和維護階段，BIM 技術可以用于建立標準化模型，記錄建筑和設備的運營數據與清單，方便設備維護及更換。總體而言，BIM 技術在建筑項目中整合產業鏈資源、優化生產效益和提高產業鏈成員合作水平等方面發揮著重要的作用。

4.2 工程造價估算更精準

BIM 技術通過數字化呈現建筑設計及各種施工流程，使得建筑工程各個方面能夠精確到位地呈現出來，為工程造價控制提供了可靠的依據和數據支持。在工程設計階段，BIM 技術可以提供更準確的估算成本，有效控制預算，從而避免因設計不當導致的造價風險。在施工階段，BIM 技術也可以幫助施工單位更準確地估算和控制實際施工過程中的成本，實現施工成本的控制和優化。

4.3 建筑施工專業性保障與信息化集成

建筑結構設計中BIM 技術的運用，可對施工過程中建筑結構的情況進行模擬，及時發現可能出現的問題，并通過預演、計算實現結構設計方案的優化，實現施工專業性。在傳統施工模式下，施工過程中可能存在施工方案變更的問題，這會導致現場浪費、延誤、成本增加等風險。而BIM 技術下，各施工方案的可行性得以提前評估，建筑模型的分析和仿真也能夠有效避免潛在問題的出現。不但可以保證施工方案的正確性和施工流程的順暢性，還可以提高工程的安全性、質量穩定性和工期控制效率。在施工階段，BIM 技術可以實現全過程的數據收集、處理和轉換，保證施工方案的精確性和可操作性，實現材料進度和施工質量的全方位掌控，提高了施工專業性的保障能力。

4.4 保障控制施工前建筑材料質量

BIM 技術應用在裝配式建筑過程中時，可以按照施工進度進行技術應用劃分，如圖2 所示。

圖2 BIM技術應用在裝配式建筑的應用分析

如圖2 所示，按照施工進度將BIM 技術應用在3 個不同階段。在工程初期，BIM 技術可以提供充足的數據收集，為項目提供一定的可行性分析與設計優化。在工程造價方面可以合理把控建筑成本。在工程中期，為施工單位提供協調與溝通，把控施工進度并確保安全管理有效完善。在工程后期，可以為進行工程驗收與管理、保證工程質量評估、整合施工數據、維修維護等提供管理方案。BIM 技術在施工中，尤其是工程組件生產與安裝過程中應用廣泛，施工單位得到工程設計圖后，可以根據相關設計需求與建筑規定，在施工前進一步控制材料、建筑質量工作。

圖3 為BIM 技術基礎建模并選擇裝配式建筑的門窗，BIM 技術在門窗施工中的應用，可以使得門窗的設計、制造和安裝更加高效和精確，同時也能夠提升門窗的質量和安全性。

圖3 BIM技術基礎建模示意圖

在門窗施工過程中，BIM 技術可以實現門窗設計的智能化和標準化。傳統門窗設計需要手工繪制草圖并進行多次修改，具有耗時和誤差大的問題。而通過BIM 技術，設計師可以使用相關軟件直接在3D 模型上進行設計，從而實現快速、準確的門窗設計。在設計過程中，BIM 技術還能夠提供標準化的模型庫和模板，使設計師設計出符合要求的門窗。

其次，BIM 技術可以提高門窗制造的效率和精度。BIM 技術可以將設計好的門窗模型直接傳輸給數控機床，通過數控加工技術制造出符合設計的門窗構件。BIM 技術可以為門窗等裝配式部件的制造與加工提供準確的量測數據，確保門窗的精確度達到施工需求，同時可以避免浪費材料等問題。

最后，BIM 技術可以提高門窗施工的效率和安全性。基于BIM 技術的門窗施工方案，可以展現門窗的三維模型。施工人員可以對這個模型進行實時瀏覽，驗證門窗的準確位置和其他細節，還可以對施工流程進行預規劃。施工人員直接在模型上指定相應的操作位置，減少了工具的磨損和錯誤，而且降低了人員的工作風險，因為施工人員可以預先識別可能的施工風險和場地限制，準確調整施工流程和掃描范圍，提高門窗施工的安全性和質量。

綜上所述，BIM 技術應用在施工技術中，可以降低裝配式建筑部件施工的成本、提高整個施工過程的效率和質量，同時也增強施工安全性。

4.5 保證過程監督，提高建筑工程時效性

傳統工程建設和一般建筑工程通常無法實時監督和管理工程質量，而是在建造完成后進行評估，這無法充分發揮監管部門的作用。BIM 技術能有效提高裝配式建筑施工過程中的質量，輔助施工單位加強過程監督，并對不同施工環節進行及時有效的監管。各施工單位可以利用BIM 技術總結、分析制造過程中遇到的問題，進而產生合理預測和解決方案。當預制組件到達施工現場時，管理人員應該立即對照建筑材料和現場空間，并將材料相關信息、質量狀況及時上傳到BIM 系統中，實現3D 模型到5D 模型的轉換。通過獲取建筑材料的多維模型，可以利用計算機進行真實的施工現場模擬，分析各施工環節的難度和質量要求，從而合理安排施工人員的重點工作范圍。

4.6 設計優化和成本控制

在保證裝配式建筑工程質量的背景下，利用BIM 技術在全權承包環境中預測和分析當前市場發展趨勢。為滿足建筑需求，可以利用BIM 來擬訂詳盡的融資計劃和貸款條款，并采取相應的經濟策略以防止資金規劃滯后。在此過程中，建筑企業可以設置專項質量管理資金并記錄各項支出，以強化科學管理和完善資金分配環節。此外，切實強化人力資源建設也是關鍵一環，建筑企業應投入BIM 技術的進一步開發和研究，并持續為相關人才提供專業培訓，以此提升BIM 的應用技術水平。

5 結語

裝配式建筑工程是工程施工的發展趨勢，與傳統建筑方式相比，在生產和建造方法上有很大的區別。為了充分發揮BIM 技術的優勢和價值，研究結合工程總承包模式，將建造、設計和施工等各方聯合起來，并根據BIM 技術將信息化技術融入裝配式建筑生產中。研究通過3 個施工階段重點分析不同環節下BIM 技術的應用與優勢。BIM 技術應用在工程中時，可以保障施工前建筑材料質量；保證過程監督，提高建筑工程時效性；設計優化和成本控制。目前，許多企業在施工環節中難以優化，對BIM 技術認識不足導致施工時長不能良性縮減。部分企業則將BIM 技術作為單一建模配置建筑材料，對綠色可持續化與成本控制意識不足。如何將BIM 技術用于推動裝配式建筑實現信息化的創新應用，需要進一步深入研究并尋找更多資料和案例進行分析。