BIM技术在装配式建筑施工管理中的应用

邹 鑫

(福建中达建筑检测有限公司，福建 福州 350001)

0 前 言

在绿色环保节能理念的推动下，建筑行业逐渐向建筑工业化方向发展，将工业化和信息化技术融合、贯穿到建筑的设计、生产、施工的全过程，实现建筑行业的可持续发展[1]。预制装配式结构体系在欧美等国家应用较为广泛，采用工厂预制、现场拼装的方式进行施工，施工效率显著提高，现场施工工人需求减少，有利于工厂施工的安全管理。由于未能做到装配式建筑的标准化设计，施工和运维的体系配套技术也不完善，当前我国建筑行业采用装配化施工的工程项目还相对较少[2]。BIM技术将建筑工程项目各个阶段的信息数据集成到工程模型中，能够实现建筑项目在设计、施工和运维等阶段的信息共享，同时便于业主单位通过查看模型信息及时了解建筑项目动态，确保工程项目的稳步推进和保证工程建设质量，实现工程项目全寿命周期管理的目标。

1 建筑装配式技术

在小型建筑项目中，通过标准化的要求预制标准构件，能快速完成工程建设。随着预制预应力混凝土结构体系的发展，日本、欧美等发达国家从20世纪60年代开始推广装配式结构，我国也在20世纪80年代开展装配式结构的应用推广工作，主要用于企业厂房、生活临时用房的建设中[3]。随着我国高层建筑的大量建设，装配式结构难以满足高层建筑的技术要求，工程机械技术水平不够，其推广应用也曾一度停滞。直到2005年以后，随着建筑工业化的推动和建设绿色建筑的要求，通过引进和吸收国外先进的装配式结构技术，结合国内建筑结构的需求和信息技术发展，陆续出现了多种装配式结构体系。

装配式建筑是指采用工厂化预制构件通过可靠的方式连接成一个整体，形成符合相应功能要求的建筑结构。相比传统现浇结构，装配式结构最显著的优势是施工效率高、工期短，同时也存在运输不便、设计困难、整体性较差的问题[4]。从结构受力特性来看，装配式结构分类有框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙组合结构等三种类型，框架结构施工技术成熟但抗震性能差，剪力墙结构的设计较为灵活、抗震性能好，而装配式框架-剪力墙结构融合了框架结构和剪力墙结构的优点，但也存在节点多、施工困难的问题。按照装配化程度来看，也有全装配式和部分装配式的区别，全装配式结构的机械化程度高、施工效率高，但整体性较差，而部分装配式结构局部采用现场浇筑方式，整体性和抗震性更好，在工程应用中相对较多。

2 BIM技术

BIM技术是创建、组织和管理各构件模型信息的过程，最早在2002开始在建筑行业进行应用，经过不断的发展和完善，其应用范围和功能得到显著提升，可以较好地为建筑行业服务。BIM技术具有可视化、协调性的显著特点，通过建立的模型实现三维查看，能够直观地展现建筑外部和内部的细节，而且建筑设计涉及的专业较多，各专业的设计人员可以共同基于模型进行设计，可以极大地减少沟通协调工作[5]。此外，通过建筑的BIM模型还可以推演紧急情况下应急处理方案的合理性，用于修改和完善应急处理方案。

随着计算机技术和BIM技术的发展，BIM技术已经基本实现了对建筑生命周期的应用与管理，当前应用的主要方向集中在施工现场管理和后期维护管理，在装配式结构建筑中的应用还处于研究探索阶段，表现出信息多元化、参数化、统一标准、专业协同等技术的特点。在装配式建筑的建设中，BIM技术也开始在设计阶段和现场施工阶段进行应用，设计阶段的应用是通过将包含有大量数据信息的建筑元素分类，并对配装结构进行计算分析，输出建筑结构信息、工程量信息、成本信息等；施工阶段的应用是通过建立3 D或4 D模型，对所有装配式构件进行实时跟踪，减少构件错拿、构件丢失等情况，还可以融合摄像技术，实现老旧建筑的快速建模、新建建筑的现场监控，实现对施工现场的可视化管理[6]。

3 装配式建筑与BIM技术的融合

传统的装配式结构设计沿用常规建筑的设计方法，先进行结构的整体分析，再进行各个构件和连接节点的分析与设计。这种设计模式很少考虑构件的生产情况，容易造成构件种类繁多的问题，生产效率较低。信息化建模是BIM技术最显著的特点，通过建立装配式建筑结构常用的标准化、通用化的预制构件库，可以方便装配式建筑的设计，确保多种构件之间的连接效果，减少特殊构件连接效果的结算和验证，而且便于预制构件的工厂化生产，能够显著降低装配式建筑预制构件的生产成本。采用基于BIM技术的装配式建筑设计方法还可以利用BIM技术可视化、协调性的特点对装配式结构的施工过程进行模拟，合理规划装配式建筑预制构件的生产和运输到施工现场的时间，提前发现工程施工中可能存在问题，从而调整和修改施工方案，提高装配式建筑的施工质量，减少安全事故。

装配式建筑BIM施工模拟是通过在虚拟的三维可视化环境按照施工组织设计的相关内容进行模拟，可以对机械设备、人员、材料的调配和施工工艺流程等进行模拟，也可以单独对吊装方案、预制构件连接的重点复杂部位进行模拟，还可以对施工现场布置方案和物资消耗进行分析，结合模拟发现的问题对施工方案进行优化和调整[7]。相比传统装配式建筑的施工，采用BIM进行施工模拟可以较为清晰地观测整个施工过程，根据模拟的情况进行调整，而且能够更好地协调施工进度和材料供应，还能提前发现施工过程中可能出现的安全隐患和安全风险，通过提前制定可行的安全施工方案，提高工程施工的安全性。

4 BIM技术在装配式建筑施工中的应用

4.1 装配式建筑施工要点

装配式建筑通过工程机械设备将构件在施工场地现场拼装，常用的装配式建筑构件包括板、梁、柱、桁架、墙板等预制构件。对于装配式建筑所用预制构件，应全数检查外观质量，包括结合面、露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝、连接部位缺陷、外形缺陷、外表缺陷内容，所有构件不应有一般缺陷，不能出现严重的外观缺陷。为保证拼装完成的建筑结构满足设计要求，必须严格控制预制构件的尺寸偏差，在构件拼装施工前必须对所有预制构件尺寸进行检查，验收合格后在构件贴上合格标识。预制构件尺寸检查包括构件的长度、宽度、高(厚)度、表面平整度、侧向弯曲、翘曲等参数，对于有粗糙面的预制构件，尺寸允许偏差可适当放松。

构件吊装和拼装是装配式建筑施工的关键环节，在保证安装精度符合要求的基础上进行拼装工作。由测量人员提前定位出吊装控制线，吊装人员操作机械设备将构件吊装到指定位置，拼装人员进行拼装工作，并保持吊装设备操作人员的协调对构件进行微调。在完成各个阶段的拼装工作后，及时对装配式结构构件的位置和尺寸进行复核，在确认符合安装要求后进行下道工序的施工。

对于墙板的吊装施工，应在楼面板上确定定位边线和控制线，核对竖向连接钢筋位置，然后依次铺开按顺序吊装，在确保墙体垂直度符合要求后摘钩就位，对于外墙施工还应校核分割线，通过局部调整减少误差累积的影响。对于套筒灌浆的施工，应采用专用灌浆料按照使用时限要求进行灌浆，确保预制墙板与现浇结构结合部分连接严密，同时注意灌浆泵的清洗、残留灌浆料浆液的处理。叠合板按编号依次叠放，合理规划线盒位置和管线走向，杜绝多层管线交错情况的发生，浇筑的混凝土应及时抹面、收光，做好混凝土养护工作。对于楼梯的施工，应认真核对各楼梯段的标高和预制段斜向长度，做好楼梯与墙体连接处的安装，并对孔洞及时灌浆封堵。

4.2 装配式建筑的质量管理措施

装配式建筑预制构件在进行入库验收时，除了检查构件的外观质量，还应核对龄期，确保预制构件的混凝土强度符合设计的要求或不小于混凝土强度等级值的75%。构件相关参数可以同步录入BIM模型数据库，便于在装配式建筑寿命周期的各个阶段查看和调用相关数据。

安装精度控制是装配式建筑施工的核心内容，在装配式建筑安装过程中应强化质量检查。墙板、挂板轴线等部位容易出现偏位，在墙板之间、墙板与现浇结构的连接部位也容易出现缝隙过大、错缝的情况，可以通过边安装边测量的方法进行检查，并通过及时调整施工方案或施工工艺的措施达到安装要求。若装配式建筑采用BIM技术，则可以在建立的模型中对构件的安装位置进行定位，还可以通过现场监控设备采集的数据与BIM模型的位置数据进行对比，及时发现施工的问题，并采取恰当的措施[8]。

装配式建筑构件的拼装次序对各个构件之间的连接效果也有很大影响，在工程施工中不按照设计要求拼装，容易导致叠合楼板之间缝隙过大或过小、叠合楼梯安放困难等问题，若强行推进安装，甚至会导致构件产生裂缝。在施工前采用BIM技术对细部问题进行模拟，可以发现拼装顺序可能带来的影响，通过采取优化拼装次序、设备位置调整、测量定位等措施能减少施工过程的问题，同时提高拼装效果和拼装质量。

此外，通过BIM技术和现场监控技术的融合，可以通过施工前的模拟和施工过程影像资料的对比，了解施工工艺的规范性、灌浆施工效果、连接钢筋偏位情况、建筑外观效果和构件的连接质量等内容，针对发现的问题及时采取适当的措施，在提高装配式建筑施工效率的同时，确保工程施工质量。

5 结束语

相比传统建筑模式，装配式建筑在工业化生产、施工效率提升、节能环保等方面具有明显优势。随着工业智能化的发展，将BIM技术、智能监控技术应用到装配式建筑，有效提高了装配式建筑在设计、施工、运维等各个阶段的有效衔接，实现了建筑工程全寿命管理，逐渐成为城市建筑建设发展的新模式。在装配式建筑的设计和施工中，充分应用BIM模型，为一体化设计施工提供了技术支撑，适合未来建筑工程项目PEC模式的发展，在保证建筑工程项目建设质量的同时，极大地减少传统建筑项目各个阶段的沟通耗时，提高了工程项目建设效率。

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