基于BIM技術(shù)的裝配式建筑協(xié)同管理系統(tǒng)

張奉超 張海亮 郗建朋 馬少雄 田 慶

1. 中鐵一局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 陜西 西安 710043；2. 陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 渭南 714099

隨著新一代科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為主要特征的智能制造已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1-3]。在此背景下，世界各國紛紛提出智能制造戰(zhàn)略，如德國“工業(yè)4.0”、美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、我國的“中國制造2025”，通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)解決實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營中的質(zhì)量、效率、供應(yīng)鏈等問題，以推動(dòng)工業(yè)制造向智能化制造轉(zhuǎn)型[4-5]。裝配式建筑作為建筑工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要方式之一，其發(fā)展規(guī)模日趨復(fù)雜，如何將預(yù)制構(gòu)件裝配過程中離散、多源的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)融合匯總，形成一體化的裝配式建筑施工數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，是開展裝配式建筑智能建造的核心[6-7]。

1 裝配式建筑施工的局限性

1）參建單位間信息溝通不暢。施工階段與生產(chǎn)、運(yùn)輸階段利益主體間的信息傳遞缺乏有效信息溝通渠道，導(dǎo)致“信息溝通不暢”問題，存在“信息不對稱”和“信息冗余”現(xiàn)象[8-9]。

2）協(xié)同管理智能化程度不高。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件協(xié)同管理具有標(biāo)準(zhǔn)化、部品化和機(jī)械化的特點(diǎn)，涉及多維作業(yè)空間專業(yè)和系統(tǒng)相互滲透、指令多線程、標(biāo)準(zhǔn)多元化，特別是對多方交叉管理時(shí)，僅依靠人工管理方式的協(xié)同管理難度更大，進(jìn)而難以保證管理效率[10-13]。

3）全過程數(shù)據(jù)集成能力不足。由于施工情況復(fù)雜，且裝配式建筑管理過程信息集成能力不足，傳遞缺乏時(shí)效性，僅通過文字與圖片形式無法實(shí)時(shí)直觀地為場外裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地展示項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，導(dǎo)致資源調(diào)度出現(xiàn)低收益、超期、超預(yù)算局面。

因此，本文通過分析預(yù)制裝配式構(gòu)件生產(chǎn)、施工、吊裝等全過程重難點(diǎn)問題，以預(yù)制構(gòu)件BIM模型為基礎(chǔ)，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件管理各方的信息需求，研究預(yù)制構(gòu)件協(xié)同管理過程中各作業(yè)空間資源協(xié)同機(jī)理，并基于BIM共享數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維可視化預(yù)制構(gòu)件協(xié)同管理平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊設(shè)計(jì)。

2 裝配式建筑協(xié)同管理模式構(gòu)建

針對傳統(tǒng)裝配式建筑施工的局限性，本文基于裝配式建筑BIM模型，通過建立符合裝配式建筑規(guī)程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和模型編碼體系，構(gòu)建生產(chǎn)方、運(yùn)輸方、施工方間互聯(lián)互通的構(gòu)件級(jí)信息化協(xié)同管理模式，集成信息管理、構(gòu)件管理、進(jìn)度管理、安全質(zhì)量管理等，使得參建單位間可基于同一信息模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、整理、分析，從而輔助項(xiàng)目管理人員進(jìn)行決策，具體管理模型如圖1所示。

圖1 預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件協(xié)同管理模式

3 裝配式建筑管理平臺(tái)研發(fā)

該平臺(tái)通過實(shí)時(shí)采集各階段構(gòu)件管理信息，制定不同構(gòu)件狀態(tài)的“著色”方案，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)三維模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件全過程的動(dòng)態(tài)可視化呈現(xiàn)。實(shí)時(shí)預(yù)警項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量問題，智能推送至相關(guān)責(zé)任人，動(dòng)態(tài)、可視化掌握問題整改落實(shí)情況，形成閉環(huán)管理，提升協(xié)同管理效率。通過數(shù)據(jù)集成分析各階段構(gòu)件過程數(shù)據(jù)（生產(chǎn)周期、庫存情況、運(yùn)輸周期、返廠維保等）、進(jìn)度及安全質(zhì)量隱患等，確定管理薄弱環(huán)節(jié)，構(gòu)件易損環(huán)節(jié)等，為項(xiàng)目人員動(dòng)態(tài)調(diào)整施工過程提供可靠、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；同時(shí)可為后續(xù)施工或類似項(xiàng)目提供借鑒，具體平臺(tái)界面如圖2所示。

圖2 預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件可視化協(xié)同管理平臺(tái)界面

3.1 平臺(tái)功能架構(gòu)

通過基于裝配式預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵工作節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化各級(jí)管理權(quán)限，建立PC端＋移動(dòng)端“互融、共享”模式，打通不同參與方間、現(xiàn)場管理與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的“信息通道”，構(gòu)建了信息化管理平臺(tái)，而提高裝配式建筑施工生產(chǎn)效率和管理效率，并減少工程安全質(zhì)量隱患，具體平臺(tái)功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件可視化協(xié)同管理平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

3.2 平臺(tái)功能模塊

3.2.1 項(xiàng)目概況模塊

項(xiàng)目概況包括項(xiàng)目維護(hù)、組織架構(gòu)、構(gòu)件狀態(tài)設(shè)置以及平臺(tái)公告幾部分。主要是對項(xiàng)目的基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)編輯，包含項(xiàng)目編碼、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目簡介、各參建單位、項(xiàng)目工期、項(xiàng)目視頻圖片資料等。

3.2.2 項(xiàng)目設(shè)置模塊

項(xiàng)目設(shè)置包括系統(tǒng)角色、角色和菜單對照、系統(tǒng)用戶、構(gòu)件權(quán)限設(shè)定。在系統(tǒng)角色模塊，可以查看訪問權(quán)限，訪問權(quán)限包括IT管理員、裝配式、工廠、運(yùn)輸、現(xiàn)場等。并且管理員可以通過“編輯”或“新增”權(quán)限對用戶的權(quán)限碼以及權(quán)限進(jìn)行修改，也可以將用戶的權(quán)限刪除。

3.2.3 模型信息化模塊

模型信息化是指針對某個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行構(gòu)件化最小單元管理，包含構(gòu)件的原始屬性、自定義屬性、進(jìn)度屬性、安全質(zhì)量、材料用量等信息維護(hù)，并在工廠、運(yùn)輸、安裝3個(gè)環(huán)節(jié)基于構(gòu)件進(jìn)行信息共享。構(gòu)件管理共包括3個(gè)模塊：狀態(tài)更新、屬性管理、二維碼管理。狀態(tài)更新模塊可以隨時(shí)更新構(gòu)件的狀態(tài)信息，通過輸入構(gòu)件的狀態(tài)查看。

3.2.4 構(gòu)件狀態(tài)管理模塊

構(gòu)件狀態(tài)管理模塊是對整個(gè)項(xiàng)目狀態(tài)的展示，在該模塊中，不同的顏色表示不同的狀態(tài)，例如綠色代表正在安裝，紅色代表滯后。

3.2.5 項(xiàng)目管理模塊

項(xiàng)目管理模塊共包括安全質(zhì)量、構(gòu)件管理、生產(chǎn)計(jì)劃、計(jì)劃進(jìn)度、業(yè)務(wù)報(bào)表、系統(tǒng)設(shè)置等。

用戶可在安全質(zhì)量模塊上傳問題，上傳的問題會(huì)在該界面顯示，顯示信息為：問題圖片、安全質(zhì)量類型（安全問題/質(zhì)量問題）、發(fā)起者、發(fā)起時(shí)間、模型關(guān)聯(lián)、問題描述、狀態(tài)（是否已處理）、備注、嚴(yán)重程度（輕微/一般/非常嚴(yán)重/特大）等。問題處理模塊是由相應(yīng)的技術(shù)人員進(jìn)行處理，單擊“操作”一欄的“處理”進(jìn)入界面進(jìn)行相應(yīng)的問題處理。問題臺(tái)賬模塊記錄了所有問題，包括待處理的問題、未處理的問題以及已處理的問題。

計(jì)劃進(jìn)度包括計(jì)劃列表和施工計(jì)劃，計(jì)劃列表包括計(jì)劃名稱、對該計(jì)劃的描述、計(jì)劃的創(chuàng)建時(shí)間以及創(chuàng)建者等。施工計(jì)劃模塊對所有計(jì)劃進(jìn)行展示，包括計(jì)劃名稱、計(jì)劃天數(shù)、設(shè)計(jì)數(shù)量、計(jì)劃的開始和結(jié)束時(shí)間以及實(shí)際的開始和結(jié)束時(shí)間。

業(yè)務(wù)報(bào)表由構(gòu)件統(tǒng)計(jì)模塊、施工統(tǒng)計(jì)模塊、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)模塊3部分組成，每部分分別表示對應(yīng)的報(bào)表。構(gòu)件統(tǒng)計(jì)模塊可以根據(jù)項(xiàng)目名稱或年份來進(jìn)行構(gòu)件數(shù)量的分析。施工計(jì)劃模塊可以根據(jù)項(xiàng)目名稱、年份或者構(gòu)件類型查看現(xiàn)場安裝進(jìn)度。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)模塊可以根據(jù)項(xiàng)目名稱、年份或者構(gòu)件類型來查詢工廠生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析。

4 工程應(yīng)用

為驗(yàn)證本文系統(tǒng)性能，將涇河·薈智廣場項(xiàng)目作為試驗(yàn)對象，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)定位功能為商業(yè)服務(wù)，規(guī)劃總建筑面積約為15萬 m2，項(xiàng)目位于正陽大道和崇文二路的交界處，北側(cè)商業(yè)由2部分組成，圍合出1條商業(yè)天街，2層有連廊連接。沿正陽大道一側(cè)的高層為LOFT辦公，其余2棟為SOHO辦公。南側(cè)的公安分局主體是一座12層的工字形辦公樓，東西兩側(cè)分別為窗口辦公和附屬綜合樓。其規(guī)劃用地面積22 030.15 m2，總建筑面積150 736 m2，地上建筑面積98 836 m2，地下3層建筑面積51 900 m2。

4.1 預(yù)制構(gòu)件追蹤管控

通過裝配式平臺(tái)可在構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程中對每根構(gòu)件進(jìn)行跟蹤，并配有預(yù)制構(gòu)件查詢功能，方便管理人員查看與管理，做到各環(huán)節(jié)狀態(tài)情況可追溯、可匯總。

4.2 預(yù)制構(gòu)件安全質(zhì)量管理

在現(xiàn)場巡視中，項(xiàng)目工程師及監(jiān)理工程師通過手機(jī)對施工安全、質(zhì)量問題進(jìn)行拍照、錄音和文字記錄，并創(chuàng)建整改任務(wù)。整改任務(wù)推送到責(zé)任人的手機(jī)上，責(zé)任人拍照上傳整改后的照片，做到責(zé)任到人，并督促快速解決。安全員也可定期上傳安全隱患較大區(qū)域（消防設(shè)施、安全教育區(qū)等）照片及情況，及時(shí)整改，防患于未然。

4.3 預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度管理

項(xiàng)目工程師及監(jiān)理工程師通過手機(jī)對所負(fù)責(zé)區(qū)域的進(jìn)度進(jìn)行拍照、錄音和文字記錄，記錄實(shí)際開始和完成時(shí)間及工作量，導(dǎo)入模型中會(huì)以不同顏色顯示完成情況，滯后、按時(shí)完成或者提前完成，負(fù)責(zé)人可根據(jù)進(jìn)度安排相應(yīng)工作量，按進(jìn)度推進(jìn)工作。

5 結(jié)語

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑協(xié)同管理平臺(tái)為解決預(yù)制構(gòu)件施工可視化監(jiān)控與信息協(xié)同管理提供了一個(gè)可行的解決途徑，不但實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的電子化實(shí)時(shí)采集和有效組織，還實(shí)現(xiàn)了以樓層為基本監(jiān)控單元、面向裝配現(xiàn)場的可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提高了裝配現(xiàn)場的監(jiān)控水平。同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)方、運(yùn)輸方、施工方間構(gòu)件級(jí)的信息化協(xié)同管理，為預(yù)制構(gòu)件的智能化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。目前，系統(tǒng)在陜西某裝配式建筑項(xiàng)目正式上線運(yùn)行，效果良好。下一步將會(huì)在裝配式預(yù)制構(gòu)件信息化協(xié)同管理的基礎(chǔ)上，通過研究和構(gòu)造高效的智能優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)對裝配質(zhì)量、進(jìn)度和安全行為等方面的智能優(yōu)化與控制。