BIM在裝配式住宅項目管理中的應用研究

王曉輝

(中國鐵建房地產集團有限公司 北京 100855)

1 綜述

裝配式建筑通過標準設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能應用，從而轉變建筑生產方式，全面提升建筑品質，實現(xiàn)技能減排和可持續(xù)發(fā)展[1]，以達到提高建筑項目綜合效益的目標。住建部《建筑產業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》指出，到2020年，裝配式建筑占新建建筑的比例20%以上，直轄市、計劃單列市及省會城市30%以上，保障性安居工程達40%以上，到2025年，裝配式建筑占新建建筑的比例50%以上，保障性安居工程達60%以上[2]。本文所提到的上海香榭國際項目即在土地出讓條件中明確規(guī)定本項目所有建筑單體的裝配率為100%，預制率不低于30%。

BIM(Building Information Modeling建筑信息模型)技術在標準化設計、建筑信息流管理、裝配化施工管理、模擬施工等方面與國家對建筑業(yè)的規(guī)劃高度契合，北京大興國際機場、上海中心、上海迪士尼等項目被廣泛使用，其應用能力已成為開發(fā)、建筑企業(yè)信息化程度的一個重要指標[3]。

2 裝配式住宅項目的管理特點

我國目前推廣的PC(Precast Concrete預制混凝土構件)裝配式住宅體系是指建筑的部分或全部構件，由工廠進行規(guī)?；a，現(xiàn)場安裝的方式，與部分現(xiàn)澆結構相互連接形成建筑主體的建造體系。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆住宅相比，裝配式住宅在建造工藝和流程上都帶來新的變化[4]。裝配式建筑建造體系如圖1所示。

圖1 裝配式建筑建造流程

新的建造工藝帶來了新的管理要求，在PC裝配式建筑實施中常出現(xiàn)的管理難點主要表現(xiàn)在如下兩個方面：

(1)設計、生產和施工三者相互分離，要求難以有效的統(tǒng)一。

(2)多環(huán)節(jié)和多方協(xié)同給管理帶來了更大的難度[5]。

3 BIM技術在裝配式住宅項目管理中的應用優(yōu)勢

BIM技術在裝配式住宅項目中優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)BIM技術可以提升設計、生產和施工的協(xié)同度。通過BIM模型三維可視化，以直觀易懂的方式將構件中的關鍵信息展示出來，方便查出設計中的遺漏和錯誤，快速實現(xiàn)各參與方之間的技術交流，為構件加工和現(xiàn)場安裝提供精確的圖紙，避免因信息誤解產生的質量隱患。另外，通過BIM信息化數據傳遞轉化為數字化加工模型，可以實現(xiàn)將數據直接導入自動化生產線進行批量生產，大大提高生產效率，加快工程工期。

(2)BIM技術可以提升對實施進度的有效控制。通過BIM信息平臺，可以發(fā)布生產要求和施工組織計劃，有序地安排各參與方的工作活動。同時，各參與方可以通過二維掃碼和拍照等的方式，隨時將實施情況和存在問題進行記錄，并上傳網絡平臺。管理人員可以通過平臺上信息更新查看每一個環(huán)節(jié)中進展狀況和不確定因素，又可以通過整體信息觀察到計劃和實際的進度對比糾偏。

(3)BIM技術可以明確質量追溯。通過與互聯(lián)網技術融合，將生產和施工過程中的物料、構配件等質量信息，通過無線射頻識別等傳感器或二維碼等，可以對生產和現(xiàn)場施工作業(yè)產品進行逐一追蹤、記錄和分析，實現(xiàn)自動化、智能化操作，減少了人為干預造成的質量事故等。

4 以信息流為導向的項目管理模式

建設方項目工程管理任務的本質就是一個對項目產生的信息流儲存、加工、決策、再流動、再儲存、再加工、再決策的過程，原來的住宅項目管理時各部門只重視自身負責的某一階段內容，信息在開發(fā)、設計、施工、物資等各參與方間傳遞不順暢，從而導致管理工作量大且不精確，在傳統(tǒng)項目管理模式基礎上補充以信息流為導向的項目管理模式變得尤為重要和緊迫[6]。以信息流為導向的項目管理模式的核心就是利用BIM技術對項目產生的信息流進行儲存、加工、直觀化，建設方管理人員利用該信息流在精益建造理論指導下做出有利于項目建設和使用增值的決策，從而確保項目投資、進度、質量目標的實現(xiàn)[7]。

傳統(tǒng)項目管理模式與信息為導向的管理模式對比見表1。

表1 傳統(tǒng)項目管理模式與信息為導向的管理模式區(qū)別

以信息為導向的管理就是將原本分離的成本決策、建設實施及運維使用信息統(tǒng)籌起來，建立一個信息模型，管理者圍繞著信息共享平臺，推動實際過程中各參與方協(xié)同工作的開展[8]。這樣能有效從過去忙碌于對人與事的管理，轉變到以信息管理為本質的建筑生命周期管理上來。同時，也將帶來與之相關的組織、流程、方法和手段等模式的變化。BIM技術就可以實現(xiàn)這一目的，其信息集成管理模式見圖2。

圖2 基于BIM技術的信息集成管理模式

這種模式在項目管理中具體表現(xiàn)為：在工程建造之前，就需要組織設計方、施工方、生產方和運維方，針對項目特點提出各自的工作和管理要求。以信息模型作為載體，查找工程中可能存在的遺漏和風險；進行實施方案、成本消耗等的評估和決策；確定出設計、施工和生產的相互之間的銜接點等。

5 BIM技術在上海香榭國際項目裝配式施工中的應用

上海香榭國際項目位于上海市奉賢區(qū)和閔行區(qū)的交接處，屬于上?！笆濉睍r期重點打造的“南橋新城”區(qū)域內。項目產品定位目標是打造區(qū)域性高端品質的商品住宅社區(qū)。該項目由高層公寓、4層樓疊加復式多層住宅、社區(qū)公共會所及配套用房等組成。地下建筑則主要由各樓座地下室部分、地下機動車以及非機動車庫和設備機房組成。與其他傳統(tǒng)住宅社區(qū)最大不同之處是，根據土地出讓合同的要求，該地塊住宅建筑面積必須100%采用裝配式混凝土結構體系，裝配預制率不得小于30%。同時，全裝修住宅建筑面積占住宅總建筑面積不少于30%。

通過前期策劃和評估，該項目最終采用的是以夾心保溫預制墻為外墻裝配式體系。同時選擇凸窗、陽臺、內墻、樓梯斜板、樓板進行預制以達到預制率的要求。同時選擇了除保障房之外，所有高層公寓為全裝修交付，多層住宅采用毛坯清水交付。

在該項目中，裝配式構件數量高達5萬多件，必須多個構件廠同時供貨才能滿足現(xiàn)場施工進度要求，甚至出現(xiàn)了一棟高層需要由三個不同廠商供貨的情況。所以，每一塊預制構件都需要確保在生產、運輸、堆場、建造和驗收等多個環(huán)節(jié)正確無誤。此外，該項目高層住宅部分全部為裝配式的全裝修配置，還須提前滿足各類精裝修的預留孔洞、預埋管線的要求，工作量巨大。

針對上述情況，一方面，利用BIM信息功能，建立數據模型，對每塊預留板和構件之間的預拼裝碰撞校核；另一方面，通過搭建模型、二維碼識別系統(tǒng)和云平臺信息系統(tǒng)為一體的協(xié)同平臺，建立起包括設計單位、生產廠家、現(xiàn)場監(jiān)理、施工單位和開發(fā)建設方的協(xié)同工作機制，以確保每塊預制構件在每一個環(huán)節(jié)中可控可追溯，審核工作量大大減少。

5.1 基于BIM技術的預制構件深化設計校核

PC裝配式設計一般包括專項的方案設計、總體設計、施工圖設計、招標設計和深化設計。深化設計的內容，除了包含構件自身的結構強度、幾何尺寸、各類鋼筋連接件(針對夾心保溫墻)、對接鋼筋預留的孔洞，還將包括精裝預埋點位、預埋管線管槽及施工中的吊裝預留點、支撐件預留點，施工電梯支撐預留點等符合施工要求的內容。每塊PC裝配式構件的設計事實上集成了多階段的實施要求。

應用流程見圖3：選取高層典型標準層，根據構件深化設計圖紙和相關資料，通過ALLPLAN軟件的PLANBAR模塊完成了結構現(xiàn)澆和裝配式構件的模型搭建，而后分別針對單塊構件的鋼筋、套筒、連接件與裝修預埋之間進行碰撞檢測。同時，通過BIM模型的預拼裝，把所有單片構件按設計組合在一起，對構件與構件之間、構件與現(xiàn)澆部分之間的幾何咬合尺寸、鋼筋之間的位置、鋼筋相互搭接關系進行逐一校核。為了確保各項操作準確到位，責任到人，制定了PC裝配式構件的預拼裝BIM可視化應用流程和職能分工有關規(guī)定。

通過ALLPLAN軟件搭建出標準層構件部分的BIM模型。利用軟件對不同構件元素碰撞檢測后發(fā)現(xiàn)，單板內部的錯誤主要是夾心保溫內頁板中鋼筋與現(xiàn)澆梁的鋼筋碰撞較多，局部的裝修點位預埋接線盒預留在內頁板的鋼筋上，以及套筒和施工支撐件之間的碰撞。依據BIM檢測報告和優(yōu)化報告結果，要求設計單位對相應構件深化圖進行了修改。

在構件與構件之間的預拼裝檢測中，發(fā)現(xiàn)了3處由于構件設計錯誤，導致預拼裝尺寸的錯誤；由于構件伸出鋼筋設置不合理，影響現(xiàn)場安裝共5處；鋼筋搭接方式不合理共3處；北面現(xiàn)澆設備平臺的外挑梁應與外墻板相互咬合，并形成封閉體系，但在該PC板的深化設計圖紙中遺漏了銜接部分的凹口的設計，會造成該板的生產錯誤；頂層預制墻頂部均未預留250 mm高現(xiàn)澆圈梁，個別板豎向垂直鋼筋設置過長，已超出上部樓板板面范圍之外，會帶來構件生產的錯誤。

圖3 預制裝配式BIM碰撞檢測應用流程

5.2 基于BIM的預制構件實施過程管控

通過BIM模型將設計、生產和施工要求進行可視化集成，提高了精細化管理水平?；谛畔⑵脚_下的裝配式構件物料信息追溯，更強調是對各參與方在各環(huán)節(jié)中實施狀態(tài)的管理，具體應用全過程分為三個方面。

(1)確認應用流程

本項目PC構件過程質量管控工作內容包括：分別采用了Autodesk Revit軟件和ALLPLAN Planbar軟件進行BIM模型創(chuàng)建和信息輸入，以二維碼標簽的匹配，實現(xiàn)模型信息與構件掛接；通過掃碼、拍照和附加文字的方式確認每一個環(huán)節(jié)的完成狀態(tài)；分別采用了廣聯(lián)達5D平臺和Nemetschek-TIM平臺，對整個過程各參與方的信息管理進行管理，并儲存云端。

(2)建立信息交換和交付標準(見表2)

表2 信息交換和交付標準

(3)應用過程

以3#樓物料信息追溯的實施應用情況為例。整棟住宅樓預制構件共有PC構件為1 306塊，包括樓梯72塊，內墻170塊，陽臺102塊、凸窗288塊以及其他內外墻288塊。在設計階段，通過創(chuàng)建每一塊預制構件的數據信息模型，并輸入構件的重量、尺寸等物理信息，形成包含具有初始信息和模型的數據文件，通過信息平臺傳遞給施工單位的對接人。

在施工準備階段中，通過信息平臺對設計階段的模型進行施工組織計劃的信息進行添加。根據PC構件的生產、運輸、吊裝和驗收的實施流程，在信息平臺上對每一塊PC構件進行信息采集定義，模型顏色預設定義，人員現(xiàn)場掃碼權限定義等，建立起平臺工作流與現(xiàn)場工作要求一一對應，最終形成可打印的二維碼文件，傳遞給生產廠家打印粘貼。

在實施過程中，施工方分別以3#樓和8#樓為對象，利用Project軟件編制預制構件的安裝進度計劃，并直接導入信息平臺計劃文件與模型中各構件進行逐一和批量的信息掛接，從而以4D動態(tài)虛擬的形式，直觀描述出計劃中的工作內容。

在整個預制構件的現(xiàn)場實施過程中，構件從生產工廠出發(fā)，堆場到現(xiàn)場吊裝、驗收完畢，各參與方的現(xiàn)場施工人員，利用手機，通過建立起來的數據模型連接端口，將各階段信息以照片、文字、視頻等方式錄入上傳至信息平臺等。

總包施工管理人員、開發(fā)建設方管理人員均可以通過信息平臺監(jiān)視到整棟建筑的預制構件每天進度是否與計劃匹配。

6 項目應用成效分析

BIM技術的可視化、精細化、動態(tài)模擬的特點在該建設工程項目方案設計階段為項目決策者提供了各種便捷的方式進行方案比選，快速地從十余種方案中挑選出了最終方案，與同類項目對比，上海香榭國際項目在方案階段節(jié)省了10 d工期。

在建造實施階段，基于BIM技術的協(xié)同平臺提供的大量、及時、準確、全面的質量數據，為項目管理者提供決策支持。同時，通過協(xié)同平臺對項目各參與方進行內部管理，減少推諉扯皮，大大降低溝通成本，使得發(fā)現(xiàn)的質量問題都能得到快速及時反饋，使得效率快速提升，克服了傳統(tǒng)建設工程質量控制的信息化程度低、信息共享與協(xié)同困難、易形成信息孤島等缺點。

上海香榭國際項目的上級管理機構通過BIM技術協(xié)同平臺，可以實施監(jiān)督項目施工進展情況，上下級獲取信息的能力對等，使得上級管理機構擁有企業(yè)級的項目群集中管理和遠程監(jiān)控能力，為后續(xù)企業(yè)級推廣應用提供了可能。

通過碰撞檢測、模擬分析、管線綜合、凈高優(yōu)化等功能模塊，從根本上杜絕了因設計或業(yè)主變更原因引發(fā)的質量問題，該項目實施至今兩年左右的時間，項目設計變更率為2%，發(fā)現(xiàn)主體樓梯設計不合理5處；地下室主次梁設計錯誤3處；提前布置預留洞口2 421處；管線碰撞問題574處；凈高不足12處；閉合質量問題650余處，累計帶來經濟效益約800萬元。

7 BIM技術在裝配式結構住宅項目管理應用實施建議

根據上海香榭國際項目的實際運用經驗，要在后續(xù)裝配式結構住宅項目中推廣運用BIM技術需要對以下幾個方面加大關注：

(1)加大對管理人員培訓力度，完善相關人才梯隊建設

目前大部分建設工程項目的管理模式還是依據老的項目管理套路，管理者依照既有的思路對新的更高建設標準的項目進行管理，導致管理難度越來越大，建設項目的目標控制越來越難以實現(xiàn)。所以需要加大對這類新式項目管理模式的宣傳和培訓，使得精益建造思想能夠進入大部分管理人員的管理理念中，大部分項目管理人員特別是設計研發(fā)、工程管理、造價咨詢人員能夠熟練運用和掌握相關軟件，提高建設工程項目的信息化水平。

(2)試點項目多點開花，以點帶面促進推廣

目前國內多地建筑工程行政主管部門提出推廣應用BIM技術的口號。2014年上海市人民政府辦公廳下發(fā)《上海市人民政府辦公廳轉發(fā)市建設管理委關于在本市推進建筑信息模型技術應用指導意見的通知》，2015年下發(fā)《關于在本市開展建筑信息模型技術應用試點工作的通知》，同年下發(fā)《上海市建筑信息模型技術應用指南》，推動試點項目的應用。目前上海市新建項目或多或少已使用BIM技術，但相關可研成果和理論研究較少。施工承包企業(yè)應當積極建造BIM技術應用示范工程，引導和鼓勵項目推廣應用，摸索適合我國國情的相關技術標準，推進關鍵技術的研究。

(3)建立健全標準體系

近年來，BIM技術作為工程建設信息化發(fā)展中重要的角色，在施工進度、成本管控和提升質量方面有明顯優(yōu)勢[9]。隨著信息技術的不斷發(fā)展，以BIM為手段，交互協(xié)調應用在工程項目管理活動中將會是建筑業(yè)以后發(fā)展的必經之路[10]，美國的相關標準NBIMS-US(National BIM Standard-United States)已經三版更新，而我國目前仍未建立國家級的BIM體系標準，關于BIM技術的標準、規(guī)范應用流程、與之配套的信息化管理模式有待更多研究[11]。

(4)加強政策扶植

加快研究和制定建筑業(yè)信息化、精細化、工業(yè)化管理發(fā)展綱要，對建筑業(yè)的長期發(fā)展有極大的促進作用。加強政府的政策引導，可加大建設單位、施工單位領導層對新技術、新工藝、新模式的支持力度，加強在人力資源、物質資源方面的投入，從而依靠資本的力量推動新模式的應用落地。

(5)項目運用循序漸進

BIM技術的應用和推廣將加速推進施工企業(yè)轉型升級的步伐，提高工程項目建設集成化程度[12]，但推廣需循序漸進、因地制宜，摸索適合自己項目、自己企業(yè)的應用方式，切記生搬硬套，在應用過程中需注重對人才隊伍建設，不能一味求成。新技術、新模式的發(fā)展必定是個緩慢上升的過程，拔苗助長只能導致被時代的浪潮淹沒。