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)勢十分明顯。BIM技術(shù)引入我國后，得到了快速發(fā)展，并在設計，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進行裝配式建筑的應用，本文通過對BIM技術(shù)在裝配式建筑中從前期設計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用作為核心，提供完善的設計步驟和研究方向，并確保研究成果的最大化，還適當擴展了裝配式建筑的研究邊界，完善BIM技術(shù)在裝配式建筑中應用的思路和方法，具備一定的理論意義和實踐意義。

【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，當模型建立時，由于各個參與方在同一個交流平臺，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)字方式收集整個項目中的所有信息。BIM屬于信息摘要機構(gòu)，或者是建設活動各階段參與組織之間合作的重要平臺，用于提取信息，實現(xiàn)BIM平臺上信息的實時傳輸。建設項目的參與者通過修改，補充和更新每個專業(yè)模型中的信息來優(yōu)化工作，并加強各個職業(yè)之間的聯(lián)系和工作交流。

2、BIM技術(shù)的特點

BIM技術(shù)的特點表現(xiàn)在信息集成化、工作過程的可傳遞性、協(xié)同設計的充分支持和優(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，第一個是設計鏈接，第二個是特定信息，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目數(shù)字化的結(jié)果。應從全面的角度將專業(yè)數(shù)據(jù)和內(nèi)容填入模型中。由計算機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部分，如建筑體的內(nèi)部空間關(guān)系和幾個部分的存儲。BIM技術(shù)的設計過程和特定信息的整合完全放棄了原有的CAD方法，具有在設計領(lǐng)域不可忽視的積極影響和實用價值。

（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)勢和功能。眾所周知，BIM技術(shù)應用的最重要特征是在項目數(shù)據(jù)中建立時間敏感的集體關(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，而且程序設計部分的整體效率也可以得到提高。

（3）協(xié)同設計的充分支持

BIM系統(tǒng)是一種重要的新設計工具。它可以在設計時為每個組織和每個環(huán)節(jié)建立良好的合作渠道，并為項目的相關(guān)處理方準備充分和現(xiàn)實的信息和內(nèi)容。BIM技術(shù)主要體現(xiàn)了“全面支持協(xié)同設計”的優(yōu)勢，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計時間，提高綜合水平，提高最終的經(jīng)濟效益。

（4）優(yōu)化性

因為建筑項目的設計和完成都是一個動態(tài)且需要不斷優(yōu)化的過程，所以在起初的設計，施工包括后期的運營方面必然會受到信息多而復雜，時間不確定性等等，而借助BIM技術(shù)可以進行相應的優(yōu)化。

二、BIM技術(shù)在裝配式建筑的應用路徑

1、設計階段

與當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、設計單位完成圖紙、招投標確定總包方、配備材料、施工、監(jiān)理單位驗收等幾個階段。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計中來，這就會造成后期設計與施工可能存在差異、脫節(jié)，導致后影響后期施工進度、生產(chǎn)和運輸成本的層架、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，完善設備、PC構(gòu)件庫。這些基礎(chǔ)性的工作完成后，設計人員在參與不同的設計項目時，直接調(diào)用，以此來實現(xiàn)快速出圖。

（1）初步方案設計

（1）構(gòu)件標準化。裝配式建筑設計初期，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)件的標準化和通用化。通過BIM技術(shù)可以完成裝配式建筑中外墻、內(nèi)墻、陽臺和樓梯等部件的標注化設計，所形成的構(gòu)件庫如下圖1所示。

（2）戶型標準化。裝配式建筑在部品與構(gòu)件的標準化的基礎(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環(huán)境下，模塊化的設計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格，如下圖2所示。

（2）構(gòu)件拆分設計

裝配式建筑的整體設計完成后，需要進行構(gòu)建的拆分。根據(jù)之前建立的構(gòu)件庫，選取構(gòu)件進行裝配，當構(gòu)件滿足裝配率要求時，在進行拆分。拆分時要合理設置好構(gòu)件的相應參數(shù)，還需要考慮現(xiàn)場的吊裝能力等，如下圖3所示。利用PKPM-PC軟件進行手動地修改預案構(gòu)件的尺寸，對建立墻預制構(gòu)件的起點與長度進行參數(shù)設置，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)件深化設計

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

（2）預制構(gòu)件深化設計在拆分設計完成后，可利用PKPM-PC軟件的深化設計模塊對梁，板，柱和墻的參數(shù)進行設置。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行預制構(gòu)件的生產(chǎn)加工。因為二維圖紙上所反映出的信息十分有限，這種方法有可能出現(xiàn)錯解、誤解設計意圖的情況。BIM攜帶的信息貫穿于整個建筑周期。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)基本可以實現(xiàn)對裝配式建筑構(gòu)建的生產(chǎn)、出廠和運輸進行追蹤。項目各參與方及時溝通，及時查詢各個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)前準備

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

（2）預制構(gòu)件生產(chǎn)

構(gòu)件進場卸載前，本單位的質(zhì)量管理部門及時按編號和批次檢查并及時上傳信息管理平臺。BIM數(shù)據(jù)庫具有強大的信息處理能力，其可以對掃描后的RFID標簽進行分辨，并提取其中有效的信息。供應商可以根據(jù)具體情況調(diào)整生產(chǎn)計劃，避免了材料的浪費。

（3）構(gòu)件運輸階段

施工單位根據(jù)裝配式建筑當前的施工進度來組織構(gòu)件的運輸計劃，生產(chǎn)管理人員通過手持閱讀器或移動端查詢、定位需要運輸?shù)臉?gòu)件，記錄預制構(gòu)件的當前信息。構(gòu)件的運輸線路也需要綜合多方信息，如：施工現(xiàn)場的位置、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輸路線，合理確定運輸路線。

3、施工階段

（1）構(gòu)件進度管理

（1）進度管理體系架構(gòu)信息來源于從設計階段產(chǎn)生的設計信息與在施工過程中利用RFID實時采集的狀態(tài)信息，根據(jù)構(gòu)件進度管理過程中的信息需求，提出進度管理體系結(jié)構(gòu)，對裝配式建筑構(gòu)件進行實時動態(tài)進度管理。

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方式，并以EXCEL表格的形式來進行記錄，關(guān)鍵節(jié)點的構(gòu)件則是通過RFID標簽進行記錄。

信息提取與分析：在裝配式建筑的構(gòu)建進度管理中，核心環(huán)節(jié)是提取構(gòu)件的詳細信息。BIM通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RFID的集成獲取裝配式構(gòu)件的計劃信息與實際信息，可以通過設置查詢條件統(tǒng)計不同階段或某個時間點的各個裝配式構(gòu)件實時狀態(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都只有一處，其質(zhì)量控制基本固定在施工現(xiàn)場。但裝配式構(gòu)件施工地點不同，一個是構(gòu)件的生產(chǎn)廠，另一個則是施工地點的裝配現(xiàn)場。裝配式建筑的一大特點是標準化生產(chǎn)，這的確提高了構(gòu)件的生產(chǎn)效率。而一個裝配式建筑項目中，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)量管理分為施工準備階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段、現(xiàn)場裝配階段和質(zhì)量驗收階段。

（1）施工準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)建只能報廢。

深化設計深化設計：對于裝配式建筑施工階段十分關(guān)鍵。在這一階段，通過深化設計讓生產(chǎn)方獲得精確詳細的圖紙，有效的較少了鋼筋和預埋件的錯放問題

模擬施工方案：深化設計完成以后，并不代表該套設計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，通過對完成后的施工方案進行模擬，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)量將會直接影響到之后現(xiàn)場裝配的質(zhì)量。在構(gòu)件的生產(chǎn)階段，主要是確保一線生產(chǎn)人員可以得到準確的參數(shù)信息，以此來指導生產(chǎn)。

精確獲取生產(chǎn)信息：裝配式建筑構(gòu)件在設計中，已經(jīng)生成了詳細的參數(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)字化設計：裝配式建筑構(gòu)件是由模具設計人員設計出模具后，才可以組織規(guī)?；a(chǎn)。根據(jù)建立好的裝配式構(gòu)件模型來進行模具的設計，能夠盡可能確保構(gòu)件模具制作的精細度。

（3）現(xiàn)場裝配階段

質(zhì)量驗收：即使在構(gòu)件出廠時，技術(shù)人員已經(jīng)對其進行過質(zhì)量檢驗;但是施工現(xiàn)場所反饋到平臺上的參數(shù)碎石都在變化。因此，在構(gòu)件進入施工現(xiàn)場時，仍然會對構(gòu)件進行質(zhì)量檢驗。檢驗的方法是通過掃描RFID標簽，快速讀取裝配式構(gòu)件質(zhì)量管理數(shù)據(jù)，提高驗收效率。

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標簽，獲取關(guān)鍵節(jié)點裝配的具體操作流程以及裝配質(zhì)量控制要點，并借助GPS來對構(gòu)件進行定位，以此來判斷裝配是否到位。

（4）質(zhì)量驗收階段

在質(zhì)量驗收階段，主要涉及兩項內(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)量驗收：現(xiàn)場的裝配信息通常以圖片或者文字傳輸至平臺，平臺自動判斷是否通過驗收，是否符合規(guī)范要求。這種無紙化驗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)的問題要進行分析和討論，對工程上出現(xiàn)的質(zhì)量問題要進行概括匯總并分類存儲?；贐IM數(shù)據(jù)庫，可以對現(xiàn)場問題進行更加科學的分析。

4、運營階段

對裝配式建筑的設備進行信息化管理中，設備的使用和維護也是極其重要的，盡量延長設備的使用壽命，保持良好的運行狀態(tài)，是進行后續(xù)的信息化管理的關(guān)鍵。在裝配式建筑的后續(xù)運營中，管理人員可以通過手持終端掃面設備上的RFID標簽，由此將設備的具體型號、參數(shù)、安裝時間、檢修記錄錄入到BIM模型中;如果設備出現(xiàn)故障，檢修人員可以通過掃描RFID標簽，獲得該設備的詳細信息。借助BIM技術(shù)，維修人員可以快速趕到現(xiàn)場進行設備維護，并在設備信息管理系統(tǒng)中調(diào)用配件的信息，實現(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)成為各個參與方必須要面對的問題。建筑的節(jié)能減排是建造方法和后期運營維護共同努力完成的，兩者缺一不可。因為BIM技術(shù)是現(xiàn)實和虛擬相結(jié)合的技術(shù)，通過對空間區(qū)域的劃分，來觀察空間的使用情況的。

（2）應急信息化管理與決策

在現(xiàn)代化的建筑中，消防應急設備的智能化程度已經(jīng)非常高，但是對這些設備的管理才是關(guān)鍵。將BIM技術(shù)應用到裝配式建筑中，遇到突發(fā)情況時，BIM系統(tǒng)自動發(fā)出報警信號，同時三維可視化技術(shù)可以迅速呈現(xiàn)發(fā)生危險的地方并傳達給救援人員，確保最短時間解救被控傷員。

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)誤差和風險的現(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。當然，也要意識到裝配式建筑的技術(shù)優(yōu)勢的確很明顯，但是在我國還處于發(fā)展初期，其實際應用和推廣還存在諸多難題。BIM技術(shù)可以對裝配式建筑中的所有環(huán)節(jié)進行仿真，并可以持續(xù)為所有環(huán)節(jié)的工作提供優(yōu)化依據(jù)。

參考文獻：

[1]蘇小華，潘家誠，陳旭東，等BIM技術(shù)在道路工程設計的應用研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（28）：56.

[2]張鐸，馮東梅，高婷.基于BIM的建筑工程多專業(yè)設計協(xié)同方法研究[J].施工技術(shù)，2019，48（24）：29-32.

[3]李純，張忠良.基于BIM標準體系的鐵路協(xié)同設計體系研究[J].鐵道勘察，2020，46（01）：95-102.

[4]薛國龍.裝配式建筑工程施工過程中BIM技術(shù)應用實踐[J].建材與裝飾，2020（04）：18-19.