工程總承包背景下BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用

狄明煜

（湖北省城建設(shè)計院股份有限公司，武漢 430050）

1 引言

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，高質(zhì)量建設(shè)、低成本高效益施工成為不同建筑領(lǐng)域的重要趨勢。同時為實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護、資源重復(fù)利用與綠色可持續(xù)發(fā)展，建筑行業(yè)也在探尋全新的工程施工方式[1]。在工程總承包背景下，裝配式建筑工程、BIM技術(shù)有機結(jié)合得到廣泛的認可與肯定。但是，裝配式建筑工程在施工過程中仍存在一些難以解決的問題，如模塊化組裝、標準制造、難以在現(xiàn)場更改，以及裝配式建筑工程的復(fù)雜程度較高。因此，如何在裝配式建筑工程中應(yīng)用BIM（Building Information Modeling）技術(shù)，提高施工效率，降低建設(shè)成本，優(yōu)化工程質(zhì)量和安全管理是需要重點關(guān)注的問題。BIM 技術(shù)能夠通過模型的建立、分析和優(yōu)化，與設(shè)計、施工、監(jiān)管、維護等參建方進行深入交流，實現(xiàn)整個裝配式建筑工程的全過程管理[2]。在這個過程中，可以結(jié)合實際情況進行系統(tǒng)性分析和研究，將BIM 技術(shù)完美地應(yīng)用于裝配式建筑工程中，實現(xiàn)工程總承包模式下BIM 技術(shù)的最佳運用。

2 裝配式建筑與工程總承包模式

2.1 工程總承包模式

工程總承包模式作為廣受好評的施工方式之一，尤其是在建造項目設(shè)計和實際施工平行發(fā)包可能導(dǎo)致分割的情況下，這種模式可以使建筑工程從設(shè)計到構(gòu)件生產(chǎn)、從施工到試運行，全權(quán)委托給一家總承包商負責(zé)，有助于提高效率和質(zhì)量?？偝邪虈栏褡袷睾贤赃_到預(yù)期目標，同時控制成本，在不同單位之間建立聯(lián)系。因此，在目前的建筑工程施工的選擇中，通常更傾向于選擇工程總承包模式。

2.2 裝配式建筑工程的特點

裝配式建筑工程則與傳統(tǒng)建筑工程差異明顯，裝配式建筑則是將樓板、陽臺等建筑構(gòu)件與配件在工廠進行大規(guī)模加工后，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過機械連接等方式現(xiàn)場組裝以及安裝[3]。與一般建筑工程的區(qū)別如圖1 所示。

圖1 裝配式建筑工程特點

在設(shè)計理念中，裝配式建筑工程是基于工業(yè)化生產(chǎn)的模式進行設(shè)計，強調(diào)設(shè)計標準化和模塊化，以便于生產(chǎn)和拼裝，并且由于發(fā)包方式明確，在建筑材料施工過程中，責(zé)任歸屬明確，對不同環(huán)節(jié)以及施工過程的銜接與溝通工作可以有效統(tǒng)籌，能更精確解決設(shè)計與施工脫節(jié)等問題。而普通工程則是針對具體情況進行設(shè)計，強調(diào)個性化和定制化。裝配式建筑的施工方式也與一般建筑工程不同，裝配式建筑工程采用預(yù)制構(gòu)件和工廠化生產(chǎn)的方法，在現(xiàn)場進行拼裝，可以快速完成工程。而普通工程需要進行現(xiàn)場施工，需要更多的人力和時間。工程質(zhì)量方面，裝配式建筑工程的構(gòu)件是經(jīng)過工廠生產(chǎn)和檢驗的，具有較高的精度和一致性，不易出現(xiàn)質(zhì)量問題，在拼裝過程中，遇到技術(shù)問題或者質(zhì)量問題，可以做到溯源追蹤。而普通工程因為現(xiàn)場條件各異，存在施工質(zhì)量參差不齊的風(fēng)險。在綠色可持續(xù)發(fā)展方面，裝配式建筑工程采用預(yù)制構(gòu)件，減少了在現(xiàn)場的大量混凝土澆筑和材料切割，減少了噪聲和粉塵污染。而普通工程對環(huán)境的污染較大，特別是在密集城市中施工可能會引起噪聲、塵土揚起等問題。裝配式建筑工程的工程成本相比傳統(tǒng)建筑工程則更低，這是因為裝配式建筑工程的生產(chǎn)和拼裝具有較高的標準化和規(guī)模效應(yīng)，可以降低成本。而普通工程因為需要現(xiàn)場施工和人工等因素，成本較高。因此，裝配式建筑工程是一種更加先進、環(huán)保、高效和經(jīng)濟的建筑工程模式。

3 BIM技術(shù)特點

BIM 技術(shù)作為建筑工程領(lǐng)域中的熱門技術(shù)，應(yīng)用深度和廣度日益增大，在BIM 技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要進行數(shù)字化模型的構(gòu)建，以提高建筑工程設(shè)計水平。BIM 技術(shù)的應(yīng)用過程中，實現(xiàn)了設(shè)計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)、管理環(huán)節(jié)的有效協(xié)調(diào)，有利于提高工程建設(shè)的規(guī)范化及科學(xué)化水平。首先，BIM 技術(shù)具有高效性，可以在不同階段的模型中進行信息匯聚，進而通過模型的變動情況對整個項目的進展及費用進行準確的預(yù)測和控制。這種數(shù)據(jù)的集成和處理能力大大提高了項目的管理效率和質(zhì)量，有效降低了設(shè)計和施工成本。

其次，BIM 技術(shù)具有協(xié)同性。BIM 技術(shù)將建筑設(shè)計人員、工程師以及各個從業(yè)者中的設(shè)計、施工及維護人員連接起來，在項目設(shè)計與施工進度等方面，建筑團隊和設(shè)計團隊能夠保證及時溝通與統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，縮短建筑施工工期的同時，實時更新建筑細節(jié)與施工方案。這種協(xié)同作用大大縮短了合理溝通的時間，減少了合作中可能發(fā)生的如責(zé)任劃分、材料缺損等矛盾，并且提高了整個建筑工程的效率。

然后，BIM 技術(shù)具有綜合性。BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計過程中可以對多個方面進行綜合考慮，從建筑的整個生命周期維度出發(fā)，包括可持續(xù)性和性能分析等諸多領(lǐng)域，經(jīng)過不斷地分析和優(yōu)化，實現(xiàn)了建筑的綜合性能的提升。通過對各個領(lǐng)域的綜合考慮，BIM 技術(shù)達到了讓建筑的設(shè)計方便全面的目的，并且減少了每個環(huán)節(jié)之間的矛盾和摩擦。

最后，BIM 技術(shù)具有可視化和可靠性。BIM 技術(shù)借助三維數(shù)字模型進行數(shù)據(jù)的存儲和通信，并可以通過電子合同來協(xié)調(diào)團隊之間的合作，使得所有的設(shè)計人員可以使用相同的數(shù)據(jù)進行工作。這項技術(shù)還可以對建筑設(shè)計前的部件進行數(shù)據(jù)的預(yù)測，驗證以及較真，確保建筑項目的成功執(zhí)行。

總體而言，BIM 技術(shù)基于高效性、協(xié)同性、綜合性和可視化及可靠性，大大提升了建筑項目的效率和質(zhì)量。

4 工程總承包背景下BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的作用

4.1 全產(chǎn)業(yè)鏈高效整合

BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)整合產(chǎn)業(yè)鏈中的各方參與者，從而更好地協(xié)作、優(yōu)化和設(shè)計生產(chǎn)過程，提高成本效益和質(zhì)量。在建筑設(shè)計階段，從業(yè)者利用BIM 技術(shù)能夠在項目設(shè)計階段直觀地看到三維模型，包括工程項目的建筑造型和組件細節(jié)。工程項目抽象的二維圖紙通過BIM 技術(shù)轉(zhuǎn)化為可視化的三維信息模型。對于設(shè)計師來說，項目設(shè)計師可以通過3D 模型及時發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯誤，特別是在設(shè)計復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)和豐富建筑造型時，BIM 技術(shù)有助于提高施工圖的準確性；對于施工方來說，BIM 技術(shù)可以讓他們更好地理解識讀困難的圖紙。在施工階段，BIM 技術(shù)可以用于調(diào)度和協(xié)調(diào)不同施工專業(yè)之間的協(xié)作，實現(xiàn)工程的高效、協(xié)作施工。在后續(xù)的運營和維護階段，BIM 技術(shù)可以用于建立標準化模型，記錄建筑和設(shè)備的運營數(shù)據(jù)與清單，方便設(shè)備維護及更換?？傮w而言，BIM 技術(shù)在建筑項目中整合產(chǎn)業(yè)鏈資源、優(yōu)化生產(chǎn)效益和提高產(chǎn)業(yè)鏈成員合作水平等方面發(fā)揮著重要的作用。

4.2 工程造價估算更精準

BIM 技術(shù)通過數(shù)字化呈現(xiàn)建筑設(shè)計及各種施工流程，使得建筑工程各個方面能夠精確到位地呈現(xiàn)出來，為工程造價控制提供了可靠的依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。在工程設(shè)計階段，BIM 技術(shù)可以提供更準確的估算成本，有效控制預(yù)算，從而避免因設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致的造價風(fēng)險。在施工階段，BIM 技術(shù)也可以幫助施工單位更準確地估算和控制實際施工過程中的成本，實現(xiàn)施工成本的控制和優(yōu)化。

4.3 建筑施工專業(yè)性保障與信息化集成

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM 技術(shù)的運用，可對施工過程中建筑結(jié)構(gòu)的情況進行模擬，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，并通過預(yù)演、計算實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化，實現(xiàn)施工專業(yè)性。在傳統(tǒng)施工模式下，施工過程中可能存在施工方案變更的問題，這會導(dǎo)致現(xiàn)場浪費、延誤、成本增加等風(fēng)險。而BIM 技術(shù)下，各施工方案的可行性得以提前評估，建筑模型的分析和仿真也能夠有效避免潛在問題的出現(xiàn)。不但可以保證施工方案的正確性和施工流程的順暢性，還可以提高工程的安全性、質(zhì)量穩(wěn)定性和工期控制效率。在施工階段，BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)全過程的數(shù)據(jù)收集、處理和轉(zhuǎn)換，保證施工方案的精確性和可操作性，實現(xiàn)材料進度和施工質(zhì)量的全方位掌控，提高了施工專業(yè)性的保障能力。

4.4 保障控制施工前建筑材料質(zhì)量

BIM 技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑過程中時，可以按照施工進度進行技術(shù)應(yīng)用劃分，如圖2 所示。

圖2 BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑的應(yīng)用分析

如圖2 所示，按照施工進度將BIM 技術(shù)應(yīng)用在3 個不同階段。在工程初期，BIM 技術(shù)可以提供充足的數(shù)據(jù)收集，為項目提供一定的可行性分析與設(shè)計優(yōu)化。在工程造價方面可以合理把控建筑成本。在工程中期，為施工單位提供協(xié)調(diào)與溝通，把控施工進度并確保安全管理有效完善。在工程后期，可以為進行工程驗收與管理、保證工程質(zhì)量評估、整合施工數(shù)據(jù)、維修維護等提供管理方案。BIM 技術(shù)在施工中，尤其是工程組件生產(chǎn)與安裝過程中應(yīng)用廣泛，施工單位得到工程設(shè)計圖后，可以根據(jù)相關(guān)設(shè)計需求與建筑規(guī)定，在施工前進一步控制材料、建筑質(zhì)量工作。

圖3 為BIM 技術(shù)基礎(chǔ)建模并選擇裝配式建筑的門窗，BIM 技術(shù)在門窗施工中的應(yīng)用，可以使得門窗的設(shè)計、制造和安裝更加高效和精確，同時也能夠提升門窗的質(zhì)量和安全性。

圖3 BIM技術(shù)基礎(chǔ)建模示意圖

在門窗施工過程中，BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)門窗設(shè)計的智能化和標準化。傳統(tǒng)門窗設(shè)計需要手工繪制草圖并進行多次修改，具有耗時和誤差大的問題。而通過BIM 技術(shù)，設(shè)計師可以使用相關(guān)軟件直接在3D 模型上進行設(shè)計，從而實現(xiàn)快速、準確的門窗設(shè)計。在設(shè)計過程中，BIM 技術(shù)還能夠提供標準化的模型庫和模板，使設(shè)計師設(shè)計出符合要求的門窗。

其次，BIM 技術(shù)可以提高門窗制造的效率和精度。BIM 技術(shù)可以將設(shè)計好的門窗模型直接傳輸給數(shù)控機床，通過數(shù)控加工技術(shù)制造出符合設(shè)計的門窗構(gòu)件。BIM 技術(shù)可以為門窗等裝配式部件的制造與加工提供準確的量測數(shù)據(jù)，確保門窗的精確度達到施工需求，同時可以避免浪費材料等問題。

最后，BIM 技術(shù)可以提高門窗施工的效率和安全性?；贐IM 技術(shù)的門窗施工方案，可以展現(xiàn)門窗的三維模型。施工人員可以對這個模型進行實時瀏覽，驗證門窗的準確位置和其他細節(jié)，還可以對施工流程進行預(yù)規(guī)劃。施工人員直接在模型上指定相應(yīng)的操作位置，減少了工具的磨損和錯誤，而且降低了人員的工作風(fēng)險，因為施工人員可以預(yù)先識別可能的施工風(fēng)險和場地限制，準確調(diào)整施工流程和掃描范圍，提高門窗施工的安全性和質(zhì)量。

綜上所述，BIM 技術(shù)應(yīng)用在施工技術(shù)中，可以降低裝配式建筑部件施工的成本、提高整個施工過程的效率和質(zhì)量，同時也增強施工安全性。

4.5 保證過程監(jiān)督，提高建筑工程時效性

傳統(tǒng)工程建設(shè)和一般建筑工程通常無法實時監(jiān)督和管理工程質(zhì)量，而是在建造完成后進行評估，這無法充分發(fā)揮監(jiān)管部門的作用。BIM 技術(shù)能有效提高裝配式建筑施工過程中的質(zhì)量，輔助施工單位加強過程監(jiān)督，并對不同施工環(huán)節(jié)進行及時有效的監(jiān)管。各施工單位可以利用BIM 技術(shù)總結(jié)、分析制造過程中遇到的問題，進而產(chǎn)生合理預(yù)測和解決方案。當(dāng)預(yù)制組件到達施工現(xiàn)場時，管理人員應(yīng)該立即對照建筑材料和現(xiàn)場空間，并將材料相關(guān)信息、質(zhì)量狀況及時上傳到BIM 系統(tǒng)中，實現(xiàn)3D 模型到5D 模型的轉(zhuǎn)換。通過獲取建筑材料的多維模型，可以利用計算機進行真實的施工現(xiàn)場模擬，分析各施工環(huán)節(jié)的難度和質(zhì)量要求，從而合理安排施工人員的重點工作范圍。

4.6 設(shè)計優(yōu)化和成本控制

在保證裝配式建筑工程質(zhì)量的背景下，利用BIM 技術(shù)在全權(quán)承包環(huán)境中預(yù)測和分析當(dāng)前市場發(fā)展趨勢。為滿足建筑需求，可以利用BIM 來擬訂詳盡的融資計劃和貸款條款，并采取相應(yīng)的經(jīng)濟策略以防止資金規(guī)劃滯后。在此過程中，建筑企業(yè)可以設(shè)置專項質(zhì)量管理資金并記錄各項支出，以強化科學(xué)管理和完善資金分配環(huán)節(jié)。此外，切實強化人力資源建設(shè)也是關(guān)鍵一環(huán)，建筑企業(yè)應(yīng)投入BIM 技術(shù)的進一步開發(fā)和研究，并持續(xù)為相關(guān)人才提供專業(yè)培訓(xùn)，以此提升BIM 的應(yīng)用技術(shù)水平。

5 結(jié)語

裝配式建筑工程是工程施工的發(fā)展趨勢，與傳統(tǒng)建筑方式相比，在生產(chǎn)和建造方法上有很大的區(qū)別。為了充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢和價值，研究結(jié)合工程總承包模式，將建造、設(shè)計和施工等各方聯(lián)合起來，并根據(jù)BIM 技術(shù)將信息化技術(shù)融入裝配式建筑生產(chǎn)中。研究通過3 個施工階段重點分析不同環(huán)節(jié)下BIM 技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)勢。BIM 技術(shù)應(yīng)用在工程中時，可以保障施工前建筑材料質(zhì)量；保證過程監(jiān)督，提高建筑工程時效性；設(shè)計優(yōu)化和成本控制。目前，許多企業(yè)在施工環(huán)節(jié)中難以優(yōu)化，對BIM 技術(shù)認識不足導(dǎo)致施工時長不能良性縮減。部分企業(yè)則將BIM 技術(shù)作為單一建模配置建筑材料，對綠色可持續(xù)化與成本控制意識不足。如何將BIM 技術(shù)用于推動裝配式建筑實現(xiàn)信息化的創(chuàng)新應(yīng)用，需要進一步深入研究并尋找更多資料和案例進行分析。