BIM技術(shù)在裝配式建筑施工調(diào)度中的應(yīng)用研究

【摘要】為優(yōu)化裝配式建筑施工過程中的調(diào)度效率，文章采用BIM技術(shù)構(gòu)建動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，并研究其在實(shí)際施工中的應(yīng)用。通過分析裝配式建筑的施工特點(diǎn)與調(diào)度需求，設(shè)計(jì)了基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，涵蓋數(shù)據(jù)采集、調(diào)度算法與可視化展示等模塊。研究結(jié)果表明，BIM技術(shù)能夠有效提高施工調(diào)度的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，優(yōu)化資源配置，提升施工管理效率，為智能建筑施工提供了新的思路與方法。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；裝配式建筑；施工調(diào)度；動(dòng)態(tài)調(diào)度

【中圖分類號】TU741 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0089-03

0 引言

隨著建筑業(yè)向高效、智能、綠色方向轉(zhuǎn)型，裝配式建筑因其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)施工調(diào)度方式無法滿足其復(fù)雜性和高效性的要求，而BIM技術(shù)憑借其數(shù)據(jù)集成與可視化優(yōu)勢，為裝配式建筑施工過程中的動(dòng)態(tài)調(diào)度提供了創(chuàng)新性解決方案。本文通過探索BIM技術(shù)在優(yōu)化裝配式建筑施工調(diào)度中的應(yīng)用，提升了施工效率并降低了成本，從而推動(dòng)了建筑行業(yè)管理模式的現(xiàn)代化。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是通過三維數(shù)字建模和信息集成來管理建筑項(xiàng)目的一種技術(shù)手段，涵蓋了建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等多個(gè)階段。BIM技術(shù)通過虛擬模型展示建筑物的外觀和結(jié)構(gòu)，還能集成建筑項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)，包括材料、工藝、施工進(jìn)度、成本預(yù)算等，提供一個(gè)高度集成的管理平臺(tái)[1]。

2 裝配式建筑施工特點(diǎn)及調(diào)度需求

2.1 裝配式建筑施工特點(diǎn)

裝配式建筑是一種以工廠預(yù)制構(gòu)件為主體，通過現(xiàn)場裝配完成建設(shè)的建筑形式。其施工特點(diǎn)與傳統(tǒng)建筑方式有明顯不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化生產(chǎn)是裝配式建筑的核心特征。預(yù)制構(gòu)件通常在工廠內(nèi)生產(chǎn)，精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，能夠有效縮短施工周期。相較于傳統(tǒng)建筑的現(xiàn)場澆筑，裝配式建筑能更好地控制質(zhì)量，并提高施工的可重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)化水平。

2）施工工藝與現(xiàn)場裝配的協(xié)調(diào)性要求較高。由于大部分構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場施工主要是進(jìn)行構(gòu)件的運(yùn)輸、裝配和安裝。因此，施工現(xiàn)場的空間布局、物料運(yùn)輸、吊裝作業(yè)等環(huán)節(jié)需要精確調(diào)度，任何環(huán)節(jié)的延誤都會(huì)導(dǎo)致工期推遲。

3）施工過程中高效協(xié)同是保障項(xiàng)目順利推進(jìn)的關(guān)鍵。由于裝配式建筑施工涉及多個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)，如結(jié)構(gòu)安裝、機(jī)電安裝、裝修等，各團(tuán)隊(duì)之間需要緊密配合，確保各項(xiàng)作業(yè)順利銜接。尤其是對于復(fù)雜項(xiàng)目，調(diào)度和信息管理的精準(zhǔn)性對施工質(zhì)量和進(jìn)度來說非常重要。

2.2 施工調(diào)度難點(diǎn)及信息化需求

裝配式建筑施工調(diào)度的難點(diǎn)主要源于其高復(fù)雜性和精細(xì)化需求。裝配式建筑涉及工廠預(yù)制與現(xiàn)場裝配2個(gè)環(huán)節(jié)，二者要高度銜接，但實(shí)際中經(jīng)常受限于信息傳遞不及時(shí)、構(gòu)件運(yùn)輸計(jì)劃滯后等問題，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和工期延誤。構(gòu)件的種類繁多、規(guī)格復(fù)雜，對施工現(xiàn)場的吊裝、運(yùn)輸和存儲(chǔ)調(diào)度提出了精準(zhǔn)要求，稍有偏差便會(huì)導(dǎo)致整體施工效率的下降。此外，多專業(yè)協(xié)同作業(yè)也增加了施工管理難度，不同專業(yè)工種的進(jìn)度差異時(shí)常導(dǎo)致作業(yè)沖突與資源分配失衡，迫切需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整和實(shí)時(shí)監(jiān)控的手段。而傳統(tǒng)的施工調(diào)度方式無法滿足這些要求，其依賴經(jīng)驗(yàn)和靜態(tài)計(jì)劃的特點(diǎn)，使調(diào)度決策缺乏數(shù)據(jù)支撐和靈活應(yīng)變能力。

基于此，施工調(diào)度的信息化需求日益突出。通過引入BIM技術(shù)，可整合構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸及現(xiàn)場施工等各階段數(shù)據(jù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源配置的實(shí)時(shí)優(yōu)化。尤其是在應(yīng)對突發(fā)情況時(shí)，信息化平臺(tái)可基于實(shí)時(shí)反饋迅速調(diào)整計(jì)劃，保障施工進(jìn)度的連續(xù)性和效率[2]。

3 基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過數(shù)據(jù)集成與可視化管理，提升了裝配式建筑施工過程中的調(diào)度效率和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的總體架構(gòu)通常由數(shù)據(jù)采集、調(diào)度處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和可視化展示4個(gè)主要模塊組成。

1）數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)從現(xiàn)場和相關(guān)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)及安裝進(jìn)度等信息。這一模塊需要與現(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、傳感器以及ERP系統(tǒng)無縫對接，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2）調(diào)度處理模塊是系統(tǒng)的核心，通過智能算法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，生成優(yōu)化的調(diào)度方案。這一模塊需要考慮施工現(xiàn)場的空間與物資條件，還要處理多專業(yè)、多任務(wù)的協(xié)調(diào)調(diào)度，確保各環(huán)節(jié)的無縫銜接。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊能夠動(dòng)態(tài)跟蹤施工進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并調(diào)整調(diào)度策略，保持施工的高效性。

4）可視化展示模塊通過三維模型將調(diào)度結(jié)果以直觀的圖形、圖表等形式展示給項(xiàng)目管理人員。此模塊能夠提升管理人員對施工現(xiàn)場的認(rèn)知能力，還能促進(jìn)不同團(tuán)隊(duì)間的信息共享與溝通。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

在基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集與處理是關(guān)鍵的第一步，其主要目標(biāo)是準(zhǔn)確、高效地收集與處理施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的調(diào)度優(yōu)化提供支撐。數(shù)據(jù)采集模塊通過與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、施工管理系統(tǒng)（如ERP、WMS等）進(jìn)行集成，實(shí)時(shí)收集施工現(xiàn)場各項(xiàng)參數(shù)，包括構(gòu)件的生產(chǎn)狀態(tài)、運(yùn)輸位置、施工進(jìn)度、人員與設(shè)備使用情況等。這些數(shù)據(jù)應(yīng)保證時(shí)效性并具備高精度，以便反映施工的真實(shí)情況。

在數(shù)據(jù)處理階段，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除噪聲并填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，然后根據(jù)特定算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。例如，基于時(shí)間序列預(yù)測的技術(shù)可用來預(yù)測各類資源的需求變化。設(shè)定一個(gè)簡單的線性回歸模型來預(yù)測資源需求量，見式（1）。

3.3 調(diào)度算法設(shè)計(jì)

在基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)中，調(diào)度算法的設(shè)計(jì)是確保施工項(xiàng)目高效推進(jìn)的核心。調(diào)度算法需要考慮多個(gè)變量，如資源可用性、任務(wù)優(yōu)先級、施工進(jìn)度、工期限制及施工現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)變化等。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化，調(diào)度算法必須具備自適應(yīng)性和智能決策能力。常見的調(diào)度算法包括遺傳算法、粒子群優(yōu)化（PSO）算法及蟻群算法等，但在裝配式建筑施工中，由于涉及多任務(wù)的協(xié)調(diào)與資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度，混合優(yōu)化算法具有較高的應(yīng)用潛力。處理多任務(wù)調(diào)度問題的目標(biāo)是最小化總工期，并且滿足每個(gè)任務(wù)的資源約束。假設(shè)有n項(xiàng)任務(wù)，每項(xiàng)任務(wù)i有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，并且每項(xiàng)任務(wù)所需的資源可以從資源池中分配。通過式（3）最小化所有任務(wù)的完成時(shí)間。

式中：為i項(xiàng)任務(wù)所需的資源量；為任務(wù)k所需的所有資源；n為任務(wù)的總數(shù)；k為任務(wù)的編號，取值范圍為；為屬于任務(wù)k的資源集合中的資源i。通過迭代優(yōu)化，算法根據(jù)資源約束和任務(wù)優(yōu)先級動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度，確保在有限的時(shí)間和資源下最小化工期，并有效避免任務(wù)間的沖突。

3.4 可視化展示界面

在基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)中，可視化展示界面是連接施工管理人員與調(diào)度系統(tǒng)的橋梁，將直接影響系統(tǒng)的可操作性與決策效率。該界面的設(shè)計(jì)應(yīng)具備高度的交互性與直觀性，能夠?qū)?fù)雜的施工進(jìn)度、資源分配與調(diào)度策略通過圖形化方式呈現(xiàn)出來。通過BIM三維建模技術(shù)，施工現(xiàn)場的構(gòu)件、人員、設(shè)備及資源等元素均可在虛擬環(huán)境中進(jìn)行可視化展示。這種可視化提高了管理人員對施工狀態(tài)的認(rèn)知能力，還能夠通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，幫助決策者快速識(shí)別問題并進(jìn)行調(diào)整。在界面設(shè)計(jì)中，調(diào)度進(jìn)度常通過甘特圖和施工進(jìn)度條來展示，每個(gè)任務(wù)的進(jìn)度和所需資源的使用情況以動(dòng)態(tài)形式展現(xiàn)。通過建立一個(gè)多維度調(diào)度模型，假設(shè)任務(wù)i的完成時(shí)間為，每個(gè)任務(wù)的資源消耗為，在多任務(wù)i調(diào)度中，任務(wù)的資源需求和開始時(shí)間可以通過式（5）表示。

4 工程實(shí)例應(yīng)用與分析

4.1 項(xiàng)目背景與基本情況

為驗(yàn)證基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用效果，本文選取某大型住宅項(xiàng)目作為工程實(shí)例。該項(xiàng)目位于城市核心區(qū)，建筑總面積約10萬 m2，由多個(gè)高層住宅單元組成，采用裝配式建筑技術(shù)進(jìn)行施工。項(xiàng)目的施工過程中，涉及大量的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場裝配，且工期緊張，資源協(xié)調(diào)復(fù)雜，傳統(tǒng)的施工調(diào)度方式難以滿足其高效性與精確性需求。為提高施工管理的效率，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定引入基于BIM的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，通過資源優(yōu)化與調(diào)度調(diào)整，確保項(xiàng)目按期完成。

該項(xiàng)目的施工特點(diǎn)包括：①構(gòu)件生產(chǎn)與現(xiàn)場裝配的協(xié)調(diào)性要求較高，預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、吊裝等環(huán)節(jié)必須精確調(diào)度；②項(xiàng)目的多專業(yè)協(xié)同作業(yè)要求各施工單位密切配合，施工進(jìn)度也應(yīng)被精準(zhǔn)控制；③項(xiàng)目所涉及的多個(gè)高層單體建設(shè)，在資源使用上具有一定的復(fù)雜性，應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整各類資源的分配。

4.2 施工動(dòng)態(tài)調(diào)度的應(yīng)用過程

在該住宅項(xiàng)目的施工過程中，BIM動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用貫穿了從項(xiàng)目啟動(dòng)到完工的全過程。在項(xiàng)目的初期階段，系統(tǒng)基于BIM進(jìn)行整體施工計(jì)劃的制定，并結(jié)合各項(xiàng)施工任務(wù)的優(yōu)先級、資源需求以及工期要求，生成了初步的施工調(diào)度方案。隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊監(jiān)控現(xiàn)場的進(jìn)度和資源使用情況，動(dòng)態(tài)更新調(diào)度計(jì)劃，確保每個(gè)施工環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。以建筑物的預(yù)制構(gòu)件吊裝為例，初步調(diào)度計(jì)劃顯示吊裝工作預(yù)計(jì)在15 d內(nèi)完成。隨著施工現(xiàn)場的進(jìn)展，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控到某個(gè)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)延誤，導(dǎo)致運(yùn)輸和吊裝作業(yè)出現(xiàn)滯后。通過BIM動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成的調(diào)度方案可以及時(shí)調(diào)整相關(guān)任務(wù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和資源分配，將滯后的構(gòu)件運(yùn)輸和吊裝任務(wù)重新排入合適的時(shí)間段，優(yōu)化了資源配置，還減少了任務(wù)間的沖突與工期延誤，有效避免了整個(gè)工期的延誤，確保了項(xiàng)目整體工期的順利推進(jìn)[4]。

4.3 應(yīng)用效果與綜合評估

應(yīng)用效果的評估主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：資源利用率、施工進(jìn)度控制及成本控制。首先，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度，項(xiàng)目的資源使用效率得到了提升。塔吊和挖掘機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的使用率分別從原計(jì)劃的85%和75%分別提升至92%和80%，有效避免了設(shè)備閑置和資源浪費(fèi)。其次，BIM動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)在施工進(jìn)度的控制上也起到了關(guān)鍵作用[5]。通過自動(dòng)化調(diào)整施工任務(wù)的順序和資源分配，系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)現(xiàn)場突發(fā)問題，避免了工期延誤。然后，成本控制方面，通過精確的調(diào)度和資源管理，項(xiàng)目的整體成本比原計(jì)劃減少約5個(gè)百分點(diǎn)，主要體現(xiàn)在資源的高效利用和避免了延誤帶來的額外費(fèi)用，見圖1。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的動(dòng)態(tài)調(diào)度應(yīng)用有效提升了施工效率，優(yōu)化了資源配置，確保了工期的精準(zhǔn)控制與施工管理的精細(xì)化。未來，隨著BIM技術(shù)與智能化系統(tǒng)的不斷發(fā)展，裝配式建筑施工將實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化。調(diào)度系統(tǒng)的智能化升級將為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供新的解決方案，從而推動(dòng)施工管理模式向更高效、更綠色的方向演進(jìn)。

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[作者簡介]孫景博（1987—），男，山東棗莊人，專科，助理工程師，研究方向：裝配式建筑施工。