BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用研究

劉承憲 畢李金宇

（沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168）

隨著城市人口的不斷增加，住房需求量也隨之增加，急需提高建筑的建設(shè)效率以解決住房需求問題。與傳統(tǒng)的施工相比，裝配式建筑工程在效率和質(zhì)量上都極具優(yōu)勢(shì)，但由于其存在施工精準(zhǔn)度這個(gè)難點(diǎn)以及裝配式建筑構(gòu)件的不可重復(fù)利用的特點(diǎn)，因此，需要運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)建模，檢查錯(cuò)漏碰缺，并在施工前對(duì)施工過程反復(fù)模擬，形成最優(yōu)的施工方案，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度可視、質(zhì)量可控、成本節(jié)約的優(yōu)化管理，確保工程順利竣工。

1 BIM 技術(shù)的相關(guān)研究及發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑的理念最早起源于國外，且一直處于領(lǐng)先地位，積累了大量研究成果。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑中也是起源于國外，這一理念為BIM 技術(shù)的應(yīng)用開創(chuàng)了新的思路，諸多學(xué)者開始在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多方面的研究，主要涵蓋以下三個(gè)方面：一是在BIM技術(shù)的研究上，有學(xué)者在深入研究BIM 技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，對(duì)BIM 技術(shù)中包含的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行細(xì)化[1]。二是在BIM 技術(shù)的應(yīng)用上，隨著裝配式建筑的發(fā)展，學(xué)者們開始探索BIM 技術(shù)在裝配式建筑各個(gè)階段的應(yīng)用。三是在BIM 技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合上，將BIM 技術(shù)與VR、RFID 等技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，可以提高安全教育效果與現(xiàn)場管理效率。隨著裝配式建筑與BIM 技術(shù)研究的不斷深入，雖然相關(guān)理論在不斷完善，但相關(guān)實(shí)踐較為缺乏。

2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 可視化

首先，BIM 能夠通過軟件建立三維立體可視化模型；其次，在工程決策、設(shè)計(jì)、施工、后期運(yùn)營等過程中，各參建單位可以通過同一平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，實(shí)現(xiàn)工程過程可視化。利用BIM 的可視化，可以最大限度地減少各參建單位間的溝通障礙，避免出現(xiàn)由施工誤差引起的返工重做等問題，提高工作效率[2]。

2.2 模擬性

除了三維模擬外，BIM 的模擬性還包括施工、建筑性能、進(jìn)度、成本以及安全的模擬等。施工模擬可以對(duì)項(xiàng)目中的難點(diǎn)及重點(diǎn)進(jìn)行施工預(yù)演，以更好地指導(dǎo)操作人員完成工作，也可以模擬用料狀況，減少物料的浪費(fèi)；建筑性能模擬是通過BIM 配合相關(guān)軟件，對(duì)建筑項(xiàng)目周邊環(huán)境進(jìn)行集成與分析，模擬項(xiàng)目的日照、風(fēng)向、自然災(zāi)害等狀況；進(jìn)度模擬是在三維的基礎(chǔ)上加上時(shí)間，在此基礎(chǔ)上再加入成本就形成5D 成本模型；現(xiàn)場模擬可以合理安排車輛出入施工現(xiàn)場的路線，降低事故發(fā)生概率，還可以結(jié)合VR 等技術(shù)進(jìn)行安全模擬，讓體驗(yàn)者獲得更加深刻的體驗(yàn)，以提高其安全意識(shí)[3]。

2.3 協(xié)調(diào)性

建筑各專業(yè)之間常常因?yàn)闇贤▎栴}造成一些設(shè)計(jì)與施工上的問題，利用BIM 信息交流平臺(tái)，各參建單位可以實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)信息，加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，提高工作效率。還可以通過BIM 對(duì)各專業(yè)管道進(jìn)行碰撞檢查，及時(shí)將問題反饋給設(shè)計(jì)院進(jìn)行協(xié)調(diào)，以免給后期的施工造成麻煩。

2.4 優(yōu)化性

越大型的工程項(xiàng)目，其管理及流程往往越復(fù)雜，而建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和完成又是一個(gè)動(dòng)態(tài)且需要不斷優(yōu)化的過程，利用 BIM 技術(shù)即可優(yōu)化施工管理方案，減少施工和設(shè)計(jì)中的冗余部分。

2.5 可出圖性

BIM 技術(shù)不僅可以生成傳統(tǒng)的二維圖紙，還可以生成三維圖紙和碰撞檢查報(bào)告，三維圖紙可以提供更加詳細(xì)的信息，碰撞檢查報(bào)告可以使設(shè)計(jì)方及時(shí)修改完善碰撞點(diǎn)，減少設(shè)計(jì)變更。

3 裝配式建筑工程施工中存在的問題

3.1 政策體制不完善

從政府層面看，由于我國目前以傳統(tǒng)濕作業(yè)為主的政策不適合裝配式建筑的要求，所以急需出臺(tái)新的政策，但我國裝配式建筑推廣較晚，相關(guān)政策還處在探索階段，政府也缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，難以及時(shí)出臺(tái)符合自身特點(diǎn)的裝配式建筑政策[4]。

從企業(yè)層面看，由于前期的激勵(lì)政策體制不完善，導(dǎo)致國內(nèi)很多企業(yè)缺乏對(duì)裝配式建筑進(jìn)行探索的動(dòng)力，不利于我國裝配式建筑的發(fā)展。

3.2 施工標(biāo)準(zhǔn)不健全

我國現(xiàn)階段對(duì)于裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而構(gòu)件的種類又繁多復(fù)雜，單憑構(gòu)件生產(chǎn)廠在生產(chǎn)過程中難以形成一個(gè)完整的體系。衛(wèi)生間、樓梯等部位有較為成熟的模數(shù)體系，但其他部位還有待完善[5]。雖然目前我國裝配式建筑項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，但建筑行業(yè)內(nèi)始終沒有針對(duì)裝配式建筑形成一套完整的，從生產(chǎn)到運(yùn)輸?shù)绞┕るA段的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 市場推廣不積極

由于政府對(duì)于裝配式建筑的推廣力度不夠，加上我國正處于裝配式建筑發(fā)展初期，探索成本高，困難重重，導(dǎo)致很多企業(yè)不愿意去了解也不敢輕易嘗試這種技術(shù)。目前在建的裝配式建筑是國家投資建設(shè)的項(xiàng)目，市場發(fā)育完善，很難帶動(dòng)裝配式建筑在企業(yè)中的發(fā)展。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

4.1 施工準(zhǔn)備階段

4.1.1 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)在裝配式建筑施工階段十分重要，能提高建筑信息模型的準(zhǔn)確性和可操作性。根據(jù)項(xiàng)目前期確定的施工圖等資料，創(chuàng)建施工作業(yè)模型，并進(jìn)行優(yōu)化和沖突檢測，經(jīng)內(nèi)部審核后生成施工作業(yè)模型及深化設(shè)計(jì)施工圖再交由設(shè)計(jì)審核，生成最終施工作業(yè)模型及深化設(shè)計(jì)施工圖及節(jié)點(diǎn)圖。

4.1.2 施工方案模擬

深化設(shè)計(jì)完成后，并不代表該設(shè)計(jì)方案就可以提供給施工單位，還要對(duì)方案進(jìn)行反復(fù)模擬，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，以減少損失。通過BIM 軟件對(duì)施工方案進(jìn)行模擬，可以真實(shí)有效地反映出工程的實(shí)施效果，能充分預(yù)估施工中可能會(huì)遇到的各種問題。

4.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

4.2.1 構(gòu)件生產(chǎn)前準(zhǔn)備

相比于傳統(tǒng)施工，裝配式施工對(duì)于預(yù)制構(gòu)件的精度具有更高的要求，這就要求其模具的尺寸更為精確。BIM 模型在建模中會(huì)將構(gòu)件的三維空間關(guān)系、型號(hào)、材料等參數(shù)信息直接加入建立的模型中，為模具的生產(chǎn)提供了詳細(xì)的信息[6]。

4.2.2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，通過BIM 技術(shù)與無線射頻技術(shù)的結(jié)合使用，可以加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)模型與構(gòu)件實(shí)體的統(tǒng)一。當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，生產(chǎn)單位及相關(guān)人員對(duì)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)地更新處理，形成及時(shí)的信息反饋，項(xiàng)目各參與方也可以根據(jù)需要對(duì)生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

4.2.3 構(gòu)件運(yùn)輸階段

在構(gòu)件運(yùn)輸階段，通過EBIM 構(gòu)件信息化跟蹤管理平臺(tái)，及時(shí)掌握構(gòu)件的最新狀態(tài)信息。同時(shí)，將BIM與GIS 技術(shù)相結(jié)合，快速準(zhǔn)確地對(duì)施工現(xiàn)場地形進(jìn)行分析，規(guī)劃出合理的運(yùn)輸路線[7]。通過BIM 的信息平臺(tái)，也可以對(duì)安裝了GPS 的運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)測，有利于施工單位提前做好準(zhǔn)備接收構(gòu)件。

4.3 現(xiàn)場裝配階段

4.3.1 場地布置管理

由于BIM4D 技術(shù)可以同時(shí)考慮空間維度和時(shí)間維度，利用其可以對(duì)施工場地的道路、機(jī)械設(shè)備、臨時(shí)建筑等進(jìn)行三維可視化建模，并模擬在施工過程中各類機(jī)械的空間動(dòng)線，能協(xié)助施工人員合理進(jìn)行場地平面布置，避免造成機(jī)械碰撞和二次搬運(yùn)等問題。

4.3.2 預(yù)制構(gòu)件管理

由于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的種類多，其存放又需要結(jié)合構(gòu)件自身的性能特點(diǎn)采用相對(duì)應(yīng)的方式，管理起來較為復(fù)雜，故傳統(tǒng)的裝配式建筑在施工階段中，在預(yù)制構(gòu)件的管理上耗費(fèi)了大量資金。而基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)件管理，可以通過BIM 的信息化手段來定位追蹤構(gòu)件的位置并與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的擺放錯(cuò)誤，提高各預(yù)制構(gòu)件的管理效率，節(jié)約成本[8]。

4.3.3 施工進(jìn)度管理

運(yùn)用BIM 技術(shù)將施工進(jìn)度與模型整合在一起，可以更直觀地了解裝配式建筑的實(shí)際施工進(jìn)度情況，也可以提前對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，優(yōu)化不合理的部分，有利于提升進(jìn)度分析和跟蹤的效率，提升信息溝通的順暢性，保證工程項(xiàng)目的進(jìn)度。

4.3.4 施工安全管理

運(yùn)用BIM 技術(shù)可以提前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，將Revit 模型導(dǎo)入到Fuzor 中，找出模型中存在的安全隱患，同時(shí)利用其可視化漫游功能對(duì)安全隱患部位進(jìn)行人工復(fù)核，提高危險(xiǎn)源識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率。

也可以運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)工人進(jìn)行安全教育，將BIM 技術(shù)與VR 技術(shù)結(jié)合，危險(xiǎn)場景真實(shí)度高，也能提高工人的學(xué)習(xí)意愿，而且沒有場地限制，安全教育效果明顯。

4.3.5 施工質(zhì)量管理

在施工過程中，現(xiàn)場的施工技術(shù)人員可以通過BIM 信息平臺(tái)查看施工過程中質(zhì)量把控的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在構(gòu)件安裝前，通過人工檢查和三維激光掃描來檢測構(gòu)件的尺寸是否正確、有無質(zhì)量問題等，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題，立即上傳至云端數(shù)據(jù)庫，后臺(tái)檢測平臺(tái)及時(shí)采取糾偏措施，保證工程的質(zhì)量[9]。

4.3.6 施工成本管理

在施工過程中，每個(gè)預(yù)制構(gòu)件吊裝完畢后，都要通過二維碼及數(shù)字管理平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行確定驗(yàn)收并輸出相應(yīng)的造價(jià)信息，將輸出的信息進(jìn)行整合，為后期業(yè)主及分包單位的結(jié)算提供數(shù)據(jù)。

4.4 質(zhì)量驗(yàn)收階段

4.4.1 “無紙化”施工驗(yàn)收

現(xiàn)場的裝配信息通常在安裝完畢后，以圖片或者文字的形式傳輸至信息平臺(tái)，平臺(tái)自動(dòng)判斷是否通過驗(yàn)收以及是否符合規(guī)范的要求。這種無紙化施工驗(yàn)收能有效避免人工參與和數(shù)據(jù)記錄有誤的情況。

4.4.2 質(zhì)量問題處理和總結(jié)

對(duì)于工程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，在BIM 模型中進(jìn)行注釋標(biāo)明，分析造成質(zhì)量問題的原因并提出修改意見，積累處理類似問題的經(jīng)驗(yàn)。BIM 技術(shù)可以針對(duì)發(fā)生質(zhì)量問題具體位置，自動(dòng)生成、提交、審核電子質(zhì)量檢測報(bào)告，交由建設(shè)單位進(jìn)行評(píng)審，避免了繁瑣的人工翻閱、查找大量圖紙以及手工制作質(zhì)檢報(bào)告等工作，提高了工作效率，促進(jìn)了裝配式建筑的質(zhì)量監(jiān)控。

5 結(jié)語

在裝配式建筑施工過程中，為保證工程項(xiàng)目整體施工的合理性，提高建筑質(zhì)量，需要進(jìn)一步提高施工管理水平及效率。將BIM 技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑施工階段中，可以借助BIM 技術(shù)將施工各階段的各項(xiàng)工作利用模型真實(shí)地表達(dá)出來，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決在施工過程中可能存在的問題，在滿足施工要求的同時(shí)，還能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的市場，提高企業(yè)的競爭力。隨著裝配式建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，還出現(xiàn)了非常多的新型裝配式建筑施工技術(shù)，這在很大程度上推動(dòng)了整個(gè)裝配式建筑行業(yè)的快速發(fā)展，但是為了建筑工程的安全得到可靠的保障，對(duì)這些技術(shù)的規(guī)范監(jiān)督具有很大的必要性。在施工管理工作開展的過程中，要能夠抓住 PC構(gòu)件施工技術(shù)的每一個(gè)要點(diǎn)，并且從全過程施工的基礎(chǔ)上，使用新技術(shù)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，從源頭上使建筑工程的質(zhì)量安全得到可靠的保障，這樣不僅能夠保障裝配式建筑的質(zhì)量安全，更有利于裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。