裝配式建筑全過程管理及BIM技術(shù)的應(yīng)用

龔勛

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

為了適應(yīng)現(xiàn)代建筑的發(fā)展需求，裝配式建筑也因此發(fā)展起來，對(duì)裝配式建筑占新建建筑的比例，我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》中做出了具體規(guī)定，在2020 年占比為20%以上，直到2025年，占比將在50%以上[1-2]。在如今大數(shù)據(jù)背景下，現(xiàn)代建筑行業(yè)對(duì)于建筑速度和建筑質(zhì)量提出了更高的要求，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代建筑的行業(yè)的發(fā)展，BIM 技術(shù)不但可以有效提高裝配式建筑的建筑效率，而且可以在裝配式建筑全過程管理中發(fā)揮出有效的監(jiān)督作用，同時(shí)也大幅度提高了建筑行業(yè)的信息化管理水平，因此被廣泛應(yīng)用[3]。

2 BIM技術(shù)

2.1 BIM技術(shù)的概念

BIM 技術(shù)是依托三維數(shù)技術(shù)，集成建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，同時(shí)該技術(shù)也是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性的一種數(shù)字化表達(dá)[4]。一個(gè)完善的信息模型可以將建筑項(xiàng)目不同階段的數(shù)據(jù)、資源和過程進(jìn)行連接，同時(shí)也能完整地對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行描述。BIM 有單一工程數(shù)據(jù)源，不但可以有效解決異構(gòu)工程中的全局共享和一致性問題，還可以實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目生命周期中動(dòng)態(tài)工程的信息管理、創(chuàng)建以及共享。此外，BIM技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)建筑工程的集成管理，有效提高建筑效率，降低風(fēng)險(xiǎn)[5]。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)具有模型信息完備性、模型信息關(guān)聯(lián)、模型信息一致性的特點(diǎn)。BIM技術(shù)參數(shù)化的信息不但有利于對(duì)模型信息進(jìn)行修改，而且有利于保持模型的完整性，通過利用其三維可視化和仿真性特性可以對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行直觀研究；優(yōu)化性、可出圖性以及信息完備性不但有利于建筑方案優(yōu)選，而且有利于為建筑施工提供全面指導(dǎo)。通過利用Revit 等BIM 建模軟件進(jìn)行三維工程模型的建立，建立出來的精細(xì)模型可以在不同項(xiàng)目階段中應(yīng)用；利用BIM5D可以在軟件中集合不同專業(yè)的模型，而且還可以對(duì)建筑施工進(jìn)度進(jìn)行模擬；多個(gè)專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)中存在的問題[6]。

在裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段，可以利用Affinity等軟件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和利用Revit、PKPM 等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)深化；在裝配式建筑的施工階段，可以利用BIM5D 和Hibim 等軟件機(jī)械能施工管理和造價(jià)管理；在裝配式建筑的運(yùn)維階段，可以使用ArehiFM軟件進(jìn)行運(yùn)維管理[7]。通過BIM 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目信息的及時(shí)分享與傳遞，對(duì)可能發(fā)生的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)調(diào)整方案下的成果可視化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位、施工方以及業(yè)主的協(xié)同管理。

3 裝配式建筑

3.1 裝配式建筑的概念

和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土建筑不同，裝配式建筑的構(gòu)件是可以直接在工廠進(jìn)行預(yù)制的，構(gòu)件制作好后再運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝拼接。建筑裝修一體化不但可以同步開展主體階段和裝修階段，還可以使設(shè)計(jì)過程更加規(guī)范，構(gòu)件更加標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還能提高生產(chǎn)效率和降低建筑成本[8]。

3.2 裝配式建筑的特點(diǎn)

裝配式建筑可以根據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行房間分割，開間進(jìn)深更自由；裝配式建筑對(duì)房間進(jìn)行分割設(shè)計(jì)使用的是輕質(zhì)隔墻，充分實(shí)現(xiàn)了空間的有效自由。在工廠進(jìn)行裝配式建筑的構(gòu)件預(yù)時(shí)，可以直接進(jìn)行墻體保溫層的添加，不但確保了房間的保溫性能，而且還增強(qiáng)房間的隔音效果，充分滿足業(yè)主的需求；在進(jìn)行裝配式建筑的構(gòu)件制造時(shí)還可以使用不燃或者不易燃材料，保證建筑的防火性；輕質(zhì)的裝配式材料使連接更加方便，同時(shí)也提高了抗震效果[9]。

現(xiàn)澆式建筑施工流程：先進(jìn)行工程投標(biāo)，在投標(biāo)成功后進(jìn)行基礎(chǔ)施工，基礎(chǔ)施工完成之后再進(jìn)行主體施工，主體施工完畢后在進(jìn)行裝修施工，竣工后再進(jìn)行驗(yàn)收，這樣不但建筑施工工期長，而且需要耗費(fèi)很多勞動(dòng)力，再加上管理復(fù)雜，增加了建筑成本，工程質(zhì)量也很難保證[10]。而裝配式建筑可以有效縮短工期、提高施工效率、降低建筑成本，通過機(jī)械化吊裝拼接施工，不但確保了施工的安全，也保證了施工質(zhì)量，對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量管理和安全管理具有積極意義。

4 BIM 在裝配式建筑全過程管理中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)階段

在裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段，有效管理和降低建筑成本是非常重要的。在項(xiàng)目的全生命周期，成本曲線是呈現(xiàn)出下行狀態(tài)的，這表示在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段必須要對(duì)成本進(jìn)行控制。裝配式建筑設(shè)計(jì)工作人員可以利用Revit 軟件進(jìn)行裝配式建筑的BIM 模型的建立，集合更多的專業(yè)化信息，通過三維可視化狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，并及時(shí)將問題向相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行反饋，不但可以減少工作失誤，而且可以有效提高工作效率。BIM的多方協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)性可以高效便捷地對(duì)模型進(jìn)行修改，有利于設(shè)計(jì)效率的提高；在進(jìn)行工程施工前先分析、模擬安裝和優(yōu)化建筑項(xiàng)目，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并對(duì)問題進(jìn)行解決，最后使用最佳設(shè)計(jì)方案對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件模型的優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效降低設(shè)計(jì)成本[11]。

4.2 施工階段

使用集成信息平臺(tái)BIM5D，將物料采購、資金配合、施工進(jìn)度檢測(cè)、施工方案模擬、技術(shù)交底等方面進(jìn)行集中管控是裝配式項(xiàng)目施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)的體現(xiàn)[12]，可以降低施工成本，而且有利于對(duì)施工進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.1 工廠生產(chǎn)階段

在裝配式建筑成本的管控中，材料費(fèi)用是建筑造價(jià)最大的影響因素，這也表示在最終成本的控制中，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中材料成本的管控是非常重要的。在裝配式建筑的施工階段利用3D+時(shí)間+成本生成的BIM5D 模型，不但可以虛擬施工過程，而且可以對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行直觀查看。在進(jìn)行建筑構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，工廠工作人員可以在Revit軟件獲取構(gòu)件相關(guān)信息，并根據(jù)獲取的模型信息規(guī)范生產(chǎn)構(gòu)件，可以防止因?yàn)槌叽珏e(cuò)位導(dǎo)致材料成本浪費(fèi)的問題。

4.2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)安裝階段

利用BIM技術(shù)可以進(jìn)行可視化三維場(chǎng)地布置和對(duì)各個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行合理安排和劃分，為施工現(xiàn)場(chǎng)的布置提供有效信息。利用BIM5D 軟件導(dǎo)出虛擬施工動(dòng)畫可以實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底，可以將施工難度降低，便于施工人員對(duì)圖紙進(jìn)行理解。施工組織和BIM5D 信息集成平臺(tái)的有效結(jié)合可以將物料進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間和順序?qū)С?，從而保證施工效率和施工進(jìn)度。

4.3 運(yùn)維階段

使用預(yù)埋傳感器在項(xiàng)目后期的運(yùn)營維護(hù)中對(duì)安全參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并將信息反饋到BIM 軟件中，對(duì)建筑的耐久力和承載力進(jìn)行分析，對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)防，避免了不必要的支出，確保裝配建筑的質(zhì)量。利用三維視圖可更快速地找出問題源頭并跟蹤到具體構(gòu)件，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。

4.4 基于BIM的裝配式建筑建造系統(tǒng)

4.4.1 BIM集成管理系統(tǒng)總體框架

首先應(yīng)對(duì)裝配式建筑過程及施工現(xiàn)場(chǎng)管理結(jié)構(gòu)全面了解，同時(shí)，應(yīng)具備信息化建設(shè)功能。為了提高裝配式建筑工程建設(shè)效果，應(yīng)將所有施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分類。項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)階段根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)所需部件進(jìn)行加工，通過專業(yè)物流系統(tǒng)將其運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，參照?qǐng)D紙?jiān)谑┕^(qū)域進(jìn)行拼裝。施工質(zhì)量管理是裝配式建筑的前提保障。在工程建設(shè)過程中應(yīng)借助BIM技術(shù)提高信息傳輸速率和存儲(chǔ)能力。

4.4.2 關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵系統(tǒng)主要有四個(gè)模塊。首先是設(shè)計(jì)計(jì)算模塊，以BIM 模型搭建為基礎(chǔ)，對(duì)碰撞設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)建。由于BIM 運(yùn)行程序與多個(gè)終端設(shè)備相連，可實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)作，模型可展示建筑工程全部參數(shù)，并顯示拼裝過程中的專業(yè)沖突和受力模型進(jìn)行校對(duì)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。其次，加工預(yù)制模塊是各單元結(jié)構(gòu)的組成部分，同時(shí)對(duì)部件的工廠量化進(jìn)行前期統(tǒng)籌。對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊所需要的部件材料、數(shù)量等進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)，確保構(gòu)件符合裝配式建筑施工要求。再次，運(yùn)輸保障模塊是構(gòu)件廠商和施工現(xiàn)場(chǎng)的中間環(huán)節(jié)，對(duì)建筑建造所需的拼裝部件和倉儲(chǔ)運(yùn)輸信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，拼裝部件應(yīng)張貼二維碼或者植入ID芯片，在運(yùn)輸、分類過程中讀取信息碼，提高構(gòu)件儲(chǔ)運(yùn)信息化要求。最后是施工管理模塊，這是建筑施工管理的終端，對(duì)前期各環(huán)節(jié)進(jìn)行連接，同時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)信息采集，確保構(gòu)件拼裝的質(zhì)量。

4.4.3 支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是服務(wù)于關(guān)鍵系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的效率。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)功能包括信息存儲(chǔ)、應(yīng)用和控制，確保不同專業(yè)數(shù)據(jù)在平臺(tái)實(shí)現(xiàn)共享，確保數(shù)據(jù)口徑一致。網(wǎng)絡(luò)傳輸是在開放的通信網(wǎng)絡(luò)條件下，確?？傮w框架通信系統(tǒng)的集成性和交互性，打破地域壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，確保網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺(tái)滿足裝配式建筑施工管理的需要。

5 結(jié)語

目前，裝配式建筑正蓬勃發(fā)展，對(duì)裝配式建筑進(jìn)行深入研究可以加快建筑行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的步伐，在裝配式建筑發(fā)展過程中，重視BIM 技術(shù)在其中的應(yīng)用，可以對(duì)裝配式建筑進(jìn)行客觀分析。在裝配式建筑全過程管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)，不但可以促進(jìn)裝配式建筑的信息化發(fā)展，而且還有利于現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理的實(shí)現(xiàn)，因此，應(yīng)該重視BIM技術(shù)在裝配式建筑全過程管理中的應(yīng)用研究，充分發(fā)揮BIM 技術(shù)在其中的作用和價(jià)值。