BIM技術(shù)在建筑工程模塊化施工中的應(yīng)用分析

摘要：隨著我國建筑行業(yè)勞動(dòng)力短缺，全行業(yè)不斷地提高工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化及信息化水平，推廣模塊化施工方式，減少現(xiàn)場作業(yè)量，彌補(bǔ)勞動(dòng)力不足，節(jié)省建造成本與資源。BIM技術(shù)為模塊化施工提供相應(yīng)支持，利用細(xì)度等級(jí)，建立模塊化施工構(gòu)件統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);構(gòu)建設(shè)計(jì)-施工協(xié)同工作平臺(tái)，整合設(shè)計(jì)與施工信息流程;運(yùn)用BIM-5D技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)場施工組織管理模式;融合BIM人才，提高專業(yè)技術(shù)人員基數(shù)，為建筑工程模塊化施工發(fā)展提供借鑒。

Abstract： With the shortage of labor in China's construction industry， the industry continues to improve the level of industrialization， standardization and informatization， promote modular construction methods， reduce the amount of field operations， make up for the shortage of labor， and save construction costs and resources. BIM Technology provides corresponding support for modular construction， establishes unified standard of modular construction components by using fineness level， constructs design-construction collaborative work platform， integrates design and construction information process; optimizes on-site construction organization and management mode by using BIM-5D technology， integrates BIM talents， improves professional and technical personnel base， and provides reference for modular construction development of construction engineering.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);建筑工程;模塊化;施工

0? 引言

我國建筑業(yè)一直以來都是勞動(dòng)力需求大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，屬于勞動(dòng)密集型行業(yè)，從事建筑業(yè)的農(nóng)民工占比非常的大。不過，近年隨著我國人口紅利的消逝，建筑行業(yè)年輕勞動(dòng)力供給出現(xiàn)嚴(yán)重下降，建筑勞務(wù)人員的年齡已呈現(xiàn)出老齡化趨勢(shì)。從相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)來看，近幾年建筑業(yè)中50歲以上的農(nóng)民工占比從15.2%增長至21.3%，增幅最明顯。而年輕勞動(dòng)力整體處于下降趨勢(shì)，其中勞動(dòng)力最旺盛的21-30歲農(nóng)民工群體占比從30.8%下降至27.3%[1]。圖1為2012-2017年建筑業(yè)農(nóng)民工人數(shù)走勢(shì)圖。勞動(dòng)力資源缺口的擴(kuò)大直接導(dǎo)致人力成本的上升，用工荒現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。為解決建筑行業(yè)勞務(wù)人員短缺問題和促進(jìn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，近幾年我國大力推廣裝配式建筑，進(jìn)行建筑工業(yè)化，提倡使用模塊化施工。所謂模塊化施工技術(shù)就是采用標(biāo)準(zhǔn)化原理，分離出產(chǎn)品中的相同與相似單元，讓其以獨(dú)立單元的形式存在，并且各單元模塊都有各自的特性，能夠進(jìn)行預(yù)制、儲(chǔ)備和運(yùn)輸?shù)萚2]。模塊化施工技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)就是原本大量需要在施工現(xiàn)場完成的工作轉(zhuǎn)移到了制作工廠里完成，將施工現(xiàn)場流水施工變?yōu)榱似叫惺┕?。不僅縮短了施工工期，還降低了施工難度，提高了工作效率，也保證了工程質(zhì)量。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，模塊化施工可節(jié)約70%的項(xiàng)目工期，一般人工費(fèi)約占建造成本的20%，能直接降低造價(jià)15%[3]。另外，一些緊急項(xiàng)目工期要求短，采用傳統(tǒng)施工方式根本無法竣工，而采用模塊化施工方式，構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝，有效地滿足項(xiàng)目短期完工的要求。

1? 建筑模塊化施工存在的困難

1.1 模塊化施工的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

盡管模塊化施工具有工期短、勞動(dòng)力強(qiáng)度低、建造成本節(jié)約等特點(diǎn)，近幾年受到建筑行業(yè)的認(rèn)可和大力推廣，但目前我國的模塊化施工仍處在初級(jí)發(fā)展階段，并未在大量的工程項(xiàng)目中應(yīng)用。究其原因，是由于我國尚未建立模塊化施工構(gòu)件的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的構(gòu)件單元設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝技術(shù)缺乏通用性。這就使得建設(shè)單位和施工企業(yè)雖有模塊化施工的積極意向，但又缺乏相關(guān)構(gòu)件單元的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范要求，擔(dān)心導(dǎo)致施工成本增加。缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)體系，則很難降低成本與資源的消耗[4]。同時(shí)，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就很難與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范相銜接參考，加大了質(zhì)量把控的難度。

1.2 設(shè)計(jì)與施工配合度不高

建筑工程的設(shè)計(jì)階段和施工階段雖各有不同專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)施，但設(shè)計(jì)與施工階段不能獨(dú)立分割為兩個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)綜合進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)的目的在于明確建筑的功能、用途等，施工的目的在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，兩者相互聯(lián)系和統(tǒng)一。構(gòu)件單元的設(shè)計(jì)在模塊化施工中非常的重要，但是設(shè)計(jì)中的構(gòu)件單元模數(shù)尺寸在施工過程中可能出現(xiàn)互相沖突，導(dǎo)致模塊化構(gòu)件在工廠中制作完成后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場無法進(jìn)行精確的組裝，影響項(xiàng)目的進(jìn)度和工期。因此，模塊化施工要求設(shè)計(jì)和施工階段具有較高的配合度，保證模塊化施工的工作流程的整體性。然而，目前設(shè)計(jì)單位和施工單位尚未做到整體配合，造成設(shè)計(jì)圖紙上的設(shè)計(jì)內(nèi)容無法完完全全地在施工時(shí)得到體現(xiàn)。

1.3 傳統(tǒng)施工管理方式不適應(yīng)

隨著施工方式的改變，現(xiàn)場的施工組織管理方式也要進(jìn)行改變，具體包括人員、機(jī)械、材料、施工方案等。傳統(tǒng)的施工組織管理流程是編制施工組織設(shè)計(jì)、勘察項(xiàng)目現(xiàn)場、進(jìn)行技術(shù)交底、做好施工準(zhǔn)備工作后進(jìn)場開始施工。若在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題，項(xiàng)目經(jīng)理組織相關(guān)人員開會(huì)，做技術(shù)方案或做設(shè)計(jì)變更、工程變更等。而模塊化施工，既要對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專業(yè)相互配合進(jìn)行考慮，還要考慮到模塊構(gòu)件單元的生產(chǎn)運(yùn)輸和現(xiàn)場組裝的具體操作細(xì)則，模塊化施工雖然能夠減少現(xiàn)場的施工人員數(shù)量，但使用的機(jī)械要求會(huì)更高，如升降機(jī)、重型吊機(jī)等，采用平行施工容易出現(xiàn)某一時(shí)間段各項(xiàng)資源集中高峰，某些時(shí)間又較低，如不能合理進(jìn)行施工組織安排，將造成費(fèi)用的增加。圖2為某模塊化建筑現(xiàn)場施工圖。另外，構(gòu)件的工廠生產(chǎn)，也要求施工方派人去工廠溝通構(gòu)件生產(chǎn)的流程問題，尤其是缺乏標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的構(gòu)件，還要考慮模具時(shí)間、構(gòu)造試驗(yàn)時(shí)間、正式生產(chǎn)時(shí)間等。這些都是傳統(tǒng)施工管理中未曾遇到的問題。

1.4 專業(yè)技術(shù)人員缺乏

建筑行業(yè)的從業(yè)人員持續(xù)減少，不僅導(dǎo)致現(xiàn)場勞務(wù)人員缺乏，而且現(xiàn)場施工技術(shù)人員也緊缺。雖然模塊化施工減少了施工現(xiàn)場人員的數(shù)量，但對(duì)施工現(xiàn)場人員的專業(yè)技術(shù)能力提出了更高的要求，模塊化施工構(gòu)件單元需要精確的機(jī)械連接組裝，以及在施工中如何保證建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性、整體性、穩(wěn)定性和可靠性，這些都考驗(yàn)著現(xiàn)場施工人員的技術(shù)能力水平，需要現(xiàn)場施工人員具備較高的專業(yè)素養(yǎng)和技術(shù)操作能力。目前，施工企業(yè)雇傭的勞務(wù)人員大多數(shù)是文化程度較低的農(nóng)民工，并且年齡基本偏大，明顯已無法滿足進(jìn)行模塊化施工的技術(shù)人員層次需要。缺乏專業(yè)技術(shù)人員也制約了我國模塊化施工的發(fā)展。

2? BIM技術(shù)在綜合管廊建設(shè)中的應(yīng)用點(diǎn)

2.1 利用細(xì)度等級(jí)建立構(gòu)件統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

BIM建模的細(xì)度等級(jí)（LOD）是指模型構(gòu)件對(duì)象被開發(fā)的完成度，幫助定義項(xiàng)目各階段（維度）所包含三維幾何和數(shù)據(jù)信息的程度[5]。BIM細(xì)度等級(jí)共分為5級(jí)，每一細(xì)度等級(jí)表示模型的發(fā)展程度，詳見表1。利用BIM技術(shù)的細(xì)度等級(jí)幫助建立模塊化施工構(gòu)件的詳細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)，給予構(gòu)件單元設(shè)計(jì)、施工的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使其具有通用性。同時(shí)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)也能方便構(gòu)件廠家使用統(tǒng)一的模具，提高構(gòu)件生產(chǎn)效率和避免資源浪費(fèi)。

2.2 構(gòu)建設(shè)計(jì)-施工協(xié)同工作平臺(tái)

利用BIM技術(shù)構(gòu)建設(shè)計(jì)-施工協(xié)同工作平臺(tái)，通過可視化施工交底，讓設(shè)計(jì)人員和施工人員之間進(jìn)行工作流程對(duì)接，使模塊構(gòu)件設(shè)計(jì)與施工實(shí)施能夠銜接，避免設(shè)計(jì)方案在施工階段無法落地實(shí)施，減少在施工中出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更或工程變更。同時(shí)，BIM協(xié)同工作平臺(tái)可以將構(gòu)件的設(shè)計(jì)信息完整地傳遞給施工階段，有利于施工過程和設(shè)計(jì)單元進(jìn)行深度的結(jié)合，逆向幫助設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的深化。通過協(xié)同工作平臺(tái)的虛擬空間優(yōu)化分析，確定施工現(xiàn)場場地的起重機(jī)位置、單元模塊的固定交付位置等，并且進(jìn)一步驗(yàn)證模塊分解的合理性、科學(xué)性和可行性[6]。

2.3 優(yōu)化現(xiàn)場施工組織管理模式

施工管理包括質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、成本管理等。質(zhì)量管理注重過程控制，重點(diǎn)是事前質(zhì)量管理。進(jìn)度管理的核心在于各工序在時(shí)間上和空間上的順利銜接以保證工期。成本管理的目的在于合理利用資源，提高項(xiàng)目的性價(jià)比。將項(xiàng)目信息與BIM-5D模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模擬施工技術(shù)對(duì)模塊化構(gòu)件吊裝過程中的工藝安裝順序和機(jī)械操作流程等方案進(jìn)行優(yōu)化，減少返工和材料浪費(fèi)，確保整體施工質(zhì)量和項(xiàng)目工期[7]。另外，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)施工過程中的人、材、機(jī)等成本動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)成本精細(xì)化管理和過程控制的最優(yōu)，保證模塊化平行施工各資源的調(diào)度和使用[8]。圖3為BIM技術(shù)的模塊化構(gòu)件安裝流程。

2.4 融合BIM人才與模塊化施工人員培養(yǎng)

在做好建筑工程模塊化施工的全社會(huì)推廣工作下，依托高職院校的職業(yè)教育優(yōu)勢(shì)，在“1+x”證書制度的改革背景下，推進(jìn)BIM人才的培養(yǎng)，并結(jié)合不同專業(yè)方向，與模塊化施工人員培養(yǎng)進(jìn)行有機(jī)融合，注重技能應(yīng)用人才的選拔和培養(yǎng)，擴(kuò)大生源，突出專業(yè)性培養(yǎng)。一方面，培養(yǎng)一批具備掌握BIM技術(shù)和模塊化施工技術(shù)的年輕專業(yè)人才，使其不僅掌握BIM技術(shù)的應(yīng)用，而且能夠進(jìn)行模塊化施工的操作能力，為我國的建筑工程模塊化施工儲(chǔ)備一批后備力量;另一方面，給予社會(huì)人員的再繼續(xù)教育培訓(xùn)，提供在崗從業(yè)人員的學(xué)習(xí)渠道，幫助他們掌握新技能。

3? 總結(jié)

我國建筑行業(yè)年輕勞動(dòng)力人員數(shù)量逐漸減少，為應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的勞動(dòng)力短缺現(xiàn)象，全行業(yè)開始大力推廣模塊化施工，將施工現(xiàn)場的建筑構(gòu)件轉(zhuǎn)移到工廠中制作完成，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行連接組裝。模塊化施工將施工現(xiàn)場流水施工變?yōu)槠叫惺┕?，從而縮短了項(xiàng)目工期，同時(shí)模塊化施工能夠節(jié)省建造成本與資源。但考慮到模塊化施工在我國尚處在初步發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未建立完善，模塊化施工構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)缺乏通用性，設(shè)計(jì)與施工配合度不高，設(shè)計(jì)意圖無法精確在建造施工中呈現(xiàn)，傳統(tǒng)的施工管理方式無法適應(yīng)模塊化施工的組織管理要求，專業(yè)技術(shù)人員短缺，上述問題阻礙了建筑工程模塊化施工的推廣應(yīng)用。將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑工程模塊化施工中，通過BIM模型細(xì)度等級(jí)，設(shè)計(jì)-施工協(xié)同工作平臺(tái)，運(yùn)用BIM-5D技術(shù)，;融合BIM人才等，建立模塊化施工構(gòu)件統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，整合設(shè)計(jì)與施工信息流程，優(yōu)化現(xiàn)場施工組織管理模式，提高專業(yè)技術(shù)人員基數(shù)。隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展和升級(jí)，將對(duì)我國建筑工程模塊化施工以及建筑工業(yè)化的可持續(xù)發(fā)展提供更有利的支持。

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