BIM技術(shù)在裝配式建筑中的全過程管理應(yīng)用

李波

【摘要】裝配式建筑作為一種新型的建筑模式，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯。BIM技術(shù)引入我國后，得到了快速發(fā)展，并在設(shè)計(jì)，生產(chǎn)以及施工階段起著領(lǐng)跑者的作用。我國部分地區(qū)已經(jīng)開展推行利用BIM進(jìn)行裝配式建筑的應(yīng)用，本文通過對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑中從前期設(shè)計(jì)到后期管理全方位的跟蹤研究，將裝配式建筑的全過程管理應(yīng)用作為核心，提供完善的設(shè)計(jì)步驟和研究方向，并確保研究成果的最大化，還適當(dāng)擴(kuò)展了裝配式建筑的研究邊界，完善BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用的思路和方法，具備一定的理論意義和實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;BIM技術(shù);裝配式建筑;全過程管理

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.036

一、BIM相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)

1、BIM技術(shù)的概念

BIM的意義在于，當(dāng)模型建立時(shí)，由于各個(gè)參與方在同一個(gè)交流平臺(tái)，高質(zhì)量的信息共享可以解決參數(shù)變化的問題，以及管道中的碰撞檢查等等。BIM的概念可以用三句話來概括：BIM以3D模型的數(shù)字方式收集整個(gè)項(xiàng)目中的所有信息。BIM屬于信息摘要機(jī)構(gòu)，或者是建設(shè)活動(dòng)各階段參與組織之間合作的重要平臺(tái)，用于提取信息，實(shí)現(xiàn)BIM平臺(tái)上信息的實(shí)時(shí)傳輸。建設(shè)項(xiàng)目的參與者通過修改，補(bǔ)充和更新每個(gè)專業(yè)模型中的信息來優(yōu)化工作，并加強(qiáng)各個(gè)職業(yè)之間的聯(lián)系和工作交流。

2、BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)的特點(diǎn)表現(xiàn)在信息集成化、工作過程的可傳遞性、協(xié)同設(shè)計(jì)的充分支持和優(yōu)化性等方面。

（1）信息集成化

BIM技術(shù)特征的信息集成一般表示在以下部分，第一個(gè)是設(shè)計(jì)鏈接，第二個(gè)是特定信息，信息模型是信息收集的重要橋梁。因此，建筑行業(yè)的這種模型是所有項(xiàng)目數(shù)字化的結(jié)果。應(yīng)從全面的角度將專業(yè)數(shù)據(jù)和內(nèi)容填入模型中。由計(jì)算機(jī)3D模型生成的數(shù)據(jù)庫是該模型中最重要的部分。該模型主要包含多個(gè)部分，如建筑體的內(nèi)部空間關(guān)系和幾個(gè)部分的存儲(chǔ)。BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)過程和特定信息的整合完全放棄了原有的CAD方法，具有在設(shè)計(jì)領(lǐng)域不可忽視的積極影響和實(shí)用價(jià)值。

（2）工作過程的可傳遞性

工作流程的可轉(zhuǎn)移性是BIM技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)和功能。眾所周知，BIM技術(shù)應(yīng)用的最重要特征是在項(xiàng)目數(shù)據(jù)中建立時(shí)間敏感的集體關(guān)系。同樣值得注意的是，同一建筑模型可以以多種方式使用，例如BIM模型可以直接用于建筑模擬，結(jié)構(gòu)研究和其他部分。在上述過程中，不僅工作人員的壓力減小，而且程序設(shè)計(jì)部分的整體效率也可以得到提高。

（3）協(xié)同設(shè)計(jì)的充分支持

BIM系統(tǒng)是一種重要的新設(shè)計(jì)工具。它可以在設(shè)計(jì)時(shí)為每個(gè)組織和每個(gè)環(huán)節(jié)建立良好的合作渠道，并為項(xiàng)目的相關(guān)處理方準(zhǔn)備充分和現(xiàn)實(shí)的信息和內(nèi)容。BIM技術(shù)主要體現(xiàn)了“全面支持協(xié)同設(shè)計(jì)”的優(yōu)勢(shì)，使工程師之間的交流變得方便，合作也變得更為融洽，更重要的是可以有效縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高綜合水平，提高最終的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）優(yōu)化性

因?yàn)榻ㄖ?xiàng)目的設(shè)計(jì)和完成都是一個(gè)動(dòng)態(tài)且需要不斷優(yōu)化的過程，所以在起初的設(shè)計(jì)，施工包括后期的運(yùn)營方面必然會(huì)受到信息多而復(fù)雜，時(shí)間不確定性等等，而借助BIM技術(shù)可以進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

二、BIM技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用路徑

1、設(shè)計(jì)階段

與當(dāng)前的裝配式建筑模式相比，傳統(tǒng)模式下主要采用的是DBB模式，即按照順序各參與方依次投入，經(jīng)歷業(yè)主招標(biāo)、設(shè)計(jì)單位完成圖紙、招投標(biāo)確定總包方、配備材料、施工、監(jiān)理單位驗(yàn)收等幾個(gè)階段。在這種DBB模式下，有許多單位如物流、施工以及構(gòu)件廠等并沒有提前參與到設(shè)計(jì)中來，這就會(huì)造成后期設(shè)計(jì)與施工可能存在差異、脫節(jié)，導(dǎo)致后影響后期施工進(jìn)度、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本的層架、質(zhì)量難以保證等。而引入BIM技術(shù)，可以建立構(gòu)件參數(shù)化族庫，完善設(shè)備、PC構(gòu)件庫。這些基礎(chǔ)性的工作完成后，設(shè)計(jì)人員在參與不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，直接調(diào)用，以此來實(shí)現(xiàn)快速出圖。

（1）初步方案設(shè)計(jì)

（1）構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化。裝配式建筑設(shè)計(jì)初期，需要羅列出可能用到的構(gòu)件，并通過建立構(gòu)件庫存放需要用到的構(gòu)件，目的是為了滿足構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。通過BIM技術(shù)可以完成裝配式建筑中外墻、內(nèi)墻、陽臺(tái)和樓梯等部件的標(biāo)注化設(shè)計(jì)，所形成的構(gòu)件庫如下圖1所示。

（2）戶型標(biāo)準(zhǔn)化。裝配式建筑在部品與構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，根據(jù)需求建立不同的戶型樣式，顯而易見，在如今購房群體需求多樣化的市場(chǎng)環(huán)境下，模塊化的設(shè)計(jì)可以最大程度的利用現(xiàn)有資源，組合出不同的戶型，形成了豐富多樣的建筑風(fēng)格，如下圖2所示。

（2）構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)

裝配式建筑的整體設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行構(gòu)建的拆分。根據(jù)之前建立的構(gòu)件庫，選取構(gòu)件進(jìn)行裝配，當(dāng)構(gòu)件滿足裝配率要求時(shí)，在進(jìn)行拆分。拆分時(shí)要合理設(shè)置好構(gòu)件的相應(yīng)參數(shù)，還需要考慮現(xiàn)場(chǎng)的吊裝能力等，如下圖3所示。利用PKPM-PC軟件進(jìn)行手動(dòng)地修改預(yù)案構(gòu)件的尺寸，對(duì)建立墻預(yù)制構(gòu)件的起點(diǎn)與長度進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，目的為了減少構(gòu)件的重量，使其滿足吊裝的重量要求。

（3）構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

（1）碰撞檢測(cè)與模型優(yōu)化：BIM模型建立后，需要對(duì)其進(jìn)行碰撞檢測(cè)，對(duì)其中的碰撞進(jìn)行查看，如下圖4所示。

（2）預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)在拆分設(shè)計(jì)完成后，可利用PKPM-PC軟件的深化設(shè)計(jì)模塊對(duì)梁，板，柱和墻的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如下圖5所示。

2、生產(chǎn)階段

在裝配式建筑構(gòu)建的生產(chǎn)中，技術(shù)人員在二維平面上進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)加工。因?yàn)槎S圖紙上所反映出的信息十分有限，這種方法有可能出現(xiàn)錯(cuò)解、誤解設(shè)計(jì)意圖的情況。BIM攜帶的信息貫穿于整個(gè)建筑周期。借助BIM技術(shù)可以將裝配式建筑中所有部件的詳細(xì)信息共享給生產(chǎn)單位，傳遞的方式可以是三維信息化模型、也可以是二維深化圖紙。通過BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GPS定位系統(tǒng)基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑構(gòu)建的生產(chǎn)、出廠和運(yùn)輸進(jìn)行追蹤。項(xiàng)目各參與方及時(shí)溝通，及時(shí)查詢各個(gè)工作完成情況和安排本單位下一步的工作。具體如下圖6所示。

（1）構(gòu)件生產(chǎn)前準(zhǔn)備

BIM技術(shù)此時(shí)所表現(xiàn)出的最大優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行三維建模，將構(gòu)建的參數(shù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化形成實(shí)物，這樣就可以方便生產(chǎn)人員的理解。由于BIM在建立模型的同時(shí)要考慮到各類構(gòu)件的三維模型，并給出對(duì)性的參數(shù)和材料。由此建立的模型必須要經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，直到模型驗(yàn)證通過，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確真實(shí)。

（2）預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)卸載前，本單位的質(zhì)量管理部門及時(shí)按編號(hào)和批次檢查并及時(shí)上傳信息管理平臺(tái)。BIM數(shù)據(jù)庫具有強(qiáng)大的信息處理能力，其可以對(duì)掃描后的RFID標(biāo)簽進(jìn)行分辨，并提取其中有效的信息。供應(yīng)商可以根據(jù)具體情況調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，避免了材料的浪費(fèi)。

（3）構(gòu)件運(yùn)輸階段

施工單位根據(jù)裝配式建筑當(dāng)前的施工進(jìn)度來組織構(gòu)件的運(yùn)輸計(jì)劃，生產(chǎn)管理人員通過手持閱讀器或移動(dòng)端查詢、定位需要運(yùn)輸?shù)臉?gòu)件，記錄預(yù)制構(gòu)件的當(dāng)前信息。構(gòu)件的運(yùn)輸線路也需要綜合多方信息，如：施工現(xiàn)場(chǎng)的位置、高速公路的線路和高速公路的出入口等。BIM技術(shù)擁有強(qiáng)大的信息集成功能與GIS技術(shù)的結(jié)合，可迅速查閱工地現(xiàn)場(chǎng)周圍情況，生產(chǎn)三維地形圖，根據(jù)三維地形圖分析工地周圍運(yùn)輸路線，合理確定運(yùn)輸路線。

3、施工階段

（1）構(gòu)件進(jìn)度管理

（1）進(jìn)度管理體系架構(gòu)信息來源于從設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的設(shè)計(jì)信息與在施工過程中利用RFID實(shí)時(shí)采集的狀態(tài)信息，根據(jù)構(gòu)件進(jìn)度管理過程中的信息需求，提出進(jìn)度管理體系結(jié)構(gòu)，對(duì)裝配式建筑構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)度管理。

信息收集與傳遞：裝配式建筑構(gòu)件的基本信息都有固定的存儲(chǔ)方式，并以EXCEL表格的形式來進(jìn)行記錄，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件則是通過RFID標(biāo)簽進(jìn)行記錄。

信息提取與分析：在裝配式建筑的構(gòu)建進(jìn)度管理中，核心環(huán)節(jié)是提取構(gòu)件的詳細(xì)信息。BIM通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RFID的集成獲取裝配式構(gòu)件的計(jì)劃信息與實(shí)際信息，可以通過設(shè)置查詢條件統(tǒng)計(jì)不同階段或某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)裝配式構(gòu)件實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。

（2）構(gòu)件質(zhì)量管理

現(xiàn)澆式建筑從始至終的施工地點(diǎn)都只有一處，其質(zhì)量控制基本固定在施工現(xiàn)場(chǎng)。但裝配式構(gòu)件施工地點(diǎn)不同，一個(gè)是構(gòu)件的生產(chǎn)廠，另一個(gè)則是施工地點(diǎn)的裝配現(xiàn)場(chǎng)。裝配式建筑的一大特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，這的確提高了構(gòu)件的生產(chǎn)效率。而一個(gè)裝配式建筑項(xiàng)目中，涉及大量的構(gòu)建，且部分構(gòu)建在尺寸上沒有太大差別。為了保證裝配式建筑的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，結(jié)合裝配式建筑施工特點(diǎn)與需求，借助BIM技術(shù)可以構(gòu)建起質(zhì)量管理框架。

質(zhì)量控制架構(gòu)將施工階段的質(zhì)量管理分為施工準(zhǔn)備階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段、現(xiàn)場(chǎng)裝配階段和質(zhì)量驗(yàn)收階段。

（1）施工準(zhǔn)備階段在裝配式建筑施工過程中，裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)是以工廠為基礎(chǔ)的規(guī)?；a(chǎn)。如果在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)部分構(gòu)建出現(xiàn)尺寸問題，無法安裝到建筑主體中，那么這些構(gòu)建只能報(bào)廢。

深化設(shè)計(jì)深化設(shè)計(jì)：對(duì)于裝配式建筑施工階段十分關(guān)鍵。在這一階段，通過深化設(shè)計(jì)讓生產(chǎn)方獲得精確詳細(xì)的圖紙，有效的較少了鋼筋和預(yù)埋件的錯(cuò)放問題

模擬施工方案：深化設(shè)計(jì)完成以后，并不代表該套設(shè)計(jì)方案就可以順利提供給施工單位。施工中往往存在諸多不確定因素，通過對(duì)完成后的施工方案進(jìn)行模擬，可以幫助管理人員通過模擬的施工方案提前發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，減少不必要的損失。

（2）構(gòu)件生產(chǎn)階段

裝配式建筑施工階段是從構(gòu)件廠開始的，在構(gòu)件廠生產(chǎn)的構(gòu)件質(zhì)量將會(huì)直接影響到之后現(xiàn)場(chǎng)裝配的質(zhì)量。在構(gòu)件的生產(chǎn)階段，主要是確保一線生產(chǎn)人員可以得到準(zhǔn)確的參數(shù)信息，以此來指導(dǎo)生產(chǎn)。

精確獲取生產(chǎn)信息：裝配式建筑構(gòu)件在設(shè)計(jì)中，已經(jīng)生成了詳細(xì)的參數(shù)?？梢詮哪Ｐ椭兄苯硬榭磁c生產(chǎn)相關(guān)構(gòu)件的基本信息。

模具數(shù)字化設(shè)計(jì)：裝配式建筑構(gòu)件是由模具設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出模具后，才可以組織規(guī)?；a(chǎn)。根據(jù)建立好的裝配式構(gòu)件模型來進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，能夠盡可能確保構(gòu)件模具制作的精細(xì)度。

（3）現(xiàn)場(chǎng)裝配階段

質(zhì)量驗(yàn)收：即使在構(gòu)件出廠時(shí)，技術(shù)人員已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行過質(zhì)量檢驗(yàn);但是施工現(xiàn)場(chǎng)所反饋到平臺(tái)上的參數(shù)碎石都在變化。因此，在構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，仍然會(huì)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的方法是通過掃描RFID標(biāo)簽，快速讀取裝配式構(gòu)件質(zhì)量管理數(shù)據(jù)，提高驗(yàn)收效率。

裝配過程質(zhì)量控制：就裝配式建筑來說，裝配式的質(zhì)量直接影響著結(jié)構(gòu)的整體性。在構(gòu)件裝配的過程中，通過手持終端掃描上面的RFID標(biāo)簽，獲取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)裝配的具體操作流程以及裝配質(zhì)量控制要點(diǎn)，并借助GPS來對(duì)構(gòu)件進(jìn)行定位，以此來判斷裝配是否到位。

（4）質(zhì)量驗(yàn)收階段

在質(zhì)量驗(yàn)收階段，主要涉及兩項(xiàng)內(nèi)容;其一是構(gòu)件裝配質(zhì)量，其二是裝配過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

“無紙化”施工質(zhì)量驗(yàn)收：現(xiàn)場(chǎng)的裝配信息通常以圖片或者文字傳輸至平臺(tái)，平臺(tái)自動(dòng)判斷是否通過驗(yàn)收，是否符合規(guī)范要求。這種無紙化驗(yàn)收避免了人工參與和數(shù)據(jù)記錄有誤情況。

質(zhì)量問題的處理和總結(jié)：借助質(zhì)量控制架構(gòu)，施工中出現(xiàn)的問題要進(jìn)行分析和討論，對(duì)工程上出現(xiàn)的質(zhì)量問題要進(jìn)行概括匯總并分類存儲(chǔ)?；贐IM數(shù)據(jù)庫，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題進(jìn)行更加科學(xué)的分析。

4、運(yùn)營階段

對(duì)裝配式建筑的設(shè)備進(jìn)行信息化管理中，設(shè)備的使用和維護(hù)也是極其重要的，盡量延長設(shè)備的使用壽命，保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，是進(jìn)行后續(xù)的信息化管理的關(guān)鍵。在裝配式建筑的后續(xù)運(yùn)營中，管理人員可以通過手持終端掃面設(shè)備上的RFID標(biāo)簽，由此將設(shè)備的具體型號(hào)、參數(shù)、安裝時(shí)間、檢修記錄錄入到BIM模型中;如果設(shè)備出現(xiàn)故障，檢修人員可以通過掃描RFID標(biāo)簽，獲得該設(shè)備的詳細(xì)信息。借助BIM技術(shù)，維修人員可以快速趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，并在設(shè)備信息管理系統(tǒng)中調(diào)用配件的信息，實(shí)現(xiàn)快速查找和領(lǐng)取。

（1）空間信息化管理

在國家大力推廣綠色建筑和環(huán)保材料的環(huán)境下，建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排已經(jīng)成為各個(gè)參與方必須要面對(duì)的問題。建筑的節(jié)能減排是建造方法和后期運(yùn)營維護(hù)共同努力完成的，兩者缺一不可。因?yàn)锽IM技術(shù)是現(xiàn)實(shí)和虛擬相結(jié)合的技術(shù)，通過對(duì)空間區(qū)域的劃分，來觀察空間的使用情況的。

（2）應(yīng)急信息化管理與決策

在現(xiàn)代化的建筑中，消防應(yīng)急設(shè)備的智能化程度已經(jīng)非常高，但是對(duì)這些設(shè)備的管理才是關(guān)鍵。將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑中，遇到突發(fā)情況時(shí)，BIM系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)三維可視化技術(shù)可以迅速呈現(xiàn)發(fā)生危險(xiǎn)的地方并傳達(dá)給救援人員，確保最短時(shí)間解救被控傷員。

結(jié)論：

傳統(tǒng)的建筑模式，不僅能耗較高，施工周期長，管理難度大;而且不同環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差和風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)象尤為普遍。在國家推行綠色建筑的倡議下，裝配式建筑順利推出，并體現(xiàn)出一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，也要意識(shí)到裝配式建筑的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的確很明顯，但是在我國還處于發(fā)展初期，其實(shí)際應(yīng)用和推廣還存在諸多難題。BIM技術(shù)可以對(duì)裝配式建筑中的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真，并可以持續(xù)為所有環(huán)節(jié)的工作提供優(yōu)化依據(jù)。

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