文/王宇佳 姚爽

一、引言

隨著我國(guó)人才社區(qū)保障性住房建設(shè)速度加快，裝配式建筑已經(jīng)成為建筑工業(yè)化的主要發(fā)展方向。住建部在《“十四五”裝配式建筑行動(dòng)方案》中明確規(guī)定，到2025年裝配式建筑在新建建筑面積中所占比例要達(dá)到30%。在這一目標(biāo)基礎(chǔ)上，住建部與發(fā)改委發(fā)布了《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，提出到2030年，裝配式建筑在當(dāng)年城鎮(zhèn)新建建筑面積中所占比例要達(dá)到40%。裝配式建筑存在構(gòu)件生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配等多種新型施工作業(yè)。相較于傳統(tǒng)的建筑施工活動(dòng)而言，其施工技術(shù)更復(fù)雜、工業(yè)化程度更高。然而，由于我國(guó)的裝配式建筑發(fā)展相對(duì)緩慢，實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)及實(shí)踐技術(shù)研究相對(duì)缺乏，因此現(xiàn)階段裝配式建筑還存在較大的安全管理風(fēng)險(xiǎn)。《“十四五”裝配式建筑行動(dòng)方案》提出，要推進(jìn)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，通過建立模擬三維模型，將裝配式建筑進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)。BIM技術(shù)作為數(shù)字化應(yīng)用與信息化管理工具，其影響的不僅僅是工程人員的操作方法，還有整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理的方式，甚至可以優(yōu)化行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。因此，推進(jìn)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用具有十分積極的作用。

二、裝配式建筑施工危險(xiǎn)源分析

裝配式建筑已經(jīng)逐漸成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的主要方向。不同于傳統(tǒng)建筑業(yè)施工的程序進(jìn)度，裝配式建筑的構(gòu)配件是在工廠內(nèi)預(yù)制加工后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)組裝的。這種標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件的加工模式省略了現(xiàn)場(chǎng)澆筑、養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，減少了揚(yáng)塵及噪音的污染，符合新時(shí)代綠色低碳可持續(xù)的建造理念。在大力推進(jìn)建筑工業(yè)化的同時(shí)，也要注意裝配式建筑中的機(jī)械裝拆、物料運(yùn)輸、構(gòu)件吊裝、人機(jī)協(xié)調(diào)等問題。

（一）施工方案編制模糊

在分部分項(xiàng)工程施工前，需要編制施工方案。施工方案可指導(dǎo)施工，是讓各分部工程按施工工藝順利完成的前提保證，對(duì)工程的進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全都有著較大的影響。然而，許多項(xiàng)目的施工方案編制不清晰、不明確，項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)此不夠重視，導(dǎo)致各責(zé)任主體互相推脫，現(xiàn)場(chǎng)管理人員無法清晰傳達(dá)工序內(nèi)容，施工工人無法準(zhǔn)確操作，可能埋下較大的安全隱患。

（二）吊裝作業(yè)安全隱患

塔吊設(shè)備是裝配式建筑最常見的施工器具，它承擔(dān)了絕大部分的構(gòu)件起吊工作。正因如此，吊裝作業(yè)相較傳統(tǒng)施工而言，存在更多的安全隱患，如吊臂機(jī)械故障、塔吊操作失誤、塔吊指揮不當(dāng)、吊鉤與吊具滑脫等。這些問題都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，威脅現(xiàn)場(chǎng)人員生命及財(cái)產(chǎn)安全。

（三）場(chǎng)地布局不合理

施工現(xiàn)場(chǎng)的布局不僅關(guān)系到場(chǎng)地內(nèi)原材料運(yùn)輸最優(yōu)化，也關(guān)系到施工安全及吊裝安全等。由于裝配式建筑的特殊性，其構(gòu)件統(tǒng)一由工廠預(yù)制后再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)組裝，場(chǎng)地布局不合理會(huì)導(dǎo)致生活區(qū)與施工區(qū)布置混亂，影響工人施工安全。

（四）預(yù)制工藝結(jié)構(gòu)沖突

裝配式建筑的工藝比較特殊，被稱為預(yù)制工藝，即在施工前按照設(shè)計(jì)圖紙預(yù)先制造構(gòu)件，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，按工序進(jìn)行搭接組裝。裝配式建筑的難點(diǎn)在于安裝的精確性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。然而，在安裝過程中，可能會(huì)出現(xiàn)因結(jié)構(gòu)尺寸上的誤差導(dǎo)致安裝沖突出現(xiàn)，甚至影響荷載能力；逐漸累加的結(jié)構(gòu)誤差或許會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生偏位移，從而影響整體的穩(wěn)定性，甚至造成坍塌墜落，引發(fā)重大安全事故。

三、引入BIM技術(shù)管理裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)

（一）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)圍繞著“少規(guī)格、多組合”的目標(biāo)，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是構(gòu)件的模塊化設(shè)計(jì)，模塊則是由工廠批量化生產(chǎn)的柱梁墻板、水電管線、安裝零件等組成的基本構(gòu)件?；緲?gòu)件具有通用性、搭接性等特點(diǎn)。BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用主要有施工場(chǎng)地管理、動(dòng)態(tài)成本管理及可視化交底。基于BIM技術(shù)的施工場(chǎng)地管理是在施工前通過計(jì)算機(jī)建模，仿真施工場(chǎng)地的布置。

（二）進(jìn)度優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)將各構(gòu)配件模型數(shù)據(jù)集成在一個(gè)主模型上，配合可視化進(jìn)度管理軟件使用，使項(xiàng)目施工人員及現(xiàn)場(chǎng)管理人員通過三維可視化的方式掌握與控制項(xiàng)目各階段的進(jìn)度情況。通過模擬驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的目的；通過對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，協(xié)調(diào)各構(gòu)件安裝之間的沖突，避免構(gòu)件碰撞，使管理模式更加信息化與精細(xì)化；通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析與處理，向管理者提供及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)信息支持，提高工作效率與管理水平，從而達(dá)到縮短施工工期的目的。

（三）經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)階段裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑造價(jià)較高，這是由于設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)導(dǎo)致構(gòu)件尚不能批量工廠化生產(chǎn)。同時(shí)，運(yùn)輸路線、吊裝過程中可能會(huì)由于外在因素而增加施工成本。隨著建造技術(shù)信息智能化水平提升，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段初期引入BIM技術(shù)，可通過BIM技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)件的形狀及尺寸，盡可能使之成為標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件以便工廠批量生產(chǎn)。同時(shí)，合理布置構(gòu)件堆放庫(kù)的位置，優(yōu)化施工平面場(chǎng)地布置，減少二次運(yùn)輸及吊裝，從而有效減少因碰撞造成的返工及構(gòu)件浪費(fèi)。

（四）安全優(yōu)勢(shì)

在裝配式建筑建模初始，可通過BIM技術(shù)構(gòu)建安全信息模型，對(duì)施工方案展開全方位模擬。在施工前，對(duì)預(yù)制構(gòu)件從進(jìn)場(chǎng)堆放到起吊安裝的全過程進(jìn)行仿真模擬，并在重點(diǎn)部位多次展開碰撞監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，使安全隱患在施工模擬中顯現(xiàn)，從而為選擇施工最優(yōu)方案提供依據(jù)。之后，持續(xù)改進(jìn)預(yù)制構(gòu)件從設(shè)計(jì)到吊裝的施工方案，使最終的施工方案具有最大的安全優(yōu)勢(shì)。在每個(gè)工序施工前，利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化交底，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，將各工序的施工工藝仿真展示，尤其是對(duì)施工的新工藝、新技術(shù)以及構(gòu)件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維展示，防止個(gè)人主觀因素造成的錯(cuò)誤理解，使交底更直觀、更通透，從而提升安全管理效率，減少安全事故。

四、將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑全壽命周期的安全管理

（一）設(shè)計(jì)階段

1.創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫(kù)可以有效地提高建模效率。通過建筑數(shù)字建?；瑓f(xié)調(diào)預(yù)制構(gòu)件之間的位置、尺寸，減少構(gòu)件或組合件的尺寸類型，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件不僅可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還可以降低安裝環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度。通過創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫(kù)，土建、機(jī)電、裝修專業(yè)的構(gòu)件基本可以實(shí)現(xiàn)工廠批量化制造，并能針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的基本組成要素計(jì)算合理布置數(shù)據(jù)，在完成各個(gè)專業(yè)的建模后，利用碰撞檢測(cè)技術(shù)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到各模塊之間的協(xié)調(diào)，從而完成多層模塊最優(yōu)化布置，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑群的協(xié)調(diào)。針對(duì)裝配式建筑的BIM構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，需要分專業(yè)及時(shí)更新、收集與整理，由技術(shù)人員提交的構(gòu)件需要經(jīng)專業(yè)工程師審核后才能顯示，然后才會(huì)出現(xiàn)在構(gòu)件庫(kù)中，供專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用。

圖1 創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫(kù)

圖2 利用Planbar軟件進(jìn)行整體拼接

圖3 智慧消防管理云平臺(tái)

2.三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM的三維可視化技術(shù)在設(shè)計(jì)階段可對(duì)預(yù)留洞、鋼筋彎折搭接、設(shè)備位置結(jié)構(gòu)沖突、管線排布空間碰撞、結(jié)構(gòu)空間位置綜合排布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而在施工階段減少因錯(cuò)誤排布而導(dǎo)致的返工，避免工期延誤與成本浪費(fèi)。通過BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)加工、運(yùn)輸、施工的全過程，可以審查施工計(jì)劃布置及資源調(diào)用安排的合理性，對(duì)不合理的現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，提出解決預(yù)案，并依據(jù)解決預(yù)案在BIM中重新設(shè)置參數(shù)，模擬至問題消除為止。

3.預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)。在深化設(shè)計(jì)階段，存在圖紙數(shù)量多、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)繁雜、鋼筋繪制麻煩等情況，可利用裝配式BIM協(xié)同系列軟件Planbar，利用參數(shù)化的方式創(chuàng)建智能構(gòu)件進(jìn)行整體拼裝，提高建模效率，保證二維圖紙與三維模型的雙向聯(lián)動(dòng)，提升深化設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量與效率。Planbar軟件還可以進(jìn)行鋼筋與預(yù)埋件之間的碰撞檢查，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并及時(shí)解決，最大限度避免項(xiàng)目的安全問題。

（二）施工階段

1.預(yù)制構(gòu)件的堆放及運(yùn)輸。在施工準(zhǔn)備階段，可以將預(yù)制構(gòu)件等臨時(shí)設(shè)施載入場(chǎng)地模型中進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬演示，使施工現(xiàn)場(chǎng)的平面布置達(dá)到最優(yōu)使用狀態(tài)。BIM技術(shù)三維可視化模擬構(gòu)件堆放以及大型吊裝機(jī)械設(shè)備、道路設(shè)施的布置，在運(yùn)輸線路上盡量避開吊裝作業(yè)工作區(qū)，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)最優(yōu)路徑。

2.預(yù)制構(gòu)件的吊裝作業(yè)。傳統(tǒng)裝配式建筑施工難以對(duì)危險(xiǎn)源作模擬分析。然而，利用BIM軟件，可在施工前將項(xiàng)目進(jìn)度、工藝流程輸入系統(tǒng)并模擬吊裝作業(yè)的進(jìn)展情況，通過計(jì)算安全荷載及精確分析實(shí)際施工情況，對(duì)吊裝作業(yè)的危險(xiǎn)源進(jìn)行及時(shí)預(yù)警、精準(zhǔn)定位，并結(jié)合目前應(yīng)用較廣泛的RFID芯片技術(shù)，對(duì)每一重要構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，實(shí)時(shí)追蹤，使現(xiàn)場(chǎng)工程師及時(shí)控制各設(shè)備及構(gòu)件，防止在實(shí)際吊裝作業(yè)中出現(xiàn)安全問題。此外，利用BIM軟件還可三維可視化模擬現(xiàn)場(chǎng)施工條件，避免由于不了解項(xiàng)目當(dāng)?shù)貧夂蚨l(fā)吊裝事故，實(shí)現(xiàn)全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

3.三維場(chǎng)地模擬應(yīng)用。將圖紙中的地形標(biāo)高尺寸導(dǎo)入EXCEL軟件中，將其導(dǎo)至REVIT軟件中，利用地形表面功能讀取地形標(biāo)高數(shù)據(jù)并生成原始地貌，這樣可以更好地完成施工平面圖的布置，提升場(chǎng)地利用率。同時(shí)，場(chǎng)地模擬還可以用于模擬安全疏散逃生路線，在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)避免人員踩踏等次生事故，減少人員傷亡。此外，引入Pathfinder應(yīng)急疏散模擬軟件，導(dǎo)入建好的BIM模型，可以模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的全景路線，計(jì)算人員的疏散路徑、時(shí)間，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行疏散場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)化模擬，對(duì)疏散路徑、疏散點(diǎn)分布等進(jìn)行直觀觀察，從而對(duì)已有的應(yīng)急疏散方案展開有針對(duì)性的調(diào)整與改進(jìn)，最終得出最優(yōu)的應(yīng)急疏散方案。

（三）運(yùn)維階段

在施工階段完成后，要進(jìn)行后期運(yùn)行維護(hù)。傳統(tǒng)的建筑運(yùn)維階段需要維修工程師與業(yè)主方溝通后再進(jìn)行，效率低下、流程繁雜、容易遺漏，而裝配式建筑結(jié)合BIM軟件，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及施工階段已經(jīng)對(duì)各構(gòu)配件、機(jī)械設(shè)備與生活空間進(jìn)行了信息化處理，具備智能化建筑的基本功能，因此，在運(yùn)維階段可結(jié)合AI智能技術(shù)、可視化門禁實(shí)現(xiàn)PC端、移動(dòng)端、監(jiān)控端多屏協(xié)同控制，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各樓層的使用情況，分析空間規(guī)劃、人流分布及構(gòu)件承重情況，對(duì)裝配式建筑的運(yùn)行維護(hù)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與存儲(chǔ)的BIM信息相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)與報(bào)修、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)診斷、消防安全管理、防盜自動(dòng)報(bào)警及耗能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多項(xiàng)功能。同時(shí)，引入智慧消防管理云平臺(tái)，可借助BIM軟件中已搭建好的模型得到最優(yōu)逃生路線，并通過對(duì)消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備的識(shí)別、感知、定位實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)多級(jí)自動(dòng)報(bào)警功能。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多級(jí)提醒、跟蹤處置，可及時(shí)消除消防安全隱患，減少火災(zāi)事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)“人防+技防+物防”多層次管理。

五、BIM技術(shù)應(yīng)用案例分析

上海國(guó)際航運(yùn)中心位于上海市黃浦江畔，是一個(gè)綜合性商務(wù)區(qū)與金融中心。該項(xiàng)目采用了裝配式建筑法，在其全壽命周期都應(yīng)用了BIM技術(shù)進(jìn)行安全管理。

（一）設(shè)計(jì)階段

在項(xiàng)目初期，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用BIM軟件創(chuàng)建了整個(gè)大樓的三維模型。借助BIM模型，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更好地協(xié)調(diào)不同專業(yè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，準(zhǔn)確把握每個(gè)構(gòu)件的位置、尺寸與功能要求，并利用BIM模型進(jìn)行空間沖突檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并解決不同系統(tǒng)之間的干涉問題，避免了后期施工過程中的沖突與延誤，有效預(yù)防了因設(shè)計(jì)階段盲目搭接及碰撞沖突而造成的安全問題。

（二）施工階段

大樓的鋼結(jié)構(gòu)框架與預(yù)制混凝土構(gòu)件采用了裝配式建筑方法。基于BIM模型，制造商可以精確制作預(yù)制構(gòu)件，并在工廠內(nèi)進(jìn)行組裝與質(zhì)量控制。這樣可以提升施工速度與質(zhì)量，減少現(xiàn)場(chǎng)加工的需求。BIM模型在施工過程中起到了重要的指導(dǎo)作用，施工人員可以使用移動(dòng)設(shè)備加載BIM模型，并通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬的構(gòu)件與實(shí)際場(chǎng)地進(jìn)行對(duì)比。這有助于施工人員理解設(shè)計(jì)意圖，準(zhǔn)確安裝每個(gè)構(gòu)件，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決潛在的問題。

通過搭建BIM模型，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以制訂詳細(xì)的施工進(jìn)度計(jì)劃，并與實(shí)際施工情況進(jìn)行對(duì)比。這有助于監(jiān)控施工進(jìn)展、識(shí)別延誤因素，并可采取相應(yīng)的調(diào)整措施。BIM技術(shù)還被用于項(xiàng)目管理與協(xié)調(diào)工作。借助BIM模型，各個(gè)參與方可以實(shí)時(shí)共享建筑信息，包括設(shè)計(jì)變更、進(jìn)度計(jì)劃、材料采購(gòu)等。這有助于提高溝通效率，減少誤解與錯(cuò)誤，確保整個(gè)項(xiàng)目按時(shí)完成。

（三）運(yùn)營(yíng)階段

在運(yùn)營(yíng)階段，已搭建的BIM模型中包含了大樓內(nèi)各設(shè)備的位置、型號(hào)、搭接方式等信息。這些信息可以幫助人們進(jìn)行設(shè)備管理、維護(hù)與更新，從而及時(shí)、便捷地進(jìn)行設(shè)備檢修，提升設(shè)備的可靠性與效率，保證其運(yùn)行的安全穩(wěn)定。BIM模型還可以用于建筑主體的維護(hù)管理。通過添加設(shè)備傳感器與數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑主體各個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷，提高維護(hù)效率，加快響應(yīng)速度。

總體而言，上海國(guó)際航運(yùn)中心項(xiàng)目充分利用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到運(yùn)營(yíng)的全壽命周期的數(shù)字化管理。這不僅提升了項(xiàng)目的協(xié)調(diào)性與效率，還為后續(xù)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)提供了便利。這一經(jīng)驗(yàn)對(duì)于推動(dòng)上海乃至全國(guó)范圍內(nèi)裝配式建筑與數(shù)字化建造的發(fā)展具有十分重要的意義。

六、結(jié)論

裝配式建筑作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)新興發(fā)展方向，能夠帶動(dòng)許多上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。BIM技術(shù)的引入為裝配式建筑的發(fā)展提供了一種全新的思路。BIM數(shù)字化模型作為工程數(shù)據(jù)、信息的載體，可以對(duì)各個(gè)階段的任務(wù)信息進(jìn)行整合與傳遞，從而使各參建方之間的合作變得更加高效。BIM技術(shù)與各種技術(shù)的集成應(yīng)用，為裝配式建筑的發(fā)展提供了動(dòng)力，既可以有效控制施工進(jìn)度，減少成本損耗，又可以保證施工質(zhì)量，保障施工安全水平，提升裝配式建筑的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，以BIM為基礎(chǔ)構(gòu)建的安全防范機(jī)制，可以更好地實(shí)現(xiàn)裝配式建筑安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定，促進(jìn)人、機(jī)、料、環(huán)的持續(xù)優(yōu)化與最優(yōu)運(yùn)行，進(jìn)而促進(jìn)裝配式建筑安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。引入BIM技術(shù)使裝配式建筑的安全管理不再是“紙上談兵”，而是實(shí)際提升了安全管理的智能性，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生率，使裝配式建筑的建設(shè)趨近于最優(yōu)的管控模式。