芻議基于BIM技術(shù)的裝配式建筑智慧建造

韋勇

（廣西建工集團建筑產(chǎn)業(yè)投資有限公司）

1 引言

目前，我國常用的建筑施工方法是現(xiàn)澆鋼筋混凝土[1]。然而，在現(xiàn)代綠色發(fā)展環(huán)境下，傳統(tǒng)的施工模式存在很多問題需要解決：建筑垃圾多、施工周期長、生產(chǎn)效率低、施工現(xiàn)場成本上升。在建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的背景下，裝配式建筑成為建筑模式升級的新選擇。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國各省市已出臺與裝配式建筑有關(guān)的政策性文件150余份。2019年，中國裝配式建筑新開工面積將達(dá)到4.2 億m2，比2018 年增長45%[2]。總體而言，裝配式建筑在我國具有良好的發(fā)展趨勢。國內(nèi)有學(xué)者對BIM在裝配式建筑中應(yīng)用的可行性進(jìn)行了研究和分析。將BIM 模型生成的二維碼標(biāo)識綁定到預(yù)制構(gòu)件上，通過智能設(shè)備的掃碼形式查詢和掌握預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安裝等信息，實現(xiàn)了高效的管理模式。將BIM 信息模型應(yīng)用于裝配構(gòu)件加工生產(chǎn)可以滿足企業(yè)管理的需要，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)運營成本[3]?；贐IM的裝配式建筑項目管理在很大程度上提高了項目管理的效率，實現(xiàn)了構(gòu)件深化、運輸管理、質(zhì)量檢驗、全過程控制等方面的全面信息化管理。

本文以裝配式建筑為案例，以BIM平臺為載體，分析裝配式建筑在BIM管理支持下的施工模式。

2 分析預(yù)制裝配式建筑數(shù)據(jù)生成過程

與傳統(tǒng)建筑相比，預(yù)制建筑在項目過程中增加了更多環(huán)節(jié)，使項目的運營和管理更加復(fù)雜。裝配式建筑的施工過程是相互聯(lián)系的鏈條過程。需要更加系統(tǒng)化的管理模式，使各個環(huán)節(jié)更加精準(zhǔn)。但是，每一個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的信息和數(shù)據(jù)，需要各方進(jìn)行傳送和交換。

傳統(tǒng)建筑與裝配式建筑在工程過程中存在差異，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。裝配式建筑新環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)生成階段包括設(shè)計階段、構(gòu)件深化階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段、構(gòu)件運輸階段和構(gòu)件吊裝階段。上述新增環(huán)節(jié)涉及信息的交換、傳輸和提取，傳統(tǒng)的施工技術(shù)難以管理大量新信息?；贐IM 智能施工現(xiàn)場理論，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等手段對信息進(jìn)行管理，建立了裝配信息模型管理模式。以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新興技術(shù)為建筑工程人員安全管理的轉(zhuǎn)型升級提供了技術(shù)支撐。安全管理理念、管理模式和管理方法正在發(fā)生重大變化，安全管理正向智能化分析、科學(xué)化決策、精細(xì)化管理方向發(fā)展。首先，建設(shè)項目安全管理結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，具有協(xié)助安全管理人員科學(xué)決策、準(zhǔn)確預(yù)測的突出優(yōu)勢。此外，人員安全管理結(jié)合人工智能，推動人員安全管理過程智能化發(fā)展。目前，國內(nèi)已經(jīng)開展了工程建設(shè)安全管理與兩種技術(shù)相結(jié)合的研究，但大多數(shù)是單一技術(shù)與安全管理的結(jié)合，兩者的融合尚未引起學(xué)術(shù)界足夠的重視。

3 BIM 技術(shù)在裝配工程中的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

BIM是基于項目全生命周期的平臺，應(yīng)根據(jù)預(yù)制裝配式建筑的特點進(jìn)行精益設(shè)計，提高管理效率。由于裝配項目會遇到專業(yè)多、項目周期短、技術(shù)難點多等問題，項目設(shè)計了一種基于BIM平臺的裝配協(xié)同工作流方法，可以在協(xié)調(diào)各專業(yè)的同時實現(xiàn)項目的全過程管理。不同專業(yè)的設(shè)計師可以多用戶同步設(shè)計和修改。在協(xié)同設(shè)計的條件下，可以及時發(fā)現(xiàn)專業(yè)之間的沖突。項目創(chuàng)新性地采用了結(jié)構(gòu)工程師和設(shè)備工程師同步建模的設(shè)計方法，不僅節(jié)省了設(shè)計時間，而且在協(xié)同設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了不同專業(yè)之間的問題。避免了傳統(tǒng)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題后再解決的現(xiàn)象。在主體結(jié)構(gòu)和設(shè)備管道設(shè)計完成后，裝配部門立即進(jìn)行部件深化工作。深化工作分為兩部分：①布置鋼筋，②在預(yù)制構(gòu)件上預(yù)留設(shè)備管道的線盒和孔。

3.2 BIM 技術(shù)用于預(yù)制構(gòu)件的信息標(biāo)準(zhǔn)化處理

物料清單包括構(gòu)件數(shù)量、尺寸、混凝土重量、鋼筋重量。軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以先提供給零件加工廠制作模具。同時，利用BIM軟件構(gòu)建裝配標(biāo)準(zhǔn)庫；對每個組件進(jìn)行參數(shù)化，形成一個標(biāo)準(zhǔn)化的組件信息數(shù)據(jù)庫，用于生產(chǎn)管理和施工管理。所制作的構(gòu)件為常規(guī)產(chǎn)品，其尺寸、鋼筋、重量均可模塊化。項目同一模具的重復(fù)使用率高達(dá)30%，大大節(jié)約了成本[4]。預(yù)制構(gòu)件通常采用“多組合，少規(guī)格”的設(shè)計理念，可以降低工廠的生產(chǎn)成本，提高構(gòu)件的生產(chǎn)效率，減少施工現(xiàn)場的裝配時間。設(shè)計預(yù)制建筑的想法是將傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)分割成獨立的部分。然后，這些“零件”在工廠預(yù)先加工，然后運送到施工現(xiàn)場。在相同的現(xiàn)澆施工理念下，將單個結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過組合連接的方式組裝在一起。公司設(shè)計部門完成項目施工圖后，深化部門對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計。在構(gòu)件拆分過程中，會產(chǎn)生與傳統(tǒng)設(shè)計不同的大量構(gòu)件數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)設(shè)計通常通過施工圖來表現(xiàn)建筑位置與立面的關(guān)系，這是一種信息的“整合”。然而，預(yù)制組件分解了這種信息的“整合”，產(chǎn)生了大量的次級信息。如果拆分方法是“個性化”的，勢必會給后續(xù)的工藝順序造成很大的困難。因此，構(gòu)件信息的標(biāo)準(zhǔn)化是預(yù)制建筑信息化管理初期的必然要求。

3.3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑安裝中的應(yīng)用

通過智能設(shè)備掃描預(yù)制構(gòu)件上綁定的二維碼，可以掌握預(yù)制構(gòu)件的運輸情況。BIM 信息數(shù)據(jù)模型預(yù)制構(gòu)件可以在網(wǎng)絡(luò)地圖上快速找到與預(yù)制構(gòu)件尺寸匹配的道路，計算出最優(yōu)路徑，并通過BIM模型在施工現(xiàn)場模擬構(gòu)件放置最合適的場地位置。將構(gòu)件的位置信息傳輸?shù)紹IM平臺，管理人員可以檢測預(yù)制構(gòu)件的安裝位置是否準(zhǔn)確。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在安全管理中的應(yīng)用最為廣泛，涉及現(xiàn)場管理、結(jié)構(gòu)安全、災(zāi)害預(yù)防、運營期安全管理等。大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心特征是通過對海量數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)和利用隱藏的規(guī)則，以數(shù)據(jù)科學(xué)的方式提高施工現(xiàn)場的安全管理。建立工人行為數(shù)據(jù)庫，對工人不安全行為進(jìn)行收集、分類和存儲，為后續(xù)研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。使用BIM 和大數(shù)據(jù)參數(shù)曲線進(jìn)行分析和決策；使用BIM實現(xiàn)對建筑工地的安全預(yù)警可視化和現(xiàn)場實時監(jiān)控。大型機械設(shè)備的管理一直是施工現(xiàn)場安全管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大型機械雖然是工程進(jìn)度的保證，但也是事故頻發(fā)的來源之一。綜合運用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)構(gòu)建智能施工現(xiàn)場塔吊安全管理系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)在施工安全管理過程中具有實時動態(tài)、科學(xué)高效地分析、預(yù)測和輔助決策能力。

4 基于BIM 平臺的裝配式建筑與傳統(tǒng)工程的對比分析

在新舊施工模式轉(zhuǎn)變時期，裝配式建筑增加了深化設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運輸、組裝施工等施工環(huán)節(jié)，對建筑工程全過程的統(tǒng)一性有了更高要求。BIM 平臺可以統(tǒng)一項目的全過程信息，協(xié)調(diào)項目全過程管理。預(yù)制建筑作為一種新型施工形式，在預(yù)制構(gòu)件成本高、缺乏現(xiàn)場專業(yè)預(yù)制施工人員、裝配施工質(zhì)量檢驗控制困難等諸多方面還不成熟。裝配式建筑工程與傳統(tǒng)工程的勞動指標(biāo)比較包括吊裝工人、水泥工人、鋼鐵工人、木匠、水電工、腳手架工人、磚石工人和抹灰工人。用工量可以反映預(yù)制建筑與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別?；贐IM 的裝配勞動統(tǒng)計是由BIM 信息管理系統(tǒng)和日常記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生的；傳統(tǒng)的施工勞動統(tǒng)計是由施工現(xiàn)場的生產(chǎn)記錄儀產(chǎn)生的[5]。通過以上指標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，裝配式施工工人的人工量僅在吊裝方面高于傳統(tǒng)施工，其他指標(biāo)低于傳統(tǒng)施工。比較預(yù)制建筑與傳統(tǒng)建筑工程的項目單指數(shù)和成本數(shù)據(jù)中，預(yù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏高，因此混凝土和鋼材的用量將超過傳統(tǒng)建筑。預(yù)制構(gòu)件模具成本高，構(gòu)件單價高，人員培養(yǎng)成本比傳統(tǒng)設(shè)計高，預(yù)制建筑成本比傳統(tǒng)建筑高。

利用BIM 模型將項目信息集成到模型中，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，項目可以在各個階段對這些信息進(jìn)行調(diào)用，減少瑣碎信息帶來的損失，提高信息的利用率，實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同工作。為后期的施工和維護提供了直觀模型，降低了后期的施工成本。通過信息模型平臺，集成預(yù)制構(gòu)件的信息，制定合理的構(gòu)件生產(chǎn)計劃，減少人為因素造成的損失。提高預(yù)成型模具的重復(fù)利用率，降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語

實踐證明，基于BIM信息管理的裝配式建筑具有管理高效、綠色環(huán)保、數(shù)據(jù)通用等優(yōu)點。文章通過裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑實際工程案例，更直觀地比較了裝配式建筑在未來建筑行業(yè)的優(yōu)勢。加大對BIM和裝配式建筑的科研投入，研究開發(fā)更多節(jié)能、節(jié)材的施工方法，大力推廣裝配式建筑，使裝配式建筑市場更加成熟，從而降低市場價格，促進(jìn)裝配式建筑市場的競爭力，提高裝配式建筑的普及性，這對建筑業(yè)未來的發(fā)展有很大的幫助。研究結(jié)果可作為相關(guān)工程的參考，明確裝配式建筑的發(fā)展思路。