BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

摘 要：隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)逐漸應(yīng)用于工程施工中，而將BIM技術(shù)與裝配式建造相融合又會對智慧建造的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。本文結(jié)合某商業(yè)住宅綜合體，建立BIM模型，實現(xiàn)建造過程的工業(yè)化和信息化，同時研究了過程的實現(xiàn)效果。研究成果顯示：BIM是一種將信息科技與建筑圖像相結(jié)合的新方法，能夠?qū)⑹┕み^程可視化地表現(xiàn)出來，并能有效地進(jìn)行信息的收集與整合，其能夠使整個裝配過程自動化程度更高。通過BIM技術(shù)對工程建設(shè)過程的控制結(jié)果進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：在380天的工期之間，建設(shè)進(jìn)度與計劃工期相一致，當(dāng)工期在380天至720天的范圍內(nèi)，工程建設(shè)進(jìn)度加快，提前完成既定工期。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；施工技術(shù)；裝配式建筑

1 前言

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)建筑業(yè)存在各種各樣的問題，例如，能源消耗大、施工速度慢及生產(chǎn)不精細(xì)化等，這與我國當(dāng)前環(huán)保指標(biāo)的需求相去甚遠(yuǎn)。此外，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，可供使用的建筑工人越來越少，人工費用越來越高，因此，智慧建造和一體化生產(chǎn)已慢慢變成今后發(fā)展的主要方向，這是我國建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提升和工業(yè)化發(fā)展的迫切需求。

裝配式建造指的是將擬建造工程按照不同位置拆分為若干構(gòu)件，基于制定的制作方法進(jìn)行提前生產(chǎn)，然后將制作完成的構(gòu)件運送至施工現(xiàn)場，再通過預(yù)先設(shè)計的組裝方法將構(gòu)件安裝至指定位置，進(jìn)而組成一個完成的建筑。裝配式施工的整個過程呈現(xiàn)出速度快、施工難度低等特點，因此，這就使其在我國建筑行業(yè)的比重不斷提高。而信息技術(shù)是促進(jìn)裝配式產(chǎn)業(yè)化的重要途徑，將BIM技術(shù)與裝配式建造相融合又會對智慧建造的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用，對于建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2項目概況

某商業(yè)住宅綜合體地理位置處于市區(qū)主要道路的北面，交通十分便捷，是該市的重大民生項目之一。該項目占地面積為52081.92m2，地上和地下面積分別為36120.67m2和15961.25m2。該工程的使用功能為商業(yè)和住宅，共有4棟住宅樓，每棟樓建設(shè)層數(shù)為28層，1棟商業(yè)樓，建設(shè)層數(shù)為6層，項目建設(shè)均使用裝配式建筑，經(jīng)計算，裝配式約為65%，其主要參數(shù)見表1。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1構(gòu)建BIM模型

3.1.1" BIM模型的優(yōu)勢

因為建筑行業(yè)的特殊性，施工過程的各個環(huán)節(jié)具有復(fù)雜性和精細(xì)化等特點，這就導(dǎo)致裝配式各位置構(gòu)件的生產(chǎn)及安裝工作處于不一樣的施工階段，而BIM技術(shù)可以很好地實現(xiàn)構(gòu)件從生產(chǎn)到運輸，從運輸?shù)桨惭b，從安裝到運營全過程管理，防止出現(xiàn)信息不交互進(jìn)而導(dǎo)致建筑過程出現(xiàn)不合理的情況出現(xiàn)。構(gòu)建一個以BIM技術(shù)為核心的建筑項目信息化管理體系，為項目建設(shè)過程中的成本、進(jìn)度和質(zhì)量等方面提供新的管理思路。

3.1.2" BIM模型與總計劃的結(jié)合

通常情況下，建筑物由梁、板、柱等構(gòu)件組成，在裝配式施工時，可以對建筑物進(jìn)行分解歸類，從而達(dá)到構(gòu)件的制作形成產(chǎn)業(yè)化和流水化。在本工程中，BIM模型的構(gòu)建主要使用Revit軟件，首先對建筑物中的各個構(gòu)件進(jìn)行建模，然后將各構(gòu)件進(jìn)行有機(jī)集成，最后會得到一個可視化的BIM模型。在裝配式建筑建造過程中，施工階段順序?qū)ㄔ爝^程的作用越來越受到重視，因此，在建模過程中，提前制定施工階段總計劃，將總計劃融入BIM模型中，以便有效地管控各施工階段的施工進(jìn)度。

因此在將總計劃融入模型之前，必須先編制項目施工總計劃。通常情況下，施工總計劃編制使用Project軟件，該軟件能夠?qū)γ總€建設(shè)項目進(jìn)行精細(xì)化的區(qū)分，進(jìn)而編制成具有較高準(zhǔn)確度且符合實際的施工總計劃，最后將其以指定格式進(jìn)行導(dǎo)出。基于BIM軟件的第三方軟件的接入功能，將導(dǎo)出的施工總計劃文件與BIM模型集成，進(jìn)而構(gòu)建一個全過程施工進(jìn)度可視化的四維BIM模型。

3.2構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)

3.2.1建筑建造方式轉(zhuǎn)變

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建造方法相比，裝配式建筑的建造方式是采用工程化的生產(chǎn)方法，將建筑物按照不同位置不同尺寸提前劃分為梁、板、柱等構(gòu)件，提前在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，然后將生產(chǎn)完成的構(gòu)件運送至施工現(xiàn)場，基于設(shè)計圖紙將各個構(gòu)件安裝至指定位置，并進(jìn)行連接，進(jìn)而構(gòu)成一個完整的結(jié)構(gòu)。所以，在建造過程中，裝配式建筑施工既要對現(xiàn)場安裝進(jìn)行管控，也要對前置構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)行管控。

3.2.2增設(shè)構(gòu)件管控標(biāo)簽

在實際工程中，建筑的構(gòu)件類型多，各構(gòu)件尺寸變化大，所以在構(gòu)件加工時使其能夠得到有效的信息管控就變得十分具有意義。本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過在生產(chǎn)過程中對每個構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)記，即在每個構(gòu)件上設(shè)置一個標(biāo)簽（RFID），該標(biāo)簽不具有普遍性，每個構(gòu)件各不相同，在標(biāo)簽中提前錄入對應(yīng)構(gòu)件的材質(zhì)、尺寸及出廠時間等信息，實現(xiàn)對構(gòu)件的生產(chǎn)、運送及安裝等各個環(huán)節(jié)的全周期監(jiān)控，進(jìn)而確保構(gòu)件生產(chǎn)的零缺陷與建設(shè)全流程的按需化制造。RFID的設(shè)置是將信息化模型與實體構(gòu)件進(jìn)行有效的連接，是現(xiàn)代化管理的主要表現(xiàn)，該過程實現(xiàn)由傳統(tǒng)建造模式到精細(xì)化建造的升級，確保建筑信息在建造過程的全周期流通。

3.2.3構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)方式

在構(gòu)件生產(chǎn)工廠，一般通過流水線的生產(chǎn)方式，完成裝配式構(gòu)件的快速生產(chǎn)，構(gòu)件包括預(yù)制樓板、樓梯及墻體等，生產(chǎn)車間如圖1所示。基于BIM技術(shù)的參數(shù)化設(shè)置，對上述預(yù)制構(gòu)件的尺寸進(jìn)行隨意變換，同時，制造預(yù)制構(gòu)件的模具也能夠按照BIM技術(shù)提供的參數(shù)進(jìn)行定制，并可多次使用，大幅提升其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)水平。與現(xiàn)場澆筑施工相比，工廠的預(yù)制化生產(chǎn)能夠使構(gòu)件的質(zhì)量和精度提高，可以有效避免因工人施工水平，混凝土原材質(zhì)量等因素導(dǎo)致的施工質(zhì)量下降。

3.3構(gòu)件現(xiàn)場安裝

裝配式建筑施工類似于“搭積木”的建造形式，即將在工廠提前制造好的各個構(gòu)件運送到施工現(xiàn)場，基于設(shè)計圖紙將各個構(gòu)件安裝至指定位置，再對各個構(gòu)件之間進(jìn)行連接。基于BIM技術(shù)，能夠建立一個與地理信息系統(tǒng)相融合的三維模型，該模型能夠完成施工現(xiàn)場機(jī)械、構(gòu)件位置和安裝流程的提前布局，進(jìn)而實現(xiàn)施工過程的可視化演示，降低工人施工作業(yè)的難度，從而達(dá)到提高工程質(zhì)量、節(jié)省施工成本及減少建設(shè)工期的目的。

在構(gòu)件安裝過程中，使用BIM技術(shù)能夠完成現(xiàn)場安裝仿真、工程量計算、機(jī)械進(jìn)場及施工人員資源分配等工作。通過構(gòu)建BIM綜合管理平臺，可以很好地實現(xiàn)多專業(yè)及多階段的施工協(xié)調(diào)，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。通過BIM技術(shù)的信息化和構(gòu)件的產(chǎn)業(yè)化，使整個施工過程自動化程度更高，極大地減少工程的勞動力消耗，節(jié)省工人成本支出。在此基礎(chǔ)上，還能在構(gòu)件安裝過程中實現(xiàn)可視化和精細(xì)化管理，實現(xiàn)模型和實際施工相一致的目標(biāo)。

4施工控制效果分析

BIM綜合信息平臺可以對建筑在施工階段所產(chǎn)生的工程成本進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出與管控，根據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)繪制出建筑工程成本節(jié)約效益圖。根據(jù)圖2分析可知，在使用BIM技術(shù)后，施工現(xiàn)場的裝配率管控得到了很好的控制，節(jié)約成本最高為240多萬；在使用BIM可視化技術(shù)后，針對外墻施工和立面施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，從而使兩項共節(jié)約160萬元；而對于配電房施工，BIM技術(shù)節(jié)約的成本最低，達(dá)到15萬元。通過以上分析，能夠看出BIM技術(shù)在裝配式建筑建設(shè)過程中的高效表現(xiàn)，基于BIM技術(shù)信息化指導(dǎo)，可以進(jìn)行施工工藝優(yōu)化、裝配率控制等，從而達(dá)到減少制造費用的目的，達(dá)到最大的工程收益。

BIM綜合信息平臺也可以對建筑在施工階段的整體進(jìn)度進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出與管控，根據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以繪制出計劃分析圖，其中，曲線A表示項目早期開始施工時間變化；曲線B表示后期開始施工時間變化；曲線C表示在應(yīng)用BIM可視化模型化的管控時間變化，工程合同工期為720天。

由圖3分析可知，曲線C總體上表現(xiàn)出“S”形狀，在項目建設(shè)前期施工速度緩慢，當(dāng)?shù)竭_(dá)建設(shè)中期時，施工速度加快，在達(dá)到建設(shè)后期時，因現(xiàn)場工程量減少，施工速度整體變慢。以380天為界限，在此之前，工程計劃完成量都在曲線A至曲線B的范圍內(nèi)，這說明施工的實際工期可以達(dá)到既定的總計劃要求，但是當(dāng)施工階段處于380天至720天的范圍內(nèi)，曲線C處于曲線B范圍外，這說明實際完成的工程量超過該階段計劃工程量，工程進(jìn)度得到提前。在使用BIM可視化模型化后，項目的建設(shè)時間得到減少，能夠確保項目在合同工期內(nèi)完成。

5結(jié)論

本文結(jié)合某商業(yè)住宅綜合體，基于Revit軟件完成項目BIM模型的構(gòu)建，使用Project軟件編制項目施工總計劃，并將其與模型進(jìn)行整合，進(jìn)而達(dá)到裝配式建筑制造產(chǎn)業(yè)化和信息化，得到主要結(jié)論如下：

（1）BIM技術(shù)能夠?qū)⒐こ探ㄔO(shè)全過程進(jìn)行可視化地呈現(xiàn)，對建設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整合，使之具有交互性；同時，將建筑構(gòu)件以圖像及視頻的方式進(jìn)行表現(xiàn)，極大地提高工程建設(shè)信息化與智能化水平。

（2）在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，通過BIM模型將各個構(gòu)件設(shè)置上標(biāo)簽，基于標(biāo)簽完成構(gòu)件的全過程管控，基于BIM技術(shù)將信息化模型與實體構(gòu)件進(jìn)行有效的連接，實現(xiàn)了由傳統(tǒng)建造模式到精細(xì)化建造的升級。

（3）通過對BIM技術(shù)在建設(shè)過程中的管控結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：基于BIM技術(shù)的信息化指導(dǎo)，可以對施工過程進(jìn)行優(yōu)化和管控，從而達(dá)到減少制造費用的目的，達(dá)到最大的工程收益；在380天范圍內(nèi)，施工的實際工期可以達(dá)到預(yù)設(shè)的總計劃要求，處于380天至720天的范圍內(nèi)，能夠提前完成預(yù)設(shè)的工程量目標(biāo)，能夠確保實際項目能夠在合同工期內(nèi)完成。

參考文獻(xiàn)

[1]何夢瑤，李偉麗，馮雨欣等.綠色建造背景下BIM技術(shù)與裝配式建筑融合研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13（31）：181-184.

[2]宋曉剛，李澤昊，姚旭.基于BIM的裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量管理研究[J].工程管理學(xué)報，2023，37（05）：30-35.

[3]熊英明.BIM技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計和應(yīng)用以柳州市某住宅小區(qū)為例[J].中華建設(shè)，2023（11）：105-107.

[4]劉卓豪，劉凱，李嘉.BIM輔助整體預(yù)制裝配式設(shè)備安裝設(shè)計實踐[J].智能建筑與智慧城市，2023（10）：90-92.

[5]陳舟，寧東，方宏強(qiáng)等.裝飾裝配式墻體技術(shù)研究——裝配式墻體設(shè)計施工一體化技術(shù)在歷史風(fēng)貌區(qū)建筑的應(yīng)用[J].中國建設(shè)信息化，2023（19）：94-100.