基于BIM的裝配式建筑智慧工地建設(shè)

詹敏慧，王慧珍

（江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000）

1 相關(guān)概念與內(nèi)涵

隨著現(xiàn)代社會(huì)日新月異的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步讓建筑行業(yè)也有了更好的繼承和蛻變，其中，裝配式建筑是目前國(guó)家大力提倡的一種建設(shè)方式。裝配式建筑是指采用預(yù)制構(gòu)件在工地組裝拼接裝配成形的建筑，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。近年來裝配式建筑由于建造速度快，受氣候環(huán)境制約小，節(jié)約勞動(dòng)力，提高建筑質(zhì)量，并且保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，受到建筑行業(yè)人士的廣泛關(guān)注[1]。裝配式建筑通常有標(biāo)準(zhǔn)化的建筑設(shè)計(jì)，工廠化的部件生產(chǎn)，裝配式的現(xiàn)場(chǎng)施工，一體化的建筑裝修，并進(jìn)行信息化的管理和智能化的應(yīng)用，能夠有效的保證建筑構(gòu)件質(zhì)量，提升建筑效率，加快施工進(jìn)度，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，降低施工現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人力資源的浪費(fèi)，是一種更加綠色環(huán)保的建筑模式。不管是在設(shè)計(jì)階段、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段還是施工階段，裝配式建筑都與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑截然不同。

建筑信息模型（BIM）是將建筑工程項(xiàng)目有關(guān)的信息數(shù)據(jù)及相關(guān)資料收集整理，以此作為建立模型的基礎(chǔ)構(gòu)建出建筑模型，并通過三維信息模型對(duì)建筑物進(jìn)行仿真模擬，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各階段的數(shù)字化管理。BIM不是單純的數(shù)字信息的展現(xiàn)，更多的是建筑工程項(xiàng)目相關(guān)數(shù)字信息在設(shè)計(jì)、施工、管理等方面的應(yīng)用，是一種便于多方協(xié)同合作的數(shù)字化方法，是一個(gè)創(chuàng)建和利用項(xiàng)目數(shù)據(jù)在其全壽命周期內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的業(yè)務(wù)過程，并允許所有項(xiàng)目相關(guān)方通過數(shù)據(jù)互用使不同技術(shù)平臺(tái)之間在同一時(shí)間利用相同的信息。這種方法能實(shí)現(xiàn)建筑工程的集成化管理，可顯著提高建筑工程在其項(xiàng)目進(jìn)程中的效率。

裝配式建筑是一種集成化的建筑，BIM技術(shù)是其集成化的手段，而智慧工地就是將各種手段集成的應(yīng)用。智慧工地主要指一種工程施工管理體系，是指在工程項(xiàng)目施工過程中運(yùn)用BIM技術(shù)、VR技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線頻射技術(shù)（RFID）、激光定位技術(shù)等信息化手段對(duì)工程進(jìn)行管理，通過建立進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理等多層面工作綜合的集中化管理平臺(tái)，也借助于信息共享的新型工作模式著手于監(jiān)督工作、預(yù)警工作、維護(hù)工作的實(shí)施，建立促進(jìn)工程施工高質(zhì)量推進(jìn)的綜合性管理體系[2-3]?；贐IM的智慧工地有利于施工動(dòng)態(tài)成本的控制、施工流程的優(yōu)化、施工質(zhì)量的提升、安全監(jiān)督工作的落實(shí)、施工進(jìn)度的控制等。

2 傳統(tǒng)裝配式建筑面臨的問題

2.1 設(shè)計(jì)階段與施工階段割裂影響施工進(jìn)度

在傳統(tǒng)建筑的設(shè)計(jì)階段，建筑、結(jié)構(gòu)、安裝等專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同性不高，通常是在后期出現(xiàn)問題時(shí)再按相應(yīng)專業(yè)反饋加以修改，設(shè)計(jì)管理相應(yīng)集中在后期，而在裝配式建筑模式中，在設(shè)計(jì)之初就需要整體考慮部件深化設(shè)計(jì)、部件生產(chǎn)及運(yùn)輸、施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝等問題[4]。工廠生產(chǎn)時(shí)部件分離是否合理，是否能被工廠順利生產(chǎn)出來，現(xiàn)場(chǎng)組裝難度能否降低，部件尺寸設(shè)計(jì)是否合理，生產(chǎn)運(yùn)輸是否方便，能否采用新型施工工藝，吊裝拼接步驟是否協(xié)調(diào)，這些問題都是設(shè)計(jì)時(shí)需要提前考慮的，而這就需要設(shè)計(jì)單位與構(gòu)件生產(chǎn)單位及施工單位積極交流、協(xié)調(diào)配合，以更好地深化設(shè)計(jì)。

2.2 了解相關(guān)施工工藝的從業(yè)人員較少且缺乏安全防范意識(shí)

建筑業(yè)工作內(nèi)容多樣，個(gè)體性較強(qiáng)，從業(yè)人員受教育程度及文化背景差異大，其所接收的職業(yè)培訓(xùn)較為依賴所在企業(yè)的培訓(xùn)制度。裝配式建筑作為一種新型建筑模式，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍內(nèi)尚未完全展開，了解相關(guān)施工工藝的從業(yè)人員較少，傳統(tǒng)建筑的施工人員對(duì)于裝配式建筑的工作流程及工藝技術(shù)可能并不熟悉，而在建筑行業(yè)，對(duì)從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)能力又較為依賴，到目前為止，從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)能力對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量控制、進(jìn)度控制、成本控制而言都是一個(gè)重要的影響因素。裝配式建筑雖說對(duì)于傳統(tǒng)建筑模式來說建造速度較快，但在施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝還是需要技術(shù)工人手動(dòng)拼裝，對(duì)于技術(shù)工人的專業(yè)有一定要求。拼裝速度對(duì)施工進(jìn)度有一定的影響，拼裝操作更是對(duì)施工質(zhì)量的影響較大，如有操作問題出現(xiàn)吊裝偏差，可能需要整改導(dǎo)致施工進(jìn)度停滯，同時(shí)也會(huì)波及施工成本。

建筑業(yè)作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，從業(yè)人員的安全防范意識(shí)也極為重要，80%的安全事故都是由于建筑從業(yè)人員的不安全行為引起的，因此加強(qiáng)建筑從業(yè)人員的安全管理是至關(guān)重要的，對(duì)技術(shù)工人及管理人員進(jìn)行安全知識(shí)普及及安全防范意識(shí)的加強(qiáng)是安全管理中必不可少的一環(huán)[5]。相比傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑技術(shù)工人尚不熟悉，此時(shí)新工藝的相關(guān)安全注意事項(xiàng)及施工現(xiàn)場(chǎng)安全知識(shí)的培訓(xùn)就更為重要。

2.3 構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工管理需加強(qiáng)

裝配式建筑在我國(guó)尚處于初步發(fā)展階段，構(gòu)件廠的構(gòu)件生產(chǎn)缺乏精細(xì)化的質(zhì)量管理，容易存在誤差，往往等構(gòu)件被運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，只能返工再重新運(yùn)輸，所造成的人工成本及時(shí)間成本難以彌補(bǔ)，且構(gòu)件未能及時(shí)供應(yīng)也會(huì)影響施工進(jìn)度，構(gòu)件生產(chǎn)方面的管理尚需加強(qiáng)。構(gòu)件運(yùn)輸及施工現(xiàn)場(chǎng)管理也急需新技術(shù)輔助，以往的人工出廠及驗(yàn)收模式容易出現(xiàn)出庫(kù)記錄不清楚、驗(yàn)收數(shù)量有誤差等問題，且施工現(xiàn)場(chǎng)堆放容易混亂難以找尋，大大增加施工現(xiàn)場(chǎng)管理的時(shí)間及成本[6]。

2.4 信息協(xié)同管理問題

與傳統(tǒng)建筑模式不同的是，裝配式建筑增加了部件生產(chǎn)單位，從設(shè)計(jì)階段到施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于各專業(yè)單位之間的協(xié)作有著更高的要求[7]。除了二維圖紙所能展現(xiàn)出的信息，多維且能進(jìn)行動(dòng)態(tài)化反饋的數(shù)據(jù)模型能更好的加強(qiáng)各單位之間的信息交流，以提高工程管理效率及施工效率。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

在施工階段中，可應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)于裝配式建筑加以模擬碰撞檢測(cè)、施工安裝模擬、施工現(xiàn)場(chǎng)組織和工序模擬、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工模擬、現(xiàn)場(chǎng)裝配信息化管理等。裝配式建筑工地需進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)管理，裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件品種眾多，容易發(fā)生構(gòu)件誤用、錯(cuò)用、丟失等情況，運(yùn)用BIM技術(shù)結(jié)合RFID技術(shù)可以在構(gòu)件管理中起到良好的效果?，F(xiàn)場(chǎng)裝配階段的管理是裝配式建筑的施工階段的重點(diǎn)，施工單位應(yīng)用BIM技術(shù)可以實(shí)施裝配式建筑的施工仿真及模擬，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件的吊裝和施工過程提前進(jìn)行軟件模擬，優(yōu)化施工流程；同時(shí)，也能夠模擬施工現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的安全突發(fā)事件，從而健全施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理方案，消除安全隱患，盡可能的避免和減少發(fā)生質(zhì)量安全事故的概率；還可以通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和三維虛擬排布，對(duì)施工場(chǎng)地布置進(jìn)行優(yōu)化，可有效避免生產(chǎn)資料和儲(chǔ)物空間的浪費(fèi)，加快施工進(jìn)度?；贐IM的信息化管理，還可以在“3DˉBIM”模型的基礎(chǔ)上引入進(jìn)度和資源維度，建立“5DˉBIM”模型，對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度、成本實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。

4 BIM+新興技術(shù)在裝配式建筑智慧工地中的應(yīng)用

4.1 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑智慧工地中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過二維碼識(shí)讀設(shè)備、無(wú)線頻射（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、監(jiān)控、跟蹤、定位和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其自身優(yōu)勢(shì)，在智慧工地建設(shè)中的運(yùn)用也是舉足輕重的。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集，便于后期相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進(jìn)一步劃分權(quán)責(zé)，提高施工效率；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以跟蹤每個(gè)工作的具體過程，一旦出現(xiàn)問題時(shí)也能第一時(shí)間通過物聯(lián)網(wǎng)找到問題在，并追究到個(gè)人，提高工作人員的工作質(zhì)量和效率，為工程質(zhì)量的提升打下良好的基礎(chǔ)；通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)施工溝通，提升施工監(jiān)督與施工指導(dǎo)質(zhì)量；通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，參與到建筑工程的各個(gè)部門可以通過物聯(lián)網(wǎng)，第一時(shí)間掌握工程施工具體情況，并根據(jù)自身情況，對(duì)工程建設(shè)提出相應(yīng)的建議，確保工程施工可以盡可能滿足多方需求。

在裝配式建筑建設(shè)過程中，可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如運(yùn)用BIM技術(shù)結(jié)合RFID技術(shù)，可追溯預(yù)制構(gòu)件，協(xié)助工地管理，在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中在構(gòu)件中安裝嵌入式RFID芯片，在里面存儲(chǔ)相關(guān)構(gòu)件信息，運(yùn)輸人員和驗(yàn)收人員可直接讀取并記錄構(gòu)件信息到建筑信息管理系統(tǒng)，進(jìn)行電子信息的自動(dòng)對(duì)照，通過芯片及信息管理系統(tǒng)，可追蹤構(gòu)件出廠、運(yùn)輸、入場(chǎng)堆放及安裝信息，以此降低以往人工驗(yàn)收及物流模式下容易出現(xiàn)的構(gòu)件堆放位置易錯(cuò)亂、驗(yàn)收數(shù)量有誤差、出庫(kù)記錄不清晰等問題的發(fā)生，節(jié)省管理的時(shí)間和成本，提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平；也可運(yùn)用此技術(shù)加強(qiáng)對(duì)材料資源采購(gòu)及消耗的費(fèi)用控制，對(duì)資源成本實(shí)行精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成本控制；還可應(yīng)用于人員管理方面，建立實(shí)名制管理系統(tǒng)，運(yùn)用IC卡識(shí)別、指紋識(shí)別、智能安全帽定位等加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的管理。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過手機(jī)、電腦、傳感器等終端設(shè)備接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖像，收集和分析施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繼而對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)高效管理。

4.2 BIM+VR技術(shù)在裝配式建筑智慧工地中的應(yīng)用

VR是指虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一項(xiàng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維模擬，使用戶在感官上身臨其境的技術(shù)。VR作為一項(xiàng)新型技術(shù)，運(yùn)用還不夠廣泛，在工程領(lǐng)域中目前一般應(yīng)用于裝飾裝修漫游、場(chǎng)地漫游等展示項(xiàng)目，在進(jìn)行市場(chǎng)宣傳、銷售策劃等方面應(yīng)用良好，確定了VR技術(shù)與BIM技術(shù)協(xié)同發(fā)展的重要方向，但在裝配式建筑市場(chǎng)還運(yùn)用較少[8]。

目前裝配式建筑尚未普及開來，傳統(tǒng)建筑施工人員可能不熟悉裝配式建筑的工作流程及工藝技術(shù)，可利用VR技術(shù)也就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)多感知性、存在感、交互性、自主性的特征，對(duì)施工工作人員進(jìn)行工藝培訓(xùn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)比傳統(tǒng)視頻教學(xué)有著更優(yōu)越的視覺感官，能更加真實(shí)的模擬出施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，讓施工工作人員身臨其境，比起二維模式的平面展現(xiàn)，這種三維展示能更好的展現(xiàn)出工藝的操作要點(diǎn)，便于施工工作人員對(duì)其進(jìn)行更加清晰的觀察，擁有更詳盡的認(rèn)識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能給人更強(qiáng)烈的感官觸動(dòng)及記憶刺激，有助于形成良好的培訓(xùn)效果，也可以幫助施工人員更直觀的理解施工工藝與施工方案。不止裝配式建筑的安裝操作流程，VR技術(shù)也可以應(yīng)用于其他工藝如鋼筋節(jié)點(diǎn)綁扎、模板安裝等工藝的培訓(xùn)，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)于施工操作班組的技術(shù)交底，以及施工人員和管理人員的安全教育工作，提高施工中的安全防范意識(shí)，有利于加強(qiáng)工程的安全管理和質(zhì)量管理。

4.3 BIM+激光定位技術(shù)在裝配式建筑智慧工地中的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)的同時(shí)，可以利用激光掃描定位技術(shù)對(duì)建造活動(dòng)進(jìn)行跟蹤以及進(jìn)行建筑尺寸精細(xì)化質(zhì)量控制。對(duì)于裝配式構(gòu)件進(jìn)行激光掃描，獲得被測(cè)構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再與建筑信息管理系統(tǒng)中所保存的構(gòu)件信息進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件是否有誤差，最后再將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳管理平臺(tái)。利用激光定位技術(shù)可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化的質(zhì)量管理，控制構(gòu)件誤差，同時(shí)也可用于構(gòu)件安裝位置的控制，在塔吊吊裝裝配式構(gòu)件時(shí)進(jìn)行安裝節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，通過與BIM平臺(tái)中信息的比對(duì)，確定構(gòu)件安裝位置，使構(gòu)件更準(zhǔn)確的落在安裝位置，有利于施工進(jìn)度的控制。

5 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了BIM技術(shù)在裝配式建筑各階段的應(yīng)用，以及基于BIM采取新興技術(shù)在裝配式建筑建設(shè)中的應(yīng)用。借助BIM、VR、RFID、物聯(lián)網(wǎng)、激光定位等技術(shù)，可以有效地提高裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工水平，有利于裝配式建筑工地進(jìn)行精細(xì)化的成本、質(zhì)量、進(jìn)度控制，為裝配式建筑的建設(shè)提供有效的智能管理方案。