基于BIM的装配式建筑智慧化管理体系研究

2021-04-02张玉青王如华王玉刘凯英李贝贝

智能建筑与智慧城市 2021年3期

张玉青，王如华，王玉，刘凯英，李贝贝

（菏泽职业学院）

1 引言

利用新技术进行装配式建筑的质量保证，如利用BIM技术手段进行装配式建筑施工管理，但是从BIM的管理角度进行装配式建筑质量管理的研究相对较少，还有待进一步研究。将BIM在工程项目管理上的强大优势结合装配式建筑。由于项目管理产业链拉长、构件众多、管理复杂等造成质量管理困难的实际情况，对装配式建筑施工质量管理进行了研究，为装配式建筑的质量管理开辟新的思路。控制装配整体式框架结构的施工质量，将建筑信息模型引入装配式建筑全过程，构建装配式建筑全寿命周期的应用架构，有机联合装配式建筑各管理阶段，对具体项目的实施情况进行介绍，提高建筑信息模型与装配式建筑的适用性。通过RFID系统（Radio Frequency Identification）技术，对构配件信息进行追踪和检索，构建建筑构配件和材料的基础信息库，使构配件在项目不同阶段都能有效进行，从而整合出装配式建筑管理流程[1]。在以上理论的基础上，提出基于BIM的装配式建筑智慧化管理体系，为建筑行业高质量发展奠定基础。

2 BIM技术在装配式建筑中应用的优势

BIM是一个过程，是一个不断收集信息并将信息视觉化的一个过程。建立了一个便于收集信息并将信息加以展示的平台，具有模型三维可视化、信息收集动态化、管理工作协同性等特点。

2.1 BIM技术可明确质量责任追溯

BIM与装配式建筑都是基于构件的体系，将BIM技术应用于装配式建筑的质量管理中有着巨大的管理优势。BIM技术在装配式建筑施工应用过程中充分与物联网等技术融合，将施工过程中用到的物料、构配件等质量信息，通过RIFD等传感器或二维码等，可对现场施工作业产品进行追踪、记录和分析，实现自动化、智能化，减少了人为干预造成的质量问题，增强了质量信息的可追溯性，明确质量责任。

在BIM信息库中提取信息结果，明确装配式建筑施工项目的管理思路。针对装配式建筑存在制造工厂与装配现场，对两个工作场地的资源进行充分整合，协同管理装配式建筑的各个参与方，确保施工过程的管理信息流畅，其BIM管理实施流程如图1所示。

如图1所示，使建筑施工方案与BIM技术紧密联系，构建建筑相关结构的三维动态模型，及时发现并处理拟施工项目预期存在的问题，对施工项目进行可视化操作，选择效益高且成本可靠的施工组织方案，调取建筑基本信息和主要施工技术方案，提升建筑工程前期规划设计水平，保证建筑工程按照预期进度完工。

1）前期审核阶段

以三维模型为载体进行信息化管理，三维转换装配式建筑的二维图纸，整合管线、建筑和结构模型，构建项目运行保障机制，结合工程项目实际情况，模拟建筑施工作业全过程，提升项目整体运行服务能力，同时控制施工中的重点内容。利用BIM搭建建筑的基本结构，碰撞试验检测成功后，对施工图进行审核，及时修正模型不合理处和不规范处。

2）实时调整和优化阶段

审核无误后，将模型传递给施工单位，构建建筑构配件信息库，精确匹配信息库中的构配件模型与实际使用模型，使模型误差在允许范围内，并将模型信息下发到构配件制造工厂，集成管理施工现场和制造工厂的装配进度和生产进度，同时对两地的成本、质量和安全进行多重整合[3]。利用BIM模型整合施工组织方案与构配件生产计划，指导装配式建筑的实际生产施工，将合理的施工方案提供给管理方，通过搭建的BIM信息构架，使施工现场的管理方随时查看相关信息，及时进行信息反馈工作，实时调整并优化施工计划。

3）模拟阶段

最后根据形成的模型，模拟出实际的装配过程，使交付模型与竣工图纸一致，规划建筑工程的工期、人力和机械，输出运输物流计划、现场装配模拟、工程量统计以及材料管理等成果，将其作为建筑实际施工生产的管理依据。至此确定了装配式建筑施工项目的管理模式。

图1 装配式施工项目的BIM管理实施流程

表1 基于BIM的装配式建筑管理信息数据

2.2 BIM技术提升了装配式建筑管理的效率

在装配式建筑的施工阶段，深入分析BIM技术的应用途径，将使用主体从设计方转向施工方，升级施工项目的运行维护方式，综合对比设计方案与施工效果图，利用BIM技术实现施工结果比对，使项目施工与设计图纸相一致，构建BIM技术应用环境，提升建筑管理过程的智能化与信息化程度，强化施工阶段的管理控制[2]。管理人员应整理建筑材料采购时间，相关设备、物料以及供应商信息，并将其录入到BIM建筑模型数据库中，为建筑施工技术的发展提供帮助。

当建筑现场施工变更时，更新BIM模型数据库中的管理数据，重新获取施工相关参数，构建新的建筑施工模型。在装配式建筑的运行维护阶段，通过三维动态可视化技术，收集建筑相关位置和尺寸信息参数，通过建筑模型体现装配式建筑中。管线布局、施工技术和材料信息的使用标准，有序开展信息化管理工作。使建设单位从投资建造变成管理服务角色，得到成本管理信息和质量管理信息，包括设备维修保养费及清洁费等。将所有阶段的建筑信息进行录入，至此完成BIM基础信息构架的构建。

2.3 BIM技术可以增加装配式建筑的管理功能

在装配式建筑施工完毕的基础上，增加其管理功能，全面管理建筑的运维阶段。利用BIM基础信息构架，描述建筑的几何信息和非几何信息，具体如表1所示。

将现场设备看作智能管理的重要组成部分，将各类传感器和仪表器看作智能管理的信息源，控制装配式建筑的相关结构，获取BIM模型的相关信息数据，对数据资源进行统计分析，为管理者提供相关的数据信息资料，有序展开建筑的管理工作。

3 BIM在装配式建筑管理中的应用

以某写字楼作为待验证的装配式建筑项目，建筑面积24837.17㎡，整体结构为框架剪力墙。全楼共165间办公室，项目1层为办公楼大堂，其余为写字楼标准间，单层面积为90㎡～200㎡之间。标准层面积为1600㎡～2000㎡之间，配套设施为上下水、消防自动喷淋、电梯、通信电力、多联机空调、配套停车位等。

3.1 基于BIM技术采集写字楼管理信息

设计BIM装配式建筑信息模型如图2所示。

1）房屋空间方面

对时间轴和表1中的基于BIM的装配式建筑管理信息数据进行智慧化管理，为写字楼空间属性信息可视化提供支持，实现写字楼空间信息的生命周期管理，使管理者获取不同日期中，维修运营、保养改造及属性信息的变化。构建统一的空间数据编码字典，建立全覆盖的空间信息，对写字楼空间分布进行合理配置，进而提升写字楼资产的使用效率。房屋改造过程中，可以对BIM模型的录入数据进行自行编辑，支持对应的改造图形化操作，自动获取建筑空间的动态数据。

2）设备运行维护方面

以写字楼整体为出发点，对写字楼的配电排水和电梯暖通进行集中设备运行，并建设集中设备监测中心，重点关注设备运行安全，划分重点监测区，对机电设备进行全面监测和综合告警，并利用BIM模型，对设备的监控告警信息进行可视化展示，使管理者实时获取各设备的运行状况。

图2 BIM装配式建筑信息模型

图3 基于BIM的写字楼管理体系

3）管道运维方面

通过BIM的信息存储功能，对管道状态进行随时跟踪，实现现场维修作业、事故排查、区域的管道控制节点三维可视化，精确定位地下和墙体内管线的具体位置，并对定位位置进行测量，同时分类管理管线的属性、寿命周期和材质类别。

4）安全与应急方面

将BIM空间作为信息集成的基础，整合监控消防、门禁巡更、设备安全报警，最大限度关联写字楼空间位置与报警信号，当监控报警时，调取BIM三维场景和相应的视频信号，自动匹配位置信息。管理者通过观察BIM写字楼模型，全面掌控写字楼管理运维中存在的问题，从而提高写字楼管理效率。

3.2 施工前指导性管理

基于上述采集的房屋空间、设备运行维护、管道运维安全与应急方面的信息，设计该写字楼施工前管理过程，在BIM建筑模型中填充非几何信息数据，创建对于经营者、客户、管理者和服务维护单位的综合管理平台。搭建三维模拟建筑整体实景模型，建立基于BIM技术的操作平台，具体如图3所示。

该写字楼项目以BIM模型为基础，获取建筑设计施工阶段的结构图纸、相关行政备案信息、给排水图纸、消防设施设备图纸、建筑图纸以及资产权属证明等资料，将其转换为建筑数字化的电子信息，直接储存建筑主要功能信息。

利用储存信息避免工作界面的重复工作，结合后期营运的实际使用情况，以房间为单位，对数据进行更新、调阅和查看，统一管理部门，对写字楼数据进行汇总，包括写字楼体量占比、区域内的写字楼出房率等。

利用IBM模型导入写字楼竣工图，当客户对写字楼单间提出要求时，管理者根据场地情况和特点进行管理，为客户推荐符合要求的选址，且管理者可以随时提取项目的评价指标，对建筑运营情况和设备老化程度进行实时查看，通过BIM的模拟实景，分别查找房间区域的空间信息，及时更新房间的已租空置信息，和客户的合同履约情况。

3.3 施工过程管理

施工过程管理，指项目在开始生产施工的过程中，对施工过程中的人和事以及物料进行管理。装配式建筑的施工过程存在着两个施工场所，一个是构件的生产场所——制造工厂，一个是构件的装配场所——施工现场。需要根据不同施工场所的特点有针对性制定适宜的质量管理控制方法及流程。

在写字楼的多个关键节点设置传感器，跟踪记录水电资源的消耗情况，自动汇集资源的流量数据，通过BIM模型分析能耗，整合处理不合理的资源，制定科学的节能措施，及时更换资源能耗高的设备。针对监控设备故障，管理者仅需要做监管跟踪和决策实施工作，在线记录作业过程并存档，真正实现无纸办公，降低了人力成本，避免交叉性的工作，实现写字楼各专业的有机统一管理。综上所述，基于BIM的装配式建筑智慧化管理体系，相比传统管理体系具有以下优点：能够直观感受建筑的几何数据信息，降低设施设备管理过程的繁琐复杂程度，提高资源使用率，加快建筑资产价值的回收。