BIM在装配式住宅项目管理中的应用研究

王晓辉

(中国铁建房地产集团有限公司 北京 100855)

1 综述

装配式建筑通过标准设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能应用，从而转变建筑生产方式，全面提升建筑品质，实现技能减排和可持续发展[1]，以达到提高建筑项目综合效益的目标。住建部《建筑产业现代化发展纲要》指出，到2020年，装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，直辖市、计划单列市及省会城市30%以上，保障性安居工程达40%以上，到2025年，装配式建筑占新建建筑的比例50%以上，保障性安居工程达60%以上[2]。本文所提到的上海香榭国际项目即在土地出让条件中明确规定本项目所有建筑单体的装配率为100%，预制率不低于30%。

BIM(Building Information Modeling建筑信息模型)技术在标准化设计、建筑信息流管理、装配化施工管理、模拟施工等方面与国家对建筑业的规划高度契合，北京大兴国际机场、上海中心、上海迪士尼等项目被广泛使用，其应用能力已成为开发、建筑企业信息化程度的一个重要指标[3]。

2 装配式住宅项目的管理特点

我国目前推广的PC(Precast Concrete预制混凝土构件)装配式住宅体系是指建筑的部分或全部构件，由工厂进行规模化生产，现场安装的方式，与部分现浇结构相互连接形成建筑主体的建造体系。与传统现浇住宅相比，装配式住宅在建造工艺和流程上都带来新的变化[4]。装配式建筑建造体系如图1所示。

图1 装配式建筑建造流程

新的建造工艺带来了新的管理要求，在PC装配式建筑实施中常出现的管理难点主要表现在如下两个方面：

(1)设计、生产和施工三者相互分离，要求难以有效的统一。

(2)多环节和多方协同给管理带来了更大的难度[5]。

3 BIM技术在装配式住宅项目管理中的应用优势

BIM技术在装配式住宅项目中优势具体表现在以下几个方面：

(1)BIM技术可以提升设计、生产和施工的协同度。通过BIM模型三维可视化，以直观易懂的方式将构件中的关键信息展示出来，方便查出设计中的遗漏和错误，快速实现各参与方之间的技术交流，为构件加工和现场安装提供精确的图纸，避免因信息误解产生的质量隐患。另外，通过BIM信息化数据传递转化为数字化加工模型，可以实现将数据直接导入自动化生产线进行批量生产，大大提高生产效率，加快工程工期。

(2)BIM技术可以提升对实施进度的有效控制。通过BIM信息平台，可以发布生产要求和施工组织计划，有序地安排各参与方的工作活动。同时，各参与方可以通过二维扫码和拍照等的方式，随时将实施情况和存在问题进行记录，并上传网络平台。管理人员可以通过平台上信息更新查看每一个环节中进展状况和不确定因素，又可以通过整体信息观察到计划和实际的进度对比纠偏。

(3)BIM技术可以明确质量追溯。通过与互联网技术融合，将生产和施工过程中的物料、构配件等质量信息，通过无线射频识别等传感器或二维码等，可以对生产和现场施工作业产品进行逐一追踪、记录和分析，实现自动化、智能化操作，减少了人为干预造成的质量事故等。

4 以信息流为导向的项目管理模式

建设方项目工程管理任务的本质就是一个对项目产生的信息流储存、加工、决策、再流动、再储存、再加工、再决策的过程，原来的住宅项目管理时各部门只重视自身负责的某一阶段内容，信息在开发、设计、施工、物资等各参与方间传递不顺畅，从而导致管理工作量大且不精确，在传统项目管理模式基础上补充以信息流为导向的项目管理模式变得尤为重要和紧迫[6]。以信息流为导向的项目管理模式的核心就是利用BIM技术对项目产生的信息流进行储存、加工、直观化，建设方管理人员利用该信息流在精益建造理论指导下做出有利于项目建设和使用增值的决策，从而确保项目投资、进度、质量目标的实现[7]。

传统项目管理模式与信息为导向的管理模式对比见表1。

表1 传统项目管理模式与信息为导向的管理模式区别

以信息为导向的管理就是将原本分离的成本决策、建设实施及运维使用信息统筹起来，建立一个信息模型，管理者围绕着信息共享平台，推动实际过程中各参与方协同工作的开展[8]。这样能有效从过去忙碌于对人与事的管理，转变到以信息管理为本质的建筑生命周期管理上来。同时，也将带来与之相关的组织、流程、方法和手段等模式的变化。BIM技术就可以实现这一目的，其信息集成管理模式见图2。

图2 基于BIM技术的信息集成管理模式

这种模式在项目管理中具体表现为：在工程建造之前，就需要组织设计方、施工方、生产方和运维方，针对项目特点提出各自的工作和管理要求。以信息模型作为载体，查找工程中可能存在的遗漏和风险；进行实施方案、成本消耗等的评估和决策；确定出设计、施工和生产的相互之间的衔接点等。

5 BIM技术在上海香榭国际项目装配式施工中的应用

上海香榭国际项目位于上海市奉贤区和闵行区的交接处，属于上海“十二五”时期重点打造的“南桥新城”区域内。项目产品定位目标是打造区域性高端品质的商品住宅社区。该项目由高层公寓、4层楼叠加复式多层住宅、社区公共会所及配套用房等组成。地下建筑则主要由各楼座地下室部分、地下机动车以及非机动车库和设备机房组成。与其他传统住宅社区最大不同之处是，根据土地出让合同的要求，该地块住宅建筑面积必须100%采用装配式混凝土结构体系，装配预制率不得小于30%。同时，全装修住宅建筑面积占住宅总建筑面积不少于30%。

通过前期策划和评估，该项目最终采用的是以夹心保温预制墙为外墙装配式体系。同时选择凸窗、阳台、内墙、楼梯斜板、楼板进行预制以达到预制率的要求。同时选择了除保障房之外，所有高层公寓为全装修交付，多层住宅采用毛坯清水交付。

在该项目中，装配式构件数量高达5万多件，必须多个构件厂同时供货才能满足现场施工进度要求，甚至出现了一栋高层需要由三个不同厂商供货的情况。所以，每一块预制构件都需要确保在生产、运输、堆场、建造和验收等多个环节正确无误。此外，该项目高层住宅部分全部为装配式的全装修配置，还须提前满足各类精装修的预留孔洞、预埋管线的要求，工作量巨大。

针对上述情况，一方面，利用BIM信息功能，建立数据模型，对每块预留板和构件之间的预拼装碰撞校核；另一方面，通过搭建模型、二维码识别系统和云平台信息系统为一体的协同平台，建立起包括设计单位、生产厂家、现场监理、施工单位和开发建设方的协同工作机制，以确保每块预制构件在每一个环节中可控可追溯，审核工作量大大减少。

5.1 基于BIM技术的预制构件深化设计校核

PC装配式设计一般包括专项的方案设计、总体设计、施工图设计、招标设计和深化设计。深化设计的内容，除了包含构件自身的结构强度、几何尺寸、各类钢筋连接件(针对夹心保温墙)、对接钢筋预留的孔洞，还将包括精装预埋点位、预埋管线管槽及施工中的吊装预留点、支撑件预留点，施工电梯支撑预留点等符合施工要求的内容。每块PC装配式构件的设计事实上集成了多阶段的实施要求。

应用流程见图3：选取高层典型标准层，根据构件深化设计图纸和相关资料，通过ALLPLAN软件的PLANBAR模块完成了结构现浇和装配式构件的模型搭建，而后分别针对单块构件的钢筋、套筒、连接件与装修预埋之间进行碰撞检测。同时，通过BIM模型的预拼装，把所有单片构件按设计组合在一起，对构件与构件之间、构件与现浇部分之间的几何咬合尺寸、钢筋之间的位置、钢筋相互搭接关系进行逐一校核。为了确保各项操作准确到位，责任到人，制定了PC装配式构件的预拼装BIM可视化应用流程和职能分工有关规定。

通过ALLPLAN软件搭建出标准层构件部分的BIM模型。利用软件对不同构件元素碰撞检测后发现，单板内部的错误主要是夹心保温内页板中钢筋与现浇梁的钢筋碰撞较多，局部的装修点位预埋接线盒预留在内页板的钢筋上，以及套筒和施工支撑件之间的碰撞。依据BIM检测报告和优化报告结果，要求设计单位对相应构件深化图进行了修改。

在构件与构件之间的预拼装检测中，发现了3处由于构件设计错误，导致预拼装尺寸的错误；由于构件伸出钢筋设置不合理，影响现场安装共5处；钢筋搭接方式不合理共3处；北面现浇设备平台的外挑梁应与外墙板相互咬合，并形成封闭体系，但在该PC板的深化设计图纸中遗漏了衔接部分的凹口的设计，会造成该板的生产错误；顶层预制墙顶部均未预留250 mm高现浇圈梁，个别板竖向垂直钢筋设置过长，已超出上部楼板板面范围之外，会带来构件生产的错误。

图3 预制装配式BIM碰撞检测应用流程

5.2 基于BIM的预制构件实施过程管控

通过BIM模型将设计、生产和施工要求进行可视化集成，提高了精细化管理水平。基于信息平台下的装配式构件物料信息追溯，更强调是对各参与方在各环节中实施状态的管理，具体应用全过程分为三个方面。

(1)确认应用流程

本项目PC构件过程质量管控工作内容包括：分别采用了Autodesk Revit软件和ALLPLAN Planbar软件进行BIM模型创建和信息输入，以二维码标签的匹配，实现模型信息与构件挂接；通过扫码、拍照和附加文字的方式确认每一个环节的完成状态；分别采用了广联达5D平台和Nemetschek-TIM平台，对整个过程各参与方的信息管理进行管理，并储存云端。

(2)建立信息交换和交付标准(见表2)

表2 信息交换和交付标准

(3)应用过程

以3#楼物料信息追溯的实施应用情况为例。整栋住宅楼预制构件共有PC构件为1 306块，包括楼梯72块，内墙170块，阳台102块、凸窗288块以及其他内外墙288块。在设计阶段，通过创建每一块预制构件的数据信息模型，并输入构件的重量、尺寸等物理信息，形成包含具有初始信息和模型的数据文件，通过信息平台传递给施工单位的对接人。

在施工准备阶段中，通过信息平台对设计阶段的模型进行施工组织计划的信息进行添加。根据PC构件的生产、运输、吊装和验收的实施流程，在信息平台上对每一块PC构件进行信息采集定义，模型颜色预设定义，人员现场扫码权限定义等，建立起平台工作流与现场工作要求一一对应，最终形成可打印的二维码文件，传递给生产厂家打印粘贴。

在实施过程中，施工方分别以3#楼和8#楼为对象，利用Project软件编制预制构件的安装进度计划，并直接导入信息平台计划文件与模型中各构件进行逐一和批量的信息挂接，从而以4D动态虚拟的形式，直观描述出计划中的工作内容。

在整个预制构件的现场实施过程中，构件从生产工厂出发，堆场到现场吊装、验收完毕，各参与方的现场施工人员，利用手机，通过建立起来的数据模型连接端口，将各阶段信息以照片、文字、视频等方式录入上传至信息平台等。

总包施工管理人员、开发建设方管理人员均可以通过信息平台监视到整栋建筑的预制构件每天进度是否与计划匹配。

6 项目应用成效分析

BIM技术的可视化、精细化、动态模拟的特点在该建设工程项目方案设计阶段为项目决策者提供了各种便捷的方式进行方案比选，快速地从十余种方案中挑选出了最终方案，与同类项目对比，上海香榭国际项目在方案阶段节省了10 d工期。

在建造实施阶段，基于BIM技术的协同平台提供的大量、及时、准确、全面的质量数据，为项目管理者提供决策支持。同时，通过协同平台对项目各参与方进行内部管理，减少推诿扯皮，大大降低沟通成本，使得发现的质量问题都能得到快速及时反馈，使得效率快速提升，克服了传统建设工程质量控制的信息化程度低、信息共享与协同困难、易形成信息孤岛等缺点。

上海香榭国际项目的上级管理机构通过BIM技术协同平台，可以实施监督项目施工进展情况，上下级获取信息的能力对等，使得上级管理机构拥有企业级的项目群集中管理和远程监控能力，为后续企业级推广应用提供了可能。

通过碰撞检测、模拟分析、管线综合、净高优化等功能模块，从根本上杜绝了因设计或业主变更原因引发的质量问题，该项目实施至今两年左右的时间，项目设计变更率为2%，发现主体楼梯设计不合理5处；地下室主次梁设计错误3处；提前布置预留洞口2 421处；管线碰撞问题574处；净高不足12处；闭合质量问题650余处，累计带来经济效益约800万元。

7 BIM技术在装配式结构住宅项目管理应用实施建议

根据上海香榭国际项目的实际运用经验，要在后续装配式结构住宅项目中推广运用BIM技术需要对以下几个方面加大关注：

(1)加大对管理人员培训力度，完善相关人才梯队建设

目前大部分建设工程项目的管理模式还是依据老的项目管理套路，管理者依照既有的思路对新的更高建设标准的项目进行管理，导致管理难度越来越大，建设项目的目标控制越来越难以实现。所以需要加大对这类新式项目管理模式的宣传和培训，使得精益建造思想能够进入大部分管理人员的管理理念中，大部分项目管理人员特别是设计研发、工程管理、造价咨询人员能够熟练运用和掌握相关软件，提高建设工程项目的信息化水平。

(2)试点项目多点开花，以点带面促进推广

目前国内多地建筑工程行政主管部门提出推广应用BIM技术的口号。2014年上海市人民政府办公厅下发《上海市人民政府办公厅转发市建设管理委关于在本市推进建筑信息模型技术应用指导意见的通知》，2015年下发《关于在本市开展建筑信息模型技术应用试点工作的通知》，同年下发《上海市建筑信息模型技术应用指南》，推动试点项目的应用。目前上海市新建项目或多或少已使用BIM技术，但相关可研成果和理论研究较少。施工承包企业应当积极建造BIM技术应用示范工程，引导和鼓励项目推广应用，摸索适合我国国情的相关技术标准，推进关键技术的研究。

(3)建立健全标准体系

近年来，BIM技术作为工程建设信息化发展中重要的角色，在施工进度、成本管控和提升质量方面有明显优势[9]。随着信息技术的不断发展，以BIM为手段，交互协调应用在工程项目管理活动中将会是建筑业以后发展的必经之路[10]，美国的相关标准NBIMS-US(National BIM Standard-United States)已经三版更新，而我国目前仍未建立国家级的BIM体系标准，关于BIM技术的标准、规范应用流程、与之配套的信息化管理模式有待更多研究[11]。

(4)加强政策扶植

加快研究和制定建筑业信息化、精细化、工业化管理发展纲要，对建筑业的长期发展有极大的促进作用。加强政府的政策引导，可加大建设单位、施工单位领导层对新技术、新工艺、新模式的支持力度，加强在人力资源、物质资源方面的投入，从而依靠资本的力量推动新模式的应用落地。

(5)项目运用循序渐进

BIM技术的应用和推广将加速推进施工企业转型升级的步伐，提高工程项目建设集成化程度[12]，但推广需循序渐进、因地制宜，摸索适合自己项目、自己企业的应用方式，切记生搬硬套，在应用过程中需注重对人才队伍建设，不能一味求成。新技术、新模式的发展必定是个缓慢上升的过程，拔苗助长只能导致被时代的浪潮淹没。