信息化技術在模塊化施工設計中的 建模及應用

摘要：隨著建筑行業的發展，建筑業呈現出規模擴大、數量增加、類型復雜的趨勢，而在施工項目管理中，如何提高施工效率和質量是項目管理的重點和難點。目前，傳統的施工設計主要由現場的設計人員進行，由于其專業知識有限，難以對復雜的施工方案進行有效的設計優化，進而影響施工進度、質量、安全和成本。因此，在工程項目管理過程中引入信息化技術，能夠有效提高工程項目管理水平和效率。

關鍵詞：信息化技術；模塊化施工；BIM建模；應用

一、前言

隨著我國經濟的不斷發展，我國建筑行業的發展也得到了迅速提高，而模塊化施工設計作為建筑行業發展中的一項重要技術，對于建筑工程的質量以及效率都有著非常重要的作用。模塊化施工設計是將建筑工程中需要進行改造和升級的部分按照模塊進行劃分，然后在此基礎上按照相關標準對這些模塊進行一定程度的改造和升級，從而能夠滿足人們生活和工作的要求。BIM技術是一種建筑信息模型，可以實現建筑工程設計、施工、運維等全生命周期的可視化、協同化管理。在 BIM技術的基礎上，施工企業可以將 BIM技術與信息化技術相結合，建立標準化的設計流程和管理平臺，從而促進施工企業數字化轉型。

二、BIM技術的應用優勢

BIM技術的應用能夠使建筑信息模型在整個設計階段得到集成、共享，并且與建筑設計軟件相結合，實現對工程信息的自動提取，見表1。在施工階段，利用 BIM技術對建筑工程施工過程中的各項工作進行模擬和分析，通過對施工過程中各種資源、信息等進行有效管理和協調，為施工現場人員提供了統一的工作平臺，使各施工人員能夠更加高效地進行工作。同時，利用 BIM技術的可視化建模優勢，能有效避免因不同專業之間信息不共享而產生的錯誤和沖突問題，提高了工作效率。

傳統施工設計主要由現場的設計人員進行，因其專業知識有限，難以對復雜的施工方案進行有效的設計優化，進而影響施工進度、質量、安全和成本。隨著信息化技術的快速發展， BIM技術在施工設計中的應用越來越廣泛。此外，通過建立 BIM模型，在施工階段對工程項目的各項設計參數進行有效控制和調整，從而提高設計精度和質量[1]。

三、模塊化施工設計的概念

模塊化施工設計是一種應用于建筑工程領域的技術，主要是通過對建筑結構進行模塊化劃分，在滿足項目施工要求的前提下，對項目進行優化設計，以減少施工難度、提高施工效率。模塊化施工設計的優點主要表現在以下幾個方面：第一，模塊化設計減少了現場焊接、搬運等環節，有效地控制了材料損耗率；第二，模塊化設計能夠有效縮短施工工期，提高工程質量；第三，模塊化施工設計能實現資源共享，優化資源配置；第四，模塊化施工設計有利于項目管理規范化、科學化。

通過對建筑工程模塊化施工設計的分析，可以得知該技術具有以下優點：第一，模塊化施工設計具有較高的靈活性和可擴展性；第二，模塊化施工設計可以有效減少工程項目在施工過程中產生的浪費和損耗。

四、模塊化施工設計在 BIM技術支持下的建模和應用

BIM技術的應用不僅可以減少現場施工技術人員的工作壓力，也可以提高現場施工效率。將 BIM技術運用到施工設計中，不僅可以提高項目管理的效率和質量，還能進一步優化設計方案。目前 BIM技術已經在實際工程項目中得到了廣泛的應用。例如，在醫院、學校等公共建筑中，運用 BIM技術對建筑設計進行優化，能夠進一步提高醫院、學校等公共建筑的質量和水平。在實際的項目管理過程中，需要運用 BIM軟件建立模塊化施工設計模型，從而實現對模塊化施工設計模型進行方案優化，進而提高項目管理水平和效率。運用 BIM軟件建立了模塊化施工設計模型，如圖2所示，并進行了方案優化。

五、實施效果

第一，通過采用信息化技術，對模塊化施工設計模型進行優化，實現了在施工階段對復雜節點的精細化設計，能夠在保證建筑品質的同時減少施工資源浪費，節約工程造價。

第二，通過信息集成平臺的應用，將項目各階段的信息進行集成管理，實現項目的全生命周期管理。同時，利用三維技術可以對項目質量、進度、成本等進行動態控制，及時發現并解決存在的問題。

第三，通過 BIM技術應用實現了設計、施工、運營等階段信息的集成，實現了設計與施工、運營之間的聯動，對整個建筑項目進行了動態管理。

第四，在 BIM技術應用過程中，設計人員與施工人員可以實時溝通，協同工作。同時，利用 BIM技術可以進行施工模擬及碰撞檢查，對設計方案進行優化調整，減少不必要的損失和浪費。此外，對設計圖紙、施工圖紙進行協同管理，減少設計與施工之間出現的錯誤和疏漏。

六、項目的基本概念

（一）設計要求

為了提高施工質量和效率，要保證設計的合理性和科學性，從而能夠滿足未來的施工要求。在進行模塊化施工設計時，首先要考慮到建筑的整體美觀性，還要將建筑的功能以及性能充分地體現出來。其次要保證模塊之間能夠完美連接，并且還要保證連接點的位置比較合理，從而保證模塊之間不會發生碰撞，還要對模塊之間的設計標準進行合理確定。另外，對建筑中的設備管道進行合理規劃和布局。在對設計內容進行完善時，首先要對整體結構進行分析和研究，然后再根據實際情況來確定模塊之間的連接方式以及管道布局等。

（二）設計原則

該項目在進行施工設計時，要遵循以下原則：一是按照國家的相關標準以及工程項目的特點，對設計方案進行嚴格的篩選和審查，從而保證施工設計的質量和安全；二是在進行模塊化施工設計時，要遵循標準化、通用化原則，從而保證模塊可以快速組裝、拆卸、運輸，并且能夠重復使用；三是在對模塊進行組合時，要根據實際情況進行合理選擇和確定；四是在對模塊進行組裝時，要盡可能地減少施工過程中的人工干預和操作難度，從而減少施工成本；五是要根據施工要求和項目特點選擇相應的設計方案，并嚴格按照設計方案來進行施工；六是要選擇有資質和經驗的專業隊伍進行模塊化施工設計。七是在對模塊進行組合時，要采用先進的計算機技術以及現代化的管理方法[2]。

（三）設計方法

模塊化施工設計方法是一種比較科學的方法，主要有以下幾個步驟：首先，將設計對象分解成一個個獨立的模塊，并對這些模塊進行優化和組合；其次，將這些模塊按照一定的標準進行組合，并形成一個整體；最后，通過一定的軟件對這些模塊進行分析和模擬，從而能夠保證這些模塊滿足整個工程項目的要求。模塊化施工設計方法可以將設計對象分解成一個個獨立的模塊，并對這些模塊進行優化和組合，從而能夠保證整個工程項目滿足各種不同需求。這種設計方法具有很多優勢：首先能夠避免傳統施工設計中出現的錯誤；其次可以加快施工速度。

七、模塊化施工設計的特點與難點

（一）設計及施工難度大

由于模塊化施工設計涉及的范圍非常廣泛，并且模塊化施工設計也涉及了很多不同專業的內容，所以在設計過程中要對各個專業的內容進行綜合考慮，然后在此基礎上再根據實際情況進行合理布局。同時，由于模塊化施工設計是將不同專業的內容進行綜合考慮，所以在實際施工過程中會遇到很多不同的問題。因此在設計和施工過程中難度非常大，是模塊化施工設計中需要重點解決的問題。由于建筑工程中涉及的專業種類比較多，并且各個專業之間存在著非常大的差異性，所以在設計過程中需要對不同專業之間相互協調和配合。此外，由于建筑工程中涉及的項目非常多，并且各個項目之間所需要進行改造和升級部分也不盡相同，所以在實際施工過程中會遇到很多不同的問題。因此，在模塊化施工設計中還需要考慮各個不同項目之間相互協調和配合的問題[3]。

（二）設計工期長、成本高

首先，模塊化施工設計的一個重要特點就是需要較長時間才能完成設計工作。由于實際設計工期比較長，并且在設計過程中會出現許多不同的問題，這些問題都需要采用一定的手段來解決。通常情況下，一個建筑物在進行模塊化施工設計時需要花費較長時間，主要原因在于建筑工程中模塊的生產和制作需要的時間比較長。例如，在進行房屋建筑工程時，由于施工面積比較大，因此在進行模塊的生產和制作時所需要的時間也比較長。此外，在對建筑工程進行模塊化施工設計時需要將不同結構之間的連接進行合理布局。因此，還需要對建筑物內部進行一定程度的改造。這些工作都會導致整個建筑工程需要花費較長時間。

其次，在設計過程中存在著成本高的問題。由于在進行模塊化施工設計時所使用的技術比較復雜，因此，在設計過程中會涉及許多不同領域、不同專業。如果想要對這些模塊進行有效組合，就需要對模塊之間所存在的各種連接進行充分考慮。在實際施工過程中，如果要對這些模塊進行合理組合的話，就需要各個專業之間相互協調配合起來。由于各個專業所需要使用的技術以及材料都存在著一定差異性，因此，在實際施工過程中還會出現各種不同問題。

（三）與其他專業協調配合困難

在模塊化施工設計過程中，要對建筑物中各個部分進行合理規劃和布局。模塊化施工設計過程是一個比較復雜的過程，因此需要涉及多個專業的協調配合。除此之外，模塊化施工設計還需要與建筑材料等其他方面進行協調配合。在模塊化施工設計過程中，由于各個專業之間的配合主要是通過協調來完成的，在實際施工過程中會涉及許多不同專業的配合。例如，在建筑工程施工過程中需要對原有結構進行改造和升級，需要對原有結構進行一定程度的加固、一定程度的重新鋪設、一定程度的改建、一定程度的擴建。因此，模塊化施工設計具有一定的難度，需要相關人員具有較高的專業水平。為了提高模塊化施工設計工作效率和質量，相關人員要加強對專業水平的重視度[4]。

（四）構件裝配過程中出現錯誤

在裝配式施工過程中，構件的裝配順序對于構件的質量影響很大。然而，由于現場工人對于構件的裝配順序不熟悉，往往會出現裝配順序錯誤的現象，不僅會導致構件之間出現相互碰撞，還會導致構件間的縫隙過大，進而導致構件無法進行正常施工。為了避免這種現象的發生，應當對構件進行合理規劃，同時，還需要在施工現場進行監控，對各個工序進行監督管理。在施工現場應當根據施工進度制定相應的吊裝計劃，并根據實際情況對計劃進行調整。在該工程中由于所采用的模塊較為復雜，因此，在制定吊裝計劃時需要考慮到這一因素。此外，還應當根據實際情況對吊裝計劃進行調整和完善，包括模塊的高度、寬度等[5]，確保吊裝工作順利完成。

八、信息化管理平臺的建立

該項目信息化管理平臺的建設內容包括項目數據管理、工作流管理、計劃與任務管理、文件管理、圖紙與資料管理、模塊化施工設計信息管理。

第一，項目數據管理模塊實現了項目基本數據的維護，包括工程進度、計劃和任務，并將各參建單位的任務數據導入系統中，方便現場查看。

第二，工作流管理模塊實現了各參建單位之間的信息交流與共享，包括各參建單位間的設計信息、施工計劃及任務分配等。

第三，計劃與任務管理模塊實現了項目計劃的制定和執行，包括各參建單位間的工作計劃，以及進度安排與落實情況。

第四，圖紙及資料管理模塊實現了對設計圖紙及資料的編輯、存儲、查詢和下載等功能，保證了圖紙及資料的規范性和完整性。

第五，模塊化施工設計信息管理模塊實現了對項目模塊化施工設計標準模型的創建、修改和更新，并可根據需要進行模塊化施工設計標準模型的修改和更新。

九、輔助工具的開發

（一）設計信息采集

在模塊化施工設計中，由于施工圖紙和標準模型的數字化程度不高，現場管理人員只能依靠圖紙和標準模型進行工程量統計。對于一些重要信息，如設計圖紙、節點編號、材料用量等，現場管理人員很難及時獲取。利用輔助工具可以完成設計信息采集、工程量統計及工藝模擬等工作。

（二）工藝模擬

現場管理人員在利用 BIM軟件對模塊化施工設計標準模型進行碰撞檢測時，經常會遇到一些復雜節點或復雜設備。利用輔助工具可以實現對這些節點的模擬，并自動生成相應的碰撞報告，大大提高了效率。

（三）圖紙優化

基于 BIM技術的模塊化施工設計可以實現對標準模型的優化。通過將構件編號、材料用量、施工方法等信息嵌入BIM模型，使其成為標準模型的一部分。利用該平臺，現場管理人員可以快速實現對標準模型的修改和更新。

（四）構件信息查詢

在構件加工過程中，施工人員需要根據設計圖紙、相關規范和標準進行構件信息查詢，以確保其加工過程的規范性和合理性。

十、結語

近年來，隨著我國建筑行業的快速發展，對于建筑施工設計的要求也在不斷提高，而模塊化施工設計作為建筑施工中重要的一項施工技術，具有良好的應用價值和發展前景。BIM技術作為一種高效的信息化技術，已經成為現代建筑行業中不可或缺的一部分。在工程項目管理過程中，將 BIM技術與信息化技術相結合，充分發揮兩者各自的優勢，從而達到提升工程項目管理水平的目的。本文對BIM技術與信息化技術在施工設計中建模及應用進行了分析和研究，通過對模塊化施工設計模型進行方案優化，進一步提高了工程項目管理水平和效率。今后應結合實際情況，進一步對信息化技術在施工設計中建模及應用進行研究和優化，以更好地滿足項目管理的需求。

參考文獻

[1]呂鳳君，王鵬.模塊化建造：信息技術在建筑領域中的應用[J].中國科技信息，2018（04）：26-34.

[2]周云燕.基于 BIM技術的大型公共建筑工程項目施工進度計劃管理[J].建筑經濟與管理，2018（01）：27-29.

[3]王曉雯.信息化技術在模塊化施工設計中的建模及應用[J].石油化工建設，2023，45（Z1）：40-42.

[4]宋德忠，劉衛東，孔文柯.模塊化施工技術的發展[J].石油化工建設，2023，45（01）：25-29+40.

[5]陸友平.模塊化施工在建筑工程中的應用[J].中國建筑裝飾裝修，2023（14）：165-167.

作者單位：新疆哈密吐哈石油基地數智技術公司軟件運維中心

■ 責任編輯：張津平、尚丹