BIM技术在建筑工程模块化施工中的应用分析
2020-05-25潘梁
摘要:随着我国建筑行业劳动力短缺,全行业不断地提高工业化、标准化及信息化水平,推广模块化施工方式,减少现场作业量,弥补劳动力不足,节省建造成本与资源。BIM技术为模块化施工提供相应支持,利用细度等级,建立模块化施工构件统一标准;构建设计-施工协同工作平台,整合设计与施工信息流程;运用BIM-5D技术,优化现场施工组织管理模式;融合BIM人才,提高专业技术人员基数,为建筑工程模块化施工发展提供借鉴。
Abstract: With the shortage of labor in China's construction industry, the industry continues to improve the level of industrialization, standardization and informatization, promote modular construction methods, reduce the amount of field operations, make up for the shortage of labor, and save construction costs and resources. BIM Technology provides corresponding support for modular construction, establishes unified standard of modular construction components by using fineness level, constructs design-construction collaborative work platform, integrates design and construction information process; optimizes on-site construction organization and management mode by using BIM-5D technology, integrates BIM talents, improves professional and technical personnel base, and provides reference for modular construction development of construction engineering.
关键词:BIM技术;建筑工程;模块化;施工
0 引言
我国建筑业一直以来都是劳动力需求大,劳动强度高,属于劳动密集型行业,从事建筑业的农民工占比非常的大。不过,近年随着我国人口红利的消逝,建筑行业年轻劳动力供给出现严重下降,建筑劳务人员的年龄已呈现出老龄化趋势。从相关调查数据来看,近几年建筑业中50岁以上的农民工占比从15.2%增长至21.3%,增幅最明显。而年轻劳动力整体处于下降趋势,其中劳动力最旺盛的21-30岁农民工群体占比从30.8%下降至27.3%[1]。图1为2012-2017年建筑业农民工人数走势图。劳动力资源缺口的扩大直接导致人力成本的上升,用工荒现象时常发生。为解决建筑行业劳务人员短缺问题和促进建筑业的可持续发展,近几年我国大力推广装配式建筑,进行建筑工业化,提倡使用模块化施工。所谓模块化施工技术就是采用标准化原理,分离出产品中的相同与相似单元,让其以独立单元的形式存在,并且各单元模块都有各自的特性,能够进行预制、储备和运输等[2]。模块化施工技术最突出的优势就是原本大量需要在施工现场完成的工作转移到了制作工厂里完成,将施工现场流水施工变为了平行施工。不仅缩短了施工工期,还降低了施工难度,提高了工作效率,也保证了工程质量。据相关数据,模块化施工可节约70%的项目工期,一般人工费约占建造成本的20%,能直接降低造价15%[3]。另外,一些紧急项目工期要求短,采用传统施工方式根本无法竣工,而采用模块化施工方式,构件运到现场进行组装,有效地满足项目短期完工的要求。
1 建筑模块化施工存在的困难
1.1 模块化施工的构件标准不统一
尽管模块化施工具有工期短、劳动力强度低、建造成本节约等特点,近几年受到建筑行业的认可和大力推广,但目前我国的模块化施工仍处在初级发展阶段,并未在大量的工程项目中应用。究其原因,是由于我国尚未建立模块化施工构件的统一标准,相应的构件单元设计参数和施工工艺技术缺乏通用性。这就使得建设单位和施工企业虽有模块化施工的积极意向,但又缺乏相关构件单元的技术标准和施工规范要求,担心导致施工成本增加。缺乏标准化的技术体系,则很难降低成本与资源的消耗[4]。同时,没有统一的标准,就很难与现行的设计、施工规范相衔接参考,加大了质量把控的难度。
1.2 设计与施工配合度不高
建筑工程的设计阶段和施工阶段虽各有不同专业人员进行实施,但设计与施工阶段不能独立分割为两个环节,应综合进行考虑,设计的目的在于明确建筑的功能、用途等,施工的目的在于实现设计意图,两者相互联系和统一。构件单元的设计在模块化施工中非常的重要,但是设计中的构件单元模数尺寸在施工过程中可能出现互相冲突,导致模块化构件在工厂中制作完成后运输到施工现场无法进行精确的组装,影响项目的进度和工期。因此,模块化施工要求设计和施工阶段具有较高的配合度,保证模块化施工的工作流程的整体性。然而,目前设计单位和施工单位尚未做到整体配合,造成设计图纸上的设计内容无法完完全全地在施工时得到体现。
1.3 传统施工管理方式不适应
随着施工方式的改变,现场的施工组织管理方式也要进行改变,具体包括人员、机械、材料、施工方案等。传统的施工组织管理流程是编制施工组织设计、勘察項目现场、进行技术交底、做好施工准备工作后进场开始施工。若在施工过程中发现问题,项目经理组织相关人员开会,做技术方案或做设计变更、工程变更等。而模块化施工,既要对建筑、结构、设备等专业相互配合进行考虑,还要考虑到模块构件单元的生产运输和现场组装的具体操作细则,模块化施工虽然能够减少现场的施工人员数量,但使用的机械要求会更高,如升降机、重型吊机等,采用平行施工容易出现某一时间段各项资源集中高峰,某些时间又较低,如不能合理进行施工组织安排,将造成费用的增加。图2为某模块化建筑现场施工图。另外,构件的工厂生产,也要求施工方派人去工厂沟通构件生产的流程问题,尤其是缺乏标准模数的构件,还要考虑模具时间、构造试验时间、正式生产时间等。这些都是传统施工管理中未曾遇到的问题。
1.4 专业技术人员缺乏
建筑行业的从业人员持续减少,不仅导致现场劳务人员缺乏,而且现场施工技术人员也紧缺。虽然模块化施工减少了施工现场人员的数量,但对施工现场人员的专业技术能力提出了更高的要求,模塊化施工构件单元需要精确的机械连接组装,以及在施工中如何保证建筑工程结构的安全性、整体性、稳定性和可靠性,这些都考验着现场施工人员的技术能力水平,需要现场施工人员具备较高的专业素养和技术操作能力。目前,施工企业雇佣的劳务人员大多数是文化程度较低的农民工,并且年龄基本偏大,明显已无法满足进行模块化施工的技术人员层次需要。缺乏专业技术人员也制约了我国模块化施工的发展。
2 BIM技术在综合管廊建设中的应用点
2.1 利用细度等级建立构件统一标准
BIM建模的细度等级(LOD)是指模型构件对象被开发的完成度,帮助定义项目各阶段(维度)所包含三维几何和数据信息的程度[5]。BIM细度等级共分为5级,每一细度等级表示模型的发展程度,详见表1。利用BIM技术的细度等级帮助建立模块化施工构件的详细度标准,给予构件单元设计、施工的统一标准,使其具有通用性。同时,统一标准也能方便构件厂家使用统一的模具,提高构件生产效率和避免资源浪费。
2.2 构建设计-施工协同工作平台
利用BIM技术构建设计-施工协同工作平台,通过可视化施工交底,让设计人员和施工人员之间进行工作流程对接,使模块构件设计与施工实施能够衔接,避免设计方案在施工阶段无法落地实施,减少在施工中出现设计变更或工程变更。同时,BIM协同工作平台可以将构件的设计信息完整地传递给施工阶段,有利于施工过程和设计单元进行深度的结合,逆向帮助设计单位进行设计图纸的深化。通过协同工作平台的虚拟空间优化分析,确定施工现场场地的起重机位置、单元模块的固定交付位置等,并且进一步验证模块分解的合理性、科学性和可行性[6]。
2.3 优化现场施工组织管理模式
施工管理包括质量管理、进度管理、成本管理等。质量管理注重过程控制,重点是事前质量管理。进度管理的核心在于各工序在时间上和空间上的顺利衔接以保证工期。成本管理的目的在于合理利用资源,提高项目的性价比。将项目信息与BIM-5D模型进行关联,运用模拟施工技术对模块化构件吊装过程中的工艺安装顺序和机械操作流程等方案进行优化,减少返工和材料浪费,确保整体施工质量和项目工期[7]。另外,BIM技术可以实现施工过程中的人、材、机等成本动态管理,实现成本精细化管理和过程控制的最优,保证模块化平行施工各资源的调度和使用[8]。图3为BIM技术的模块化构件安装流程。
2.4 融合BIM人才与模块化施工人员培养
在做好建筑工程模块化施工的全社会推广工作下,依托高职院校的职业教育优势,在“1+x”证书制度的改革背景下,推进BIM人才的培养,并结合不同专业方向,与模块化施工人员培养进行有机融合,注重技能应用人才的选拔和培养,扩大生源,突出专业性培养。一方面,培养一批具备掌握BIM技术和模块化施工技术的年轻专业人才,使其不仅掌握BIM技术的应用,而且能够进行模块化施工的操作能力,为我国的建筑工程模块化施工储备一批后备力量;另一方面,给予社会人员的再继续教育培训,提供在岗从业人员的学习渠道,帮助他们掌握新技能。
3 总结
我国建筑行业年轻劳动力人员数量逐渐减少,为应对出现的劳动力短缺现象,全行业开始大力推广模块化施工,将施工现场的建筑构件转移到工厂中制作完成,再运输到现场进行连接组装。模块化施工将施工现场流水施工变为平行施工,从而缩短了项目工期,同时模块化施工能够节省建造成本与资源。但考虑到模块化施工在我国尚处在初步发展阶段,相关技术标准未建立完善,模块化施工构件标准缺乏通用性,设计与施工配合度不高,设计意图无法精确在建造施工中呈现,传统的施工管理方式无法适应模块化施工的组织管理要求,专业技术人员短缺,上述问题阻碍了建筑工程模块化施工的推广应用。将BIM技术应用到建筑工程模块化施工中,通过BIM模型细度等级,设计-施工协同工作平台,运用BIM-5D技术,;融合BIM人才等,建立模块化施工构件统一标准,整合设计与施工信息流程,优化现场施工组织管理模式,提高专业技术人员基数。随着BIM技术的不断发展和升级,将对我国建筑工程模块化施工以及建筑工业化的可持续发展提供更有利的支持。
参考文献:
[1]建筑业固定资产投资增速下滑、劳动力老龄化等因素导致建筑业农民工数量连续三年走低[EB/OL].http://www.chyxx.com/industry/201810/685028.html.
[2]李兵.在居住建筑中模块化施工技术的可行性分析[J].智能城市,2018(06).
[3]王晓玲.模块化建筑与模块化施工[J].施工企业管理,2015(08).
[4]张卫伟.我国装配式建筑发展问题及对策研究[J].四川水泥,2017(12).
[5]凯泽(Kesari,Payneni).BIM的关键力量[M].北京:机械工业出版社,2017.
[6]李俊.谈基于BIM的模块化施工技术[J].工程建设与设计,2018(s1).
[7]王淑嫱,周启慧,田东方.工程总承包背景下BIM技术在装配式建筑工程中的应用研究[J].工程管理学报,2017(6).
[8]蓝美珍,潘梁.BIM技术在地下综合管廊建设阶段的应用[J].中国标准化,2019(12).