探究BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

張楊

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，武漢430058）

1 前言

裝配式建筑是當(dāng)前時代背景下產(chǎn)生的一種環(huán)保、節(jié)能、高效的建筑形式，這種建筑形式可以在很大程度上克服傳統(tǒng)建筑存在的建設(shè)周期長、環(huán)保效益差、建筑能耗高等問題，具備較強(qiáng)的性能，但是目前我國裝配式建筑施工方面還存在一些問題，整體管理水平有待提升。這些問題在很大程度上會抑制裝配式建筑在我國的發(fā)展進(jìn)程，因此建筑企業(yè)需要利用BIM技術(shù)全面提升裝配式建筑施工的水平，解決現(xiàn)階段存在的諸多問題，貫徹落實(shí)節(jié)能環(huán)保理念全面保證我國建筑企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2BIM 技術(shù)和裝配式建筑概述

BIM技術(shù)最早是由美國學(xué)者提出的，剛開始提出的時候只是作為一個產(chǎn)品模型存在，包括一些建筑的三維信息以及其他方面的部分信息等。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)包含了很多內(nèi)容，例如建筑項(xiàng)目的材料信息、施工進(jìn)度、管理維護(hù)等，相關(guān)的應(yīng)用也越發(fā)完善。如今BIM技術(shù)已經(jīng)成為一個比較完善的體系，雖然部分人對BIM技術(shù)的認(rèn)識不全面，認(rèn)為其只是一個建模軟件或者是碰撞檢查的軟件，但是從功能的角度來看，這只是該技術(shù)功能的一小部分。BIM技術(shù)包含很多功能和應(yīng)用形式，基本上可以貫穿于整個建筑項(xiàng)目的各個環(huán)節(jié)，利用這項(xiàng)技術(shù)可以將建筑項(xiàng)目信息轉(zhuǎn)換成為參數(shù)化模型，并且為參與項(xiàng)目建設(shè)的各個主體提供資源共享的平臺，實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目全壽命周期管理，其應(yīng)用流程如圖1 所示。

裝配式建筑和傳統(tǒng)的建筑方式不同，是將大量現(xiàn)場作業(yè)的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到工廠中，在工廠中制作好構(gòu)件之后再轉(zhuǎn)移到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝的建筑方式[1]。一般來說，可以使用裝配式建筑方法進(jìn)行組裝的構(gòu)件質(zhì)地比較輕而且限制條件比較少，因此施工人員可以利用節(jié)點(diǎn)連接的方式進(jìn)行組裝，進(jìn)而縮短施工周期。一開始裝配式建筑方式經(jīng)常應(yīng)用于板房或者是活動板房建設(shè)工作，如今經(jīng)常用于剪力墻、樓板、樓梯等建筑結(jié)構(gòu)[2]。隨著時代的發(fā)展，裝配式建筑已經(jīng)形成一個比較完整的系統(tǒng)，包括建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)以及建筑內(nèi)裝系統(tǒng)等模塊。從裝配式建筑的施工特點(diǎn)來看，其核心內(nèi)容是建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化模塊，滿足構(gòu)件生產(chǎn)工廠化的要求，并且在滿足大眾需求的同時實(shí)現(xiàn)多元化設(shè)計(jì)，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)手段建立預(yù)制構(gòu)件族庫，并且通過工廠化生產(chǎn)有效提升預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，借助預(yù)制構(gòu)件全過程管理保證裝配式建筑實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量、精細(xì)化建設(shè)。

圖1 BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目全壽命周期管理中的應(yīng)用

3BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用價(jià)值

從當(dāng)前裝配式建筑施工現(xiàn)狀來看，其技術(shù)難點(diǎn)集中在資源整合方面，如何使各方面的資源得到有效整合是保證裝配式建筑進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵，而BIM技術(shù)憑借自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢可以有效解決這一問題。具體來說，裝配式建筑原有的管理手段無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)的全生命周期管理，導(dǎo)致其發(fā)展水平受到限制，雖然廠商可以設(shè)計(jì)以及制造合格的構(gòu)建，但是相關(guān)信息無法實(shí)現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的傳輸和共享，致使后期施工人員和技術(shù)人員出現(xiàn)管理方面的錯誤，很大程度上會影響建筑整體質(zhì)量，無法有效完成產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級?？梢妼τ谘b配式建筑來說，資源整合是發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，只有將各個階段以及各個環(huán)節(jié)的資源整合到一起，才能保證形成信息資源有機(jī)整體，利用資源傳輸和共享提升建筑整體質(zhì)量和施工效率[3]。而BIM技術(shù)擁有較強(qiáng)的資源整合能力，可以搭建信息傳輸和共享的平臺，方便各個部門實(shí)現(xiàn)信息交流共享，由此可見BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中具備較強(qiáng)的優(yōu)勢。

工作人員將BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑不僅可以完成整個工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維方面的產(chǎn)業(yè)化升級，也可以從工程與工程以及專業(yè)與專業(yè)之間關(guān)系入手整體完成產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型工作。BIM技術(shù)憑借其強(qiáng)大的資源整合能力實(shí)現(xiàn)不同工程之間的信息交流工作，利用資源共享更新裝配式建筑的技術(shù)并且完成信息化升級工作，為裝配式建筑發(fā)展指明方向。而且BIM技術(shù)也可以改變傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)的展現(xiàn)形式，由傳統(tǒng)的二維平面轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體模型，最大限度避免了一些交流問題。工作人員利用BIM 技術(shù)以及相關(guān)的軟件可以在交流信息的同時做到對模型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)把控，通過收集資源完成模型優(yōu)化工作，并且綜合各方面信息開展碰撞試驗(yàn)，尋找構(gòu)件中存在的問題，有效提升建筑設(shè)計(jì)和施工的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

從現(xiàn)實(shí)情況來看，裝配式建筑施工存在施工難度大、返工率較高等問題，之所以會出現(xiàn)這些問題，最大的原因是技術(shù)人員使用二維圖紙時會出現(xiàn)誤差，在一定程度上影響了施工的效果[4]。如今工作人員利用BIM技術(shù)可以憑借其可視化的特點(diǎn)對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，并且結(jié)合VR 技術(shù)提前演示裝配式建筑的施工過程，利用這些先進(jìn)的手段保證施工人員得到最佳體驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)模擬施工環(huán)節(jié)存在的問題，進(jìn)而在實(shí)際施工時能夠有效避免。在此基礎(chǔ)上工作人員也可以利用“云大物移智+BIM”等技術(shù)，全面管控人、機(jī)、料、法、環(huán)等各個生產(chǎn)要素，最大限度保證施工的質(zhì)量。

4BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用分析

4.1BIM技術(shù)在構(gòu)件制造中的應(yīng)用

裝配式建筑的核心環(huán)節(jié)就是預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量直接決定裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工的效果，因此預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑全生命周期管理的重要環(huán)節(jié)。為了充分保證預(yù)制構(gòu)件的準(zhǔn)確性，工作人員需要利用BIM技術(shù)完成構(gòu)建生產(chǎn)廠家與設(shè)計(jì)人員的對接，進(jìn)而提升構(gòu)建數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性，避免在預(yù)制構(gòu)件過程中出現(xiàn)失誤[5]。在構(gòu)建運(yùn)輸環(huán)節(jié)，工作人員可以利用BIM技術(shù)的信息控制系統(tǒng)與構(gòu)件管理系統(tǒng)相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)傳輸和共享全面掌控構(gòu)件管理流程，并且利用RFID 技術(shù)將現(xiàn)場施工進(jìn)度反饋到構(gòu)件管理系統(tǒng)中，保證管理人員可以充分了解構(gòu)件的庫存情況。在此基礎(chǔ)上，工作人員利用BIM技術(shù)的模擬功能對預(yù)制構(gòu)件裝載運(yùn)輸進(jìn)行預(yù)演，避免在實(shí)際裝載過程中出現(xiàn)突發(fā)情況。由此可見，工作人員將BIM技術(shù)運(yùn)用于構(gòu)件制造和運(yùn)輸可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作，通過信息化管理全面監(jiān)控預(yù)制構(gòu)件的各個環(huán)節(jié)，最大限度提升生產(chǎn)效率。

4.2BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

首先，工作人員利用BIM技術(shù)和RFID 技術(shù)可以有效解決預(yù)制構(gòu)件的存儲管理問題，尤其是在預(yù)計(jì)構(gòu)建生產(chǎn)階段，將其植入RFID 芯片可以方便工作人員利用信息化手段管理整個物流配送和倉儲管理環(huán)節(jié)。工作人員通過讀取芯片即可完成驗(yàn)收，避免了傳統(tǒng)模式下構(gòu)件存儲管理方面出現(xiàn)的失誤，也可以有效降低成本。其次，工作人員在預(yù)制構(gòu)件的拼裝環(huán)節(jié)也可以利用RFID 芯片讀取相關(guān)信息，根據(jù)掌握的信息對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拼接和吊裝，充分保證預(yù)制構(gòu)件管理的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

在施工場地布置方面，工作人員也可以利用BIM技術(shù)模擬施工現(xiàn)場，綜合各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行施工平面布置，合理選擇預(yù)制構(gòu)件存儲保管的位置以及塔吊的位置，并且根據(jù)布置方案合理規(guī)劃運(yùn)輸車輛的進(jìn)出場路線。這樣不僅可以優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件存放管理方案，也可以保證預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)缆芬?guī)劃的合理性，避免產(chǎn)生二次倒運(yùn)或者是延長施工進(jìn)度等問題。

4.3BIM技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

首先，工作人員在預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量管理方面使用BIM技術(shù)可以有效降低人力成本，同時避免人工操作帶來的失誤。工作人員利用數(shù)字化制造和管理進(jìn)一步保障構(gòu)件的質(zhì)量，同時利用BIM技術(shù)和RFID 技術(shù)全面管理預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲、吊裝等過程，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件無法正常使用，也可以第一時間反饋給生產(chǎn)商，要求其根據(jù)構(gòu)件RFID 芯片的信息重新生產(chǎn)，避免因?yàn)闃?gòu)件質(zhì)量問題導(dǎo)致工程延期的情況發(fā)生。

其次，工作人員在施工現(xiàn)場質(zhì)量管理方面使用BIM技術(shù)可以通過3D 模型和關(guān)聯(lián)時間構(gòu)建4D 施工模型，充分展示各個施工環(huán)節(jié)建筑的外觀。工作人員利用BIM可視化功能模擬整個施工過程，對施工質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)化追蹤，保證施工人員全面了解構(gòu)件類型和尺寸等信息，避免后期在拼裝過程中出現(xiàn)失誤，通過這樣的方式保證裝配式建筑施工的質(zhì)量和效率。此外，工作人員也可以利用移動設(shè)備以及RFID、云端技術(shù)等實(shí)時指導(dǎo)施工狀況，確保現(xiàn)場的施工人員可以順利完成構(gòu)件拼裝工作。

4.4BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

工作人員在施工進(jìn)度管理中使用BIM 技術(shù)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，通過參數(shù)化模型獲得準(zhǔn)確的工作量和工程量，提升施工人員對工程進(jìn)度的把控能力。同時，工作人員通過BIM技術(shù)的4D 模擬功能也可以進(jìn)一步協(xié)調(diào)施工計(jì)劃，根據(jù)施工情況簡化工作流程，確保整個裝配式建筑工程合理有序開展?？紤]到裝配式建筑和傳統(tǒng)建筑最大的區(qū)別就在于預(yù)制構(gòu)件，因此施工人員需要充分考慮各個關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)，同時兼顧預(yù)制構(gòu)件吊裝的順序，鑒于這些工作要求極高的準(zhǔn)確度，因此工作人員利用BIM技術(shù)可以彌補(bǔ)人工誤差，保證整個構(gòu)件吊裝過程高效快速完成，因此施工人員需要先制定好施工進(jìn)度，然后將進(jìn)度信息匯總到Microsoft Project 中，再將文件導(dǎo)入到Navisworks 與建筑BIM 模型相結(jié)合確保施工人員可以準(zhǔn)確掌握工程所需時間以及工程量，從而制定科學(xué)準(zhǔn)確的施工方案。同時，各個部門在施工過程中也可以利用BIM模型進(jìn)行溝通和討論，根據(jù)建筑信息模型不斷優(yōu)化施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而合理分配時間和空間，避免發(fā)生延誤工期的現(xiàn)象。

工作人員通過BIM模型合理調(diào)整施工進(jìn)度，同時有效應(yīng)對一些不可預(yù)見的突發(fā)情況，避免施工進(jìn)度被打亂導(dǎo)致工程延期。此外，工作人員可以將BIM技術(shù)的4D 模式和模擬施工相結(jié)合，全面獲取裝配式建筑工程的全部信息，方便工作人員對施工進(jìn)度作出合理判斷，并且根據(jù)模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際施工的不同情況制定合理的應(yīng)變措施，避免在后期施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，也可以通過這種方式有效降低損失。

4.5BIM技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用

工作人員在施工安全管理中運(yùn)用BIM 技術(shù)可以將組織決策依據(jù)和施工方案作為安全管理工作的參考數(shù)據(jù)，綜合各方面因素對整體施工情況進(jìn)行全面監(jiān)管，有效預(yù)防安全隱患。而且工作人員可以通過BIM技術(shù)的模擬功能識別出部分安全隱患，便于工作人員及時制定應(yīng)對措施。由于傳統(tǒng)安全管理模式是通過安全員在施工現(xiàn)場進(jìn)行安全巡查的方式排除安全隱患，但是這種方式管理效率比較低，而且很容易會產(chǎn)生疏忽，因此建筑企業(yè)利用BIM技術(shù)進(jìn)行自動化管理可以充分降低人工失誤。例如，工作人員利用BIM技術(shù)可以在三維模型中準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場人員的位置，并且通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行識別和追蹤，借助這種方式排除安全隱患，確保工作人員在掌握施工進(jìn)度的情況下對后期施工工作進(jìn)行模擬，預(yù)測施工效果。

5 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)今時代背景下，建筑行業(yè)發(fā)展很快，面臨的競爭也十分激烈，為了實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要抓住時代發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化升級建筑施工技術(shù)，借助先進(jìn)的信息技術(shù)手段提升建筑效率和質(zhì)量。對此，施工人員可以將BIM 技術(shù)運(yùn)用于裝配式建筑施工中，借助BIM技術(shù)優(yōu)勢保證裝配式建筑施工高效完成，確保建筑企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，同時有效節(jié)約資源、滿足未來我國住宅建設(shè)的發(fā)展需要。