BIM 技術在裝配式建筑施工管理中的應用

曾敏芳

（南昌航空大學土木建筑學院，江西南昌 330063）

0 引言

裝配式建筑是指在工廠事先制作好預制構配件，之后在施工現(xiàn)場進行安裝的建筑。相比于傳統(tǒng)建造方式，現(xiàn)澆工作量將大幅減少。又因其在施工過程中能源消耗較少，且能降低建筑垃圾污染，故又有綠色建筑之稱。因此對于裝配式建筑的設計、施工、運維等環(huán)節(jié)的準確控制與嚴格監(jiān)督都是確保建筑整體質量的關鍵。故擁有完整一體化的施工流程對裝配式建筑施工管理來說至關重要。而BIM 技術于裝配式建筑施工管理中的融合應用，可以降低施工設計變更帶來的成本增加；參與工程各方還能在BIM 平臺上進行協(xié)同管理、信息共享；模擬施工動畫，提前辨別施工過程中的潛在問題，從而完備施工方案，提升管理效益。由此，BIM 技術與裝配式建筑施工管理相契合產生的諸多優(yōu)勢，未來將助力于我國裝配式建筑的進一步發(fā)展并且對工程管理質量以及方式具有一定的學術與應用價值。

1 裝配式建筑施工管理中的問題

在一般的建筑施工管理中，常缺乏完善的施工管理體制。其中在施工技術管理層面，現(xiàn)階段部分企業(yè)仍然保持傳統(tǒng)的施工技術并且忽視創(chuàng)新技術的投入使用，影響工程質量。其次，在施工現(xiàn)場時，施工管理人員缺乏強烈的管理監(jiān)督意識，針對材料的定期檢查與妥善保管護理意識薄弱，進而使施工質量難以得到保證。同時管理人員容易忽視施工現(xiàn)場安全管理問題，不僅極易引發(fā)安全事故，而且造成施工進度延誤，降低施工效益。

而針對裝配式建筑施工管理，在前期施工設計碰撞檢查中，若僅用傳統(tǒng)的二維圖紙來進行誤差檢查，則對專業(yè)人員要求高且效率低。其次不僅需檢查各專業(yè)之間的碰撞，預制構件連接節(jié)點的鋼筋碰撞也是十分重要[1]。除此之外，雖然目前我國頒布的建筑行業(yè)標準與規(guī)范愈來愈完善，但在裝配式建筑施工中預制構件的設計與生產標準化還需提升，使能進一步加大對構件質量的管理強度。由于裝配式建筑建造環(huán)節(jié)多且復雜，從而施工中設計、生產、管理、裝配各過程難以實現(xiàn)一體化有效銜接，工業(yè)化進程發(fā)展慢。同時，在裝配式建筑建造全過程中，參與工程各方產生的圖紙、合同文件、招投標文件等資料不計其數(shù)，海量管理數(shù)據(jù)不僅需要巨大的存儲空間與挖掘平臺，還需要在建設全過程進行點對點傳遞[2]。又因傳統(tǒng)裝配建造方式的信息傳遞速度慢，參與主體間不便進行良好的信息協(xié)調交流。由此，裝配式建筑施工管理中存在的問題使得裝配式建筑的種種優(yōu)勢難以充分發(fā)揮，發(fā)展進程受到阻礙。

2 BIM 技術在預制裝配式建筑施工管理中的具體應用

2.1 BIM 技術

BIM 是一種基于CAD 的多維模型信息集成技術。基于BIM 技術，通過構建三維可視化模型和建立數(shù)據(jù)庫，將構件與當前的信息狀態(tài)關聯(lián)起來，則工程信息可以動態(tài)化直觀地展現(xiàn)給參與各方，同時使管理者能夠直接找到問題所在位置并進行深化整改。BIM 技術所具有的可模擬性也可以幫助裝配式建筑提前規(guī)避施工設計方案中存在的問題隱患，減少返工和資源消耗，降低建筑成本。在招投標階段，借用BIM 計量計價軟件，使工程量清單達到精細化水準。有利于整個投標報價過程科學、高效地進行，并降低一定量風險。而構建BIM 技術平臺則有助于參與主體間進行有效協(xié)同管理，信息數(shù)據(jù)及時交換，令施工各階段能夠進行有效搭接。BIM 技術的應用不僅符合我國綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢，還能推動建筑業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，使行業(yè)能夠快速升級轉型，提升生態(tài)和經(jīng)濟效益。

2.2 BIM 在裝配式建筑施工環(huán)節(jié)構件設計中的應用

BIM 技術在裝配式建筑中的應用可體現(xiàn)在構件設計方面，設計人員可以利用REVIT 軟件建立各部品部件族庫，通過編輯各類型構件的屬性，建模時將構件的數(shù)量、尺寸、規(guī)格、形狀、技術指標等預制數(shù)據(jù)信息輸入數(shù)據(jù)平臺[3]，使其符合標準化、模數(shù)化要求。之后在工廠的構件生產階段中，其標準化特點不僅可以提高生產效率，還可以降低模具的使用成本，提高模具的使用周轉率，達到綠色環(huán)保的效果。但是隨著社會不斷發(fā)展，建設方將會對建筑外觀的審美要求越來越高，提出建筑外觀形象的多元標準。而BIM 技術的應用可以對構件進行參數(shù)化設計，借用軟件準確創(chuàng)建復雜的異形構件。在三維視圖中模型將明晰地傳達設計理念，滿足社會發(fā)展需求的同時還將展現(xiàn)建筑外觀設計的視覺美。并且若企業(yè)在不同的裝配式建筑項目中不斷應用BIM技術，未來將可以創(chuàng)建內部各種類型不一的構件族庫。今后可直接應用于其他裝配式建筑工程項目中，省時省力，以便再次提高工程效率。

2.3 BIM 技術在施工模擬中的應用

BIM 技術將基于二維圖紙建立三維模型，更直觀、立體地向設計師展示整個建筑的外觀形態(tài)，并進行可視化管理。設計人員還能通過不同角度剖切建筑來查看建筑內部具體情況，提前發(fā)現(xiàn)內部設計錯誤，以免施工階段期間造成多次返工。其次，設計人員還可以在軟件中根據(jù)提供的施工總平面圖設計出施工現(xiàn)場三維布置圖，模擬預制構件堆放位置是否有利于施工人員在現(xiàn)場進行有序裝配，減少二次搬運；查看是否有助于裝運車在施工現(xiàn)場的有序出入；對周圍建筑產生的影響能否達到最小等。這些優(yōu)勢均可以使用BIM 技術模擬三維場布來實現(xiàn)。不僅如此，管理人員還可以在模型中進行實時動態(tài)監(jiān)測，對施工進度進行動畫模擬演示。相較于傳統(tǒng)的先制定施工方案后編制進度計劃，再通過制作甘特圖將工程進度與實際進度做對比的管理措施，通過BIM 技術展現(xiàn)建筑搭建的完整動畫演示過程，并與實際施工進度相比較，使施工管理人員能較好掌控工期進度，確保每個工程建設階段的工期都能按計劃如期推進。以此看來，BIM 技術于施工模擬中的應用在實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)可視化管理的同時，還能對施工的不同環(huán)節(jié)、不同部分進行準確預測，幫助管理人員控制施工進度，減少資源浪費[4]。

2.4 利用BIM 技術減少建筑施工中的碰撞問題

一般情況下，若只是按照傳統(tǒng)方式通過CAD 二維平面圖紙來進行碰撞檢查，則效率低下且很難發(fā)現(xiàn)碰撞問題。當各個專業(yè)同時進行工作，則或多或少都避免不了專業(yè)間發(fā)生施工碰撞、作業(yè)交叉的問題。故可以借用軟件建立三維模型，找出碰撞位置，在此基礎上再進行二次深化設計。如在REVIT 軟件中，將模型導入后，點擊碰撞檢查命令，選擇檢查和碰撞對象的類型。例如裝配式建筑預制構件間的主要碰撞是節(jié)點處的鋼筋碰撞，如梁柱節(jié)點、梁板節(jié)點以及預制板板間節(jié)點等[5]。操作完畢后，軟件將自動展示碰撞信息列表，然后選擇生成不同格式的完整碰撞報告。導出的報告中將詳細且正確描述碰撞位置點，還能自動導出數(shù)張各個位置的碰撞詳圖，碰撞點也被自動標紅。這一優(yōu)勢給提前識別專業(yè)碰撞、構件節(jié)點交叉提供了極大幫助，取得事半功倍的效果。除此之外，在管線綜合模型中，借助“所見即所得”優(yōu)勢，還能進行凈高分析，查看各管線是否滿足建筑中凈高要求。于全專業(yè)綜合優(yōu)化模型中，將土建、機電等模型統(tǒng)一鏈接進入軟件，為各專業(yè)管線自動設置管線避讓，在構件上一鍵開洞套管，由此進一步完善全專業(yè)綜合模型。

2.5 BIM 技術在建筑運維上的應用管理

工程項目的運維管理是提升施工質量的關鍵環(huán)節(jié)，是占據(jù)項目全生命周期的主要部分?；贐IM 技術平臺，將裝配式建筑中的構件與其具體的信息和數(shù)據(jù)相關聯(lián)，并對整個過程進行實時監(jiān)控，使運維管理者能夠準確發(fā)現(xiàn)構件質量問題，及時消除安全隱患，并定期實施維護保養(yǎng)措施。傳統(tǒng)運維管理方式存在的資料信息量多且查詢困難、各專業(yè)信息互不融通等問題[6]，借用BIM 技術均可以得到有效改善。例如構建BIM 運維平臺，建立各方共享的實時數(shù)據(jù)庫，使其可以協(xié)同化管理數(shù)據(jù)信息，促進各專業(yè)間順暢有效溝通。有序管理數(shù)字化信息并及時刪除冗余不必要數(shù)據(jù)，完善管理措施，提升運維管理水平。在安全檢查工作中，相關人員還可以在平臺上錄入問題與安全巡檢點，記錄巡檢頻率，并一鍵生成二維碼隨時查閱巡檢信息，方便快捷，優(yōu)化巡檢質量。應急預案管理在后期運維管理中也十分重要，可在生成的三維模型里模擬火災動畫，根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)信息制作火災逃生路線，對應急管理方案做出評估，降低突發(fā)事件帶來的風險或資產損失。

2.6 BIM+3D 打印技術在施工過程中的綠色應用

BIM 技術可以優(yōu)化與改善施工設計方案中的細節(jié)部位，而若僅僅采用BIM 技術則只能通過屏幕前數(shù)據(jù)化三維模型呈現(xiàn)給全過程施工人員，物理體驗感方面得不到滿足，也使得各業(yè)主對裝配式建筑的應用優(yōu)勢仍處于觀望狀態(tài)，不敢大力創(chuàng)新投資。而與3D 新型制造技術的融合，使三維模型得到更立體的展示。建筑3D 打印技術的優(yōu)勢在于可以降低環(huán)境污染，減少能源消耗。而BIM 與3D 打印技術的聯(lián)合，能更好地設計、降低成本和有效隔離結構[7]。

在裝配式建筑中，首先借助BIM 信息技術搭建三維模型，然后利用3D 打印機將模型中的構件各模塊部分按照比例要求打印出實體，即模擬工廠中預制構件的快速批量生產過程。再在此基礎上，做好裝配工作。這一過程即也可以向更多業(yè)外人員展示裝配式建筑的整個設計、生產、施工、運維環(huán)節(jié)，使得裝配式建筑整體優(yōu)越性得以呈現(xiàn)，也可以促進裝配式建筑在我國建筑市場上得到更加廣泛的應用。為迎合建筑設計美學的多元化發(fā)展，則對于異形外觀裝配式建筑，BIM 和3D打印技術的融合應用將為其在實際施工中提供更直觀的模擬演示。首先在軟件中按照尺寸、形狀、材質等對應參數(shù)要求一一將構件繪制出，建立各類型構件族庫，再選擇成本低、環(huán)境友好型材料，通過3D 打印機將復雜的異形結構構件打印出，再模擬拼裝，然后進行承載力測試，檢測異形構件是否滿足承載力要求。除此之外，為防止出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，各專業(yè)如機電、暖通、給排水、噴淋、電氣等，在軟件中提前輸入各專業(yè)數(shù)據(jù)信息，建立各管線設備模型，以檢測碰撞。再通過3D 打印機將管線設備等按比例打印出實體，憑借實體的物理模型查看是否還有部分細節(jié)位置處存在碰撞，使優(yōu)化完善設計方案，減少返工以及二次深化設計，防止成本增加以及工期延誤。而在未來，我們將直接通過BIM 與3D 打印技術，于前期實現(xiàn)物理模型展示后，再按照實際比例尺寸相應打印，達到構件自重輕、簡化以往傳統(tǒng)的煩瑣施工方式的效果，使建筑材料更加綠色、環(huán)保，施工安全問題也能得到保證。

3 結語

本文對BIM 技術在裝配式建筑施工管理中的應用進行論述，可以看出BIM 技術與裝配式建筑施工管理的有效結合，在一定程度上彌補了裝配式建筑的缺陷。創(chuàng)建構件族庫，促進標準化設計預制構件。專業(yè)人員可利用三維模擬功能進行可視化管理，通過三維場布優(yōu)化資源配置，有效管控施工進度。通過碰撞檢查，避免前期設計不合理導致返工或施工階段出現(xiàn)各專業(yè)間作業(yè)交叉現(xiàn)象。信息共享和實時數(shù)據(jù)化管理使施工后期運營維護措施更加科學合理，效率質量也得到相應提升。BIM 和3D 技術的結合，不僅能推動建筑的智能化、數(shù)字化、信息化發(fā)展，還能降低碳排放，彰顯我國建筑業(yè)的綠色發(fā)展理念。而于2020 年，為滿足疫情防控需求，中國向世界展示了獨特的建造速度。BIM 與裝配式建筑的結合應用，使火神山、雷神山兩所醫(yī)院幾乎是拔地而起。不僅施工質量要加以控制，工期進度也十分緊迫。其中BIM 技術為施工深化設計節(jié)約了大量時間、人工成本，加之裝配式建筑施工速度快，工期短，項目于十多天內便完工。而這次項目的成功也向中國建筑市場展示了BIM 與裝配式建筑實際施工中的深度融合具有的獨特優(yōu)勢與良好的發(fā)展前景?？傮w而言，BIM 技術在裝配式建筑施工管理中的運用將促進裝配式建筑在我國得到更廣泛的應用，為實現(xiàn)建筑強國助力。