曾敏芳

（南昌航空大學(xué)土木建筑學(xué)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(yù)制構(gòu)配件，之后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(duì)于裝配式建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確控制與嚴(yán)格監(jiān)督都是確保建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵。故擁有完整一體化的施工流程對(duì)裝配式建筑施工管理來說至關(guān)重要。而BIM 技術(shù)于裝配式建筑施工管理中的融合應(yīng)用，可以降低施工設(shè)計(jì)變更帶來的成本增加；參與工程各方還能在BIM 平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)同管理、信息共享；模擬施工動(dòng)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(shù)與裝配式建筑施工管理相契合產(chǎn)生的諸多優(yōu)勢(shì)，未來將助力于我國裝配式建筑的進(jìn)一步發(fā)展并且對(duì)工程管理質(zhì)量以及方式具有一定的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價(jià)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(shù)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(shù)并且忽視創(chuàng)新技術(shù)的投入使用，影響工程質(zhì)量。其次，在施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，施工管理人員缺乏強(qiáng)烈的管理監(jiān)督意識(shí)，針對(duì)材料的定期檢查與妥善保管護(hù)理意識(shí)薄弱，進(jìn)而使施工質(zhì)量難以得到保證。同時(shí)管理人員容易忽視施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理問題，不僅極易引發(fā)安全事故，而且造成施工進(jìn)度延誤，降低施工效益。

而針對(duì)裝配式建筑施工管理，在前期施工設(shè)計(jì)碰撞檢查中，若僅用傳統(tǒng)的二維圖紙來進(jìn)行誤差檢查，則對(duì)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(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范愈來愈完善，但在裝配式建筑施工中預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化還需提升，使能進(jìn)一步加大對(duì)構(gòu)件質(zhì)量的管理強(qiáng)度。由于裝配式建筑建造環(huán)節(jié)多且復(fù)雜，從而施工中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、裝配各過程難以實(shí)現(xiàn)一體化有效銜接，工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展慢。同時(shí)，在裝配式建筑建造全過程中，參與工程各方產(chǎn)生的圖紙、合同文件、招投標(biāo)文件等資料不計(jì)其數(shù)，海量管理數(shù)據(jù)不僅需要巨大的存儲(chǔ)空間與挖掘平臺(tái)，還需要在建設(shè)全過程進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jìn)行良好的信息協(xié)調(diào)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(shì)難以充分發(fā)揮，發(fā)展進(jìn)程受到阻礙。

2 BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑施工管理中的具體應(yīng)用

2.1 BIM 技術(shù)

BIM 是一種基于CAD 的多維模型信息集成技術(shù)?；贐IM 技術(shù)，通過構(gòu)建三維可視化模型和建立數(shù)據(jù)庫，將構(gòu)件與當(dāng)前的信息狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來，則工程信息可以動(dòng)態(tài)化直觀地展現(xiàn)給參與各方，同時(shí)使管理者能夠直接找到問題所在位置并進(jìn)行深化整改。BIM 技術(shù)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(shè)計(jì)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(biāo)階段，借用BIM 計(jì)量計(jì)價(jià)軟件，使工程量清單達(dá)到精細(xì)化水準(zhǔn)。有利于整個(gè)投標(biāo)報(bào)價(jià)過程科學(xué)、高效地進(jìn)行，并降低一定量風(fēng)險(xiǎn)。而構(gòu)建BIM 技術(shù)平臺(tái)則有助于參與主體間進(jìn)行有效協(xié)同管理，信息數(shù)據(jù)及時(shí)交換，令施工各階段能夠進(jìn)行有效搭接。BIM 技術(shù)的應(yīng)用不僅符合我國綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，還能推動(dòng)建筑業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，使行業(yè)能夠快速升級(jí)轉(zhuǎn)型，提升生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 BIM 在裝配式建筑施工環(huán)節(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用可體現(xiàn)在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)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(gòu)件的屬性，建模時(shí)將構(gòu)件的數(shù)量、尺寸、規(guī)格、形狀、技術(shù)指標(biāo)等預(yù)制數(shù)據(jù)信息輸入數(shù)據(jù)平臺(tái)[3]，使其符合標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化要求。之后在工廠的構(gòu)件生產(chǎn)階段中，其標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以降低模具的使用成本，提高模具的使用周轉(zhuǎn)率，達(dá)到綠色環(huán)保的效果。但是隨著社會(huì)不斷發(fā)展，建設(shè)方將會(huì)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，借用軟件準(zhǔn)確創(chuàng)建復(fù)雜的異形構(gòu)件。在三維視圖中模型將明晰地傳達(dá)設(shè)計(jì)理念，滿足社會(huì)發(fā)展需求的同時(shí)還將展現(xiàn)建筑外觀設(shè)計(jì)的視覺美。并且若企業(yè)在不同的裝配式建筑項(xiàng)目中不斷應(yīng)用BIM技術(shù)，未來將可以創(chuàng)建內(nèi)部各種類型不一的構(gòu)件族庫。今后可直接應(yīng)用于其他裝配式建筑工程項(xiàng)目中，省時(shí)省力，以便再次提高工程效率。

2.3 BIM 技術(shù)在施工模擬中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)將基于二維圖紙建立三維模型，更直觀、立體地向設(shè)計(jì)師展示整個(gè)建筑的外觀形態(tài)，并進(jìn)行可視化管理。設(shè)計(jì)人員還能通過不同角度剖切建筑來查看建筑內(nèi)部具體情況，提前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，以免施工階段期間造成多次返工。其次，設(shè)計(jì)人員還可以在軟件中根據(jù)提供的施工總平面圖設(shè)計(jì)出施工現(xiàn)場(chǎng)三維布置圖，模擬預(yù)制構(gòu)件堆放位置是否有利于施工人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有序裝配，減少二次搬運(yùn)；查看是否有助于裝運(yùn)車在施工現(xiàn)場(chǎng)的有序出入；對(duì)周圍建筑產(chǎn)生的影響能否達(dá)到最小等。這些優(yōu)勢(shì)均可以使用BIM 技術(shù)模擬三維場(chǎng)布來實(shí)現(xiàn)。不僅如此，管理人員還可以在模型中進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)畫模擬演示。相較于傳統(tǒng)的先制定施工方案后編制進(jìn)度計(jì)劃，再通過制作甘特圖將工程進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度做對(duì)比的管理措施，通過BIM 技術(shù)展現(xiàn)建筑搭建的完整動(dòng)畫演示過程，并與實(shí)際施工進(jìn)度相比較，使施工管理人員能較好掌控工期進(jìn)度，確保每個(gè)工程建設(shè)階段的工期都能按計(jì)劃如期推進(jìn)。以此看來，BIM 技術(shù)于施工模擬中的應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)可視化管理的同時(shí)，還能對(duì)施工的不同環(huán)節(jié)、不同部分進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，幫助管理人員控制施工進(jìn)度，減少資源浪費(fèi)[4]。

2.4 利用BIM 技術(shù)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(jìn)行碰撞檢查，則效率低下且很難發(fā)現(xiàn)碰撞問題。當(dāng)各個(gè)專業(yè)同時(shí)進(jìn)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(chǔ)上再進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)。如在REVIT 軟件中，將模型導(dǎo)入后，點(diǎn)擊碰撞檢查命令，選擇檢查和碰撞對(duì)象的類型。例如裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件間的主要碰撞是節(jié)點(diǎn)處的鋼筋碰撞，如梁柱節(jié)點(diǎn)、梁板節(jié)點(diǎn)以及預(yù)制板板間節(jié)點(diǎn)等[5]。操作完畢后，軟件將自動(dòng)展示碰撞信息列表，然后選擇生成不同格式的完整碰撞報(bào)告。導(dǎo)出的報(bào)告中將詳細(xì)且正確描述碰撞位置點(diǎn)，還能自動(dòng)導(dǎo)出數(shù)張各個(gè)位置的碰撞詳圖，碰撞點(diǎn)也被自動(dòng)標(biāo)紅。這一優(yōu)勢(shì)給提前識(shí)別專業(yè)碰撞、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)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(shì)，還能進(jìn)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(jī)電等模型統(tǒng)一鏈接進(jìn)入軟件，為各專業(yè)管線自動(dòng)設(shè)置管線避讓，在構(gòu)件上一鍵開洞套管，由此進(jìn)一步完善全專業(yè)綜合模型。

2.5 BIM 技術(shù)在建筑運(yùn)維上的應(yīng)用管理

工程項(xiàng)目的運(yùn)維管理是提升施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是占據(jù)項(xiàng)目全生命周期的主要部分?；贐IM 技術(shù)平臺(tái)，將裝配式建筑中的構(gòu)件與其具體的信息和數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使運(yùn)維管理者能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)構(gòu)件質(zhì)量問題，及時(shí)消除安全隱患，并定期實(shí)施維護(hù)保養(yǎng)措施。傳統(tǒng)運(yùn)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(shù)均可以得到有效改善。例如構(gòu)建BIM 運(yùn)維平臺(tái)，建立各方共享的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，使其可以協(xié)同化管理數(shù)據(jù)信息，促進(jìn)各專業(yè)間順暢有效溝通。有序管理數(shù)字化信息并及時(shí)刪除冗余不必要數(shù)據(jù)，完善管理措施，提升運(yùn)維管理水平。在安全檢查工作中，相關(guān)人員還可以在平臺(tái)上錄入問題與安全巡檢點(diǎn)，記錄巡檢頻率，并一鍵生成二維碼隨時(shí)查閱巡檢信息，方便快捷，優(yōu)化巡檢質(zhì)量。應(yīng)急預(yù)案管理在后期運(yùn)維管理中也十分重要，可在生成的三維模型里模擬火災(zāi)動(dòng)畫，根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息制作火災(zāi)逃生路線，對(duì)應(yīng)急管理方案做出評(píng)估，降低突發(fā)事件帶來的風(fēng)險(xiǎn)或資產(chǎn)損失。

2.6 BIM+3D 打印技術(shù)在施工過程中的綠色應(yīng)用

BIM 技術(shù)可以優(yōu)化與改善施工設(shè)計(jì)方案中的細(xì)節(jié)部位，而若僅僅采用BIM 技術(shù)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(yàn)感方面得不到滿足，也使得各業(yè)主對(duì)裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)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(shù)的融合，使三維模型得到更立體的展示。建筑3D 打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(shù)的聯(lián)合，能更好地設(shè)計(jì)、降低成本和有效隔離結(jié)構(gòu)[7]。

在裝配式建筑中，首先借助BIM 信息技術(shù)搭建三維模型，然后利用3D 打印機(jī)將模型中的構(gòu)件各模塊部分按照比例要求打印出實(shí)體，即模擬工廠中預(yù)制構(gòu)件的快速批量生產(chǎn)過程。再在此基礎(chǔ)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(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)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(jìn)裝配式建筑在我國建筑市場(chǎng)上得到更加廣泛的應(yīng)用。為迎合建筑設(shè)計(jì)美學(xué)的多元化發(fā)展，則對(duì)于異形外觀裝配式建筑，BIM 和3D打印技術(shù)的融合應(yīng)用將為其在實(shí)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(zhì)等對(duì)應(yīng)參數(shù)要求一一將構(gòu)件繪制出，建立各類型構(gòu)件族庫，再選擇成本低、環(huán)境友好型材料，通過3D 打印機(jī)將復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件打印出，再模擬拼裝，然后進(jìn)行承載力測(cè)試，檢測(cè)異形構(gòu)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(jī)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(shè)備模型，以檢測(cè)碰撞。再通過3D 打印機(jī)將管線設(shè)備等按比例打印出實(shí)體，憑借實(shí)體的物理模型查看是否還有部分細(xì)節(jié)位置處存在碰撞，使優(yōu)化完善設(shè)計(jì)方案，減少返工以及二次深化設(shè)計(jì)，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(shù)，于前期實(shí)現(xiàn)物理模型展示后，再按照實(shí)際比例尺寸相應(yīng)打印，達(dá)到構(gòu)件自重輕、簡(jiǎn)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(jié)語

本文對(duì)BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用進(jìn)行論述，可以看出BIM 技術(shù)與裝配式建筑施工管理的有效結(jié)合，在一定程度上彌補(bǔ)了裝配式建筑的缺陷。創(chuàng)建構(gòu)件族庫，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件。專業(yè)人員可利用三維模擬功能進(jìn)行可視化管理，通過三維場(chǎng)布優(yōu)化資源配置，有效管控施工進(jìn)度。通過碰撞檢查，避免前期設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)化管理使施工后期運(yùn)營維護(hù)措施更加科學(xué)合理，效率質(zhì)量也得到相應(yīng)提升。BIM 和3D 技術(shù)的結(jié)合，不僅能推動(dòng)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(dú)特的建造速度。BIM 與裝配式建筑的結(jié)合應(yīng)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(zhì)量要加以控制，工期進(jìn)度也十分緊迫。其中BIM 技術(shù)為施工深化設(shè)計(jì)節(jié)約了大量時(shí)間、人工成本，加之裝配式建筑施工速度快，工期短，項(xiàng)目于十多天內(nèi)便完工。而這次項(xiàng)目的成功也向中國建筑市場(chǎng)展示了BIM 與裝配式建筑實(shí)際施工中的深度融合具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與良好的發(fā)展前景?？傮w而言，BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的運(yùn)用將促進(jìn)裝配式建筑在我國得到更廣泛的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)建筑強(qiáng)國助力。