BIM技術在裝配式建筑施工管理中應用

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［摘要］建筑行業是我國國民經濟發展過程當中的物質基礎，從改革開放以后，我國建筑行業就一直處于穩定擴張的狀態。但隨之而來的問題就是資源浪費嚴重以及建筑消耗過大，與可持續發展的要求之間出現了明顯矛盾。bim作為建筑全生命周期信息管理的主要工具，可以有效地讓我國建筑行業轉型階段的裝配式建筑類型克服原有缺陷。因此，本次研究也旨在通過BIM技術在施工管理環節的應用方案，指明其未來的發展路徑從而實現生產方式的針對性改進。

［關鍵詞］BIM；裝配式建筑；施工管理

建筑行業高速發展的時期對于經濟的作用顯而易見，在建筑行業步入平穩發展期之后，生態文明建設開始成為國家層面的戰略。作為我國的支柱性產業，建筑行業一方面貢獻了大量的生產總值并促進了城鄉建設的快速發展，另一方面卻因為傳統的作業方式導致資源浪費問題和其他污染問題。對此，我們需要以提升生產效率和產品標準化水平為目標，有效地解決生產環節和生態環節存在的矛盾，在推進新型城鎮化的過程當中起到良好的輔助效用。

1BIM技術在裝配式建筑的應用原則

1.1模數化設計

現階段社會各個行業都實現了信息化接軌，采用信息化生產技術給施工帶來了便利條件。借助相應的技術手段和平臺資源數據分析方法，搭建建筑施工場景進行管理能夠保障現場工作管理效率，不僅簡化了施工流程，而且提升控制能力。BIM的模數化設計充分體現了我國建筑行業的領先水平和現代化發展水準。我國很多建筑也是BIM技術應用的典型，例如上海迪士尼樂園，北京鳳凰傳媒中心等。裝配式建筑的模數化設計指的是利用基本模數、擴大模數和分模數的RNG方法將預制構件、建筑組合件等內容和尺寸進行設計，實現建筑工業化、標準化和智能化，確保主體結構和整體協調之間能夠更加和諧。此外，模數化設計的另一作用在于確保建筑構件的規格化與通用化從而達到多層次的建造要求降低生產成本[1]。按照《建筑模數協調標準》的相關要求以及模數協調標準制定比例，在平面設計時可以考慮采用基本模數或是擴大模數，保障構件從設計生產到最終的組裝階段都能實現尺寸協調要求。構配件在使用多種材料時，不同的材料要和建筑的整體尺寸關系之間保持和諧。

1.2標準化設計

標準化設計是建筑工業化的主要發展目標，同時也能讓大部分構件完成工業化生產從而減少現場的施工作業以提升工程建設效率。對此，建筑標準化設計應該針對不同類型的建筑和配件、連接要求來制定系統化的設計方法和設計過程。在這里需要注意的是，考慮到氣候環境和生產條件等客觀因素，裝配式建筑本身存在地域性，很難采取完全標準化的結構來進行統一，且部分構件只能夠在小范圍內進行標準化設計。這一點我們可以從環境角度做出評估，例如我國的北方和南方地區氣候差異明顯，建筑物外墻保溫、抗腐蝕、防水等方面的性能要求比較大，外墻板在設計時便無法實現全國范圍內的標準化設計，只需要按照各個地區制定各自的標準即可[2]。在進行施工模擬時，也可以基于某個區域的特殊環境特征來設置對比條件布置施工場地等，發現特殊性問題作出調整，確保標準化設計的質量。

1.3協同設計

裝配式建筑的協同設計指的是各個生產單位在配合和協同工作的前提下完成專業化設計和一體化設計，一方面保障設計質量，另一方面及時發現可能存在的各類問題提升專業配合度。特別是對于裝配式建筑而言，與傳統混凝土現澆建筑模式相比，其現場組裝方式決定了很多構件之內可能存在預埋件，如果設計階段沒有考慮到這些方面的內容，那么現場組裝時可能很難采取后續處理方式。這說明協同設計階段建筑師和工程師們需要明確各自的協同責任，利用BIM技術搭建系統化平臺，讓各個專業都可以在平臺上設計并共享設計成果，生產方和施工企業也可以在早期進入平臺內完成工作協調。

1.4信息化綜合設計

BIM當中除了具備模型搭建的主要功能之外，還可以實現信息化管理，現代裝配式建筑需要解決的關鍵問題就是各個施工部門之間的信息溝通和信息協作。兩者在進行結合時，就能有效解決裝配式建筑施工環節的現存問題。例如BIM技術平臺在使用過程當中會涉及一些施工階段的數據信息，這些信息，包括建筑尺寸、使用材料情況、預制配件的搭接數據等，諸如此類的數據都需要完成綜合應用，從而將數據導出，并且最終形成竣工報告。在信息化技術的支持之下，無論是施工開始階段還是竣工階段，都可以采取科學有效的管控方式完成可持續生產建設的要求，方便管理人員對設備信息進行監控，確保數據運行時的穩定采取動態化監控模式。例如，技術人員可以直接對輸入設備運行數據進行提前設置，在設備產生故障之前及時發出預警情況，并且制定對應的研究方案，或是以可視化的功能通過模型檢查定位故障產生的具體區域。從空間管理層面來看，裝配式建筑的空間管理從本質上來說是對建筑整體進行管控，包括對建筑物模型的規劃預測分配，以及竣工前各個階段的管理需求。BIM技術支持下的數據信息化管理最為有效的一點在于其采集分析的數據能夠利用計算機來調節不同區域的系統運行，為應急決策管理工作提供關鍵的參考依據。例如，我們對消防設備進行監控，就能切斷失火區域的電路通道，避免火勢快速蔓延，讓救援人員根據模型信息尋找施工被困人員，從而極大地減少人員傷亡的情況。綜合來看，各個關鍵質量驗收點和質量控制點都可以采取BIM技術完成布設和監控，提供更加安全的使用環境。

2BIM技術在裝配式建筑中的應用過程

2.1前期準備階段

前期階段主要指的是項目的策劃階段，裝配式建筑在推廣過程當中是建筑行業轉型的關鍵點，目前常見的BIM裝配應用模式劃分為三種類型，一種是以模型為主，第二種是以圖形為主，第三種則是模型和圖形共同配合。以圖形為主的BIM技術會先利用CAD軟件等繪制建筑圖紙，并且在圖紙的基礎之上建立模型以開展可視化分析與專業協調。而模型為主的應用模式則需要在設計過程同步建模，但圖紙和模型之間應保持足夠的關聯性以避免匹配錯誤。在工程前期BIM技術可以實現全方位的集中管理。例如在材料管理方面，可以通過BIM技術來確定工程量清單積累工程基礎數據，并且為后續的采購、生產和施工維護提供技術支持，雖然這會帶來一定的工作量，但對于后期的合同進度管理、施工管理而言可以提供相對準確的依據，減少后期產生的成本消耗。假設一個正常運行的住宅施工，那么涉及的生產構建項目就包括樓梯、陽臺、預制混凝土板、預制疊合梁柱、預制夾心保溫板、預制飄窗等。在材料全部確定之后，我們會對于所有需求的材料和預制件進行計劃和統計，特別是環保類的建筑材料使用范圍不斷加大，借助BIM技術則可以在單位成本控制的前提下降低材料應用時可能出現的風險，此外還可以記錄過程信息，以數據處理為基礎形成考核報告[3]。在前期準備階段，利用BIM可視化的流通和轉換應用，讓建模軟件和結構分析軟件，相互配合，對設備安裝信息和施工信息等展開共享。建筑行業發展至今，BIM技術和其他領域的配合也成為了準備階段的主要特點，例如借助物聯網設備進行識別在建筑生產環節對每一個細節部分展開信息共享和數據采集；利用VR技術和BIM技術進行結合可以完成一些非常復雜的可視化模擬，將模型先進行立體化渲染，并整合已經建立的環境空間打造更加真實的效果，以直觀觀察和細節處理，掌握施工方式和預先設計的意圖。

2.2施工設計階段

傳統建筑施工管理采取的DBB模式按照順序讓各個參與方依次完成各項工作，但很多單位并沒有提前參與到設計過程環節，這使得后期設計可能與施工過程之間存在差異甚至脫節，輕則影響到施工進度，重則會導致生產和運輸成本的質量受到嚴重影響。在BIM技術的輔助之下，可以圍繞構件來開展參數化的族庫，在基礎性的工作完成之后，設計人員可以直接調用這些提前準備好的數據快速完成圖紙的繪制。裝配式建筑的設計初期就可以羅列出整體需要的構件然后存放至相應的數據庫之內，包括外墻、內墻、樓梯等部件等，根據戶型、需求的差異來展開模塊化設計形成不同的風格類型。對于整個設計階段而言，施工方要考慮到的內容是業主方的經濟性和其他目標，讓設計方案達到預期計劃。在設計完畢之后，還需要對部分構件進行拆分，按照構件庫信息選擇相應的構件進行裝配。如果構件能夠滿足裝配的要求后再進行拆分，拆分時也應確定構件的參數和現場運作能力。BIM模型建立之后，還應對其中的預制構件展開深化設計，對其中的參數做好設計。

2.3生產階段

生產階段是相對重要的階段，因為技術人員此時會在二維平面上先完成預制構件的生產和加工，因為二維圖紙所反映出的信息相對有限，因此可能會產生部分誤差問題，此時再通過BIM技術就可以將所有部件的詳細信息全部共享給其他生產單位或是合作單位，以三維化模型來傳遞信息，對預制構件的生產狀態進行評估，以便于安排下一個階段的具體工作內容。整個信息化平臺涵蓋了生產工廠內部的管理系統，管理系統又被細化分為構件生產系統、物流管理系統和構件存儲系統等，所以構件的生產信息、物流信息和管理信息都可以在生產前做好準備進行三維建模，將所有的參數信息轉換為實際的可操作內容，直至模型最終驗證通過確保正確性[4]。以預制件生產為例，在構件正式投入應用之前可以利用BIM數據庫對其中關鍵信息進行提取，記錄預制構件的不同信息之后，結合施工環節的施工環境、三維地形圖等確定材料的運輸途徑，減少可能存在的損壞等情況。利用BIM技術信息整合和裝配式建筑構件的拼裝組合特點，能夠形成工業化的流水生產構筑模式，將其歸納為裝備式建筑的多層次生產體系，包括標準化設計、數控加工、集成管控、一體化管理和信息運作等各個方面的工作。從標準化設計來看，標準化施工建設的本質是為了提升建筑產品的生產效率和生產質量，讓生產出來的構件配件符合施工要求，所以在設計階段就可以直接利用標準化的信息參數模塊來統一生產標準和尺寸單位保障施工質量和工期效益，避免施工和設計兩者之間出現矛盾的情況。而數控加工環節則是數控化生產的關鍵組成部分，在生產過程當中，利用BIM平臺可以將一些非常復雜的預制構配件來進行模擬組裝，借助三維影像搭建模型之后使整個過程變得可視化和具體化，極大地提高了生產的效率，而且保證了產品的質量。值得一提的是，在模擬過程當中還可以完成對模型實施監控工作，設計人員可針對潛在問題采取針對性的預防或者補救措施，或是根據已知預制構配件的定位跟蹤結果，來評估和把控設備投入使用的運行狀態。集成管控則是從現場組裝角度進行精細化管理，根據施工控制點模擬的數據回饋和現場施工進度監控復核，從而進一步確認生產預制構件數量等是否需要展開調整、場地布置和施工進度是否需要調節、所使用的設備是否要進行更換等。以BIM建模完成組裝虛擬施工環境之后，可以對運動關系和運動順序進行確定，判斷模擬結果是否滿足實際需求，如果非實際最優結果則調整參數后再確定最優方案。一體化管理具有十分明顯的優勢，其可以有效地提高管理效率，而且還能減少可能產生的隱患，采取集成式預制方法提前做好項目質量控制，有效縮短工期減少施工養護的時間。特別是由裝配式方式所生產的一體化構件，能夠減少作業工序和施工材料，確保施工效率和主體結構的生產不產生矛盾。對于設計人員而言，可以在完成一部分構配件生產之后再進行外部施工，有效確定施工順序和一體化運行要求。空間管理信息化也是一個重要環節，其本質就是對整個建筑進行管理，利用BIM技術對建筑物模型和設備故障問題等作出判斷，提升空間舒適度確保信息運行時的穩定。即便是在施工環節完成之后，也可以幫助驗收人員和維護人員掌握設備建筑的運行情況，例如判斷建筑室內的溫度濕度調節是否合理、能耗和溫控變化是否符合要求等。

2.4現場施工階段

現場施工是BIM技術應用的核心環節，利用BIM技術可以對構件進度、質量等進行全方位管控。具體來看，設計階段的施工信息可以利用RFID進行實時采集，并且按照進度管理過程當中的信息需求提出進度管理體系結構，展開全方位動態進度管理[5]。如在構件進度管理工作當中，需要按照構件進度管理過程當中所提出的信息需求來提出進度管理體系結構，對施工動態過程展開管理。在確定計劃生產時間和計劃裝配時間之后，要基于構件的計劃進度統計出實際的生產時間和裝配時間，以表格的形式做好記錄，關鍵的節點構件通過RFID標簽做好記錄。以現澆式建筑而言，其質量控制一般都圍繞施工現場來進行，但是對于裝配式構件施工而言，構件生產區域和施工地點都是質量管理的核心區域，標準化生產過程可以有效地提升構件生產效率，在整個建筑項目過程當中，也涉及不同流程的質量管控。施工準備階段需要做好構件深化設計和施工方案的模擬檢查，確定質量控制點；生產制造階段則要做好材料、工序的質量管控；現場裝配階段做好技術交底和吊裝工序管理；質量驗收階段則做好分部工程質量管控工作，對可能存在的質量問題做好總結和分析[6]。

3結語

傳統建筑模式不僅能耗過高且施工周期普遍較長，管理過程難度較大，不同環節出現誤差的概率較高。但BIM技術投入應用后，整個建筑施工當中的關鍵環節都可以通過仿真提供優化依據。本次研究也從BIM技術應用的基本原則要求入手，按照不同的全過程管理階段進行了技術應用模式的綜合分析，旨在分析其在協同管理當中的應用價值。未來新型城鎮化的發展背景之下，建筑工業化將進一步推動BIM技術的廣泛應用，重點圍繞平臺開發和管理確定不同階段的管理目標提供針對性支持輔助。

參考文獻

[1]肖陽，劉為.BIM技術在裝配式建筑施工質量管理中的應用研究[J].價值工程，2018，37（6）：104-107.

[2]彭聰，李杏，喬亞昆.BIM技術在裝配式建筑施工質量管理的應用探索[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2020（12）：173-174.

[3]齊寶庫，李長福.基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問題研究[J].施工技術，2014（15）：25-29.

[4]金南雅，王軍慶.BIM技術在裝配式建筑施工管理中的應用探析[J].建筑工程技術與設計，2020（12）：1808.

[5]張偉偉，王志高，杜莉，等.基于BIM的裝配式建筑智慧建造應用研究[J].建筑發展，2020，4（8）：84-86.

[6]游曉林.BIM技術在裝配式建筑施工質量管理中的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2019（22）：348.

[7]朱敏，張哨軍，孫靜，等.基于BIM技術的裝配式混凝土建筑成本控制研究[J].價值工程，2019（30）：268-270.

作者:劉英 單位:山東泰安建筑工程集團有限公司