应用BIM技术的装配式建筑施工动态管理研究

彭怀贞 娄华超

1.宁波城市职业技术学院 浙江 宁波 315800

2.五冶集团上海有限公司 上海 201900

随着经济和技术的快速发展，装配式建筑被广泛应用。但该结构PC构件多、预留预埋工序复杂和信息动态变化管理难度大等技术难点，导致其施工管理较为困难。BIM技术的动态信息化、可视化、模拟性、协调性和优化性等特点，为装配式建筑施工管理提供了更加有效的技术支撑，具有较高的实际应用价值。于龙飞[1]通过将BIM技术与计算机集成建造系统相结合，构建涵盖施工阶段全过程控制管理系统框架，为BIM技术应用于装配式建筑施工动态管理提供了新的思路。孙悦[2]等运用BIM技术在设计阶段进行全专业一体化深化设计，大幅度减少了后期施工过程中设计图纸的变更工作。武永峰[3]等通过运用BIM技术使装配式建筑设计、生产、装配、运输等系统一体化协同发展。琚娟[4]通过建立设计和施工数据信息交换流程，使进度管理模型得到持续优化。本文通过分析现阶段BIM技术和装配式建筑特征，针对BIM技术在装配式建筑施工过程中的动态管理进行研究。阐述“设计-施工-交付”的全方位动态管理过程，为优化装配式建筑施工过程和提升施工现场管理水平打开新的思路，以期解决施工过程中出现的“错漏碰撞”和施工管理中信息不对称等问题，为深入研究BIM技术在装配式建筑施工动态管理中的应用具有重要意义。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程由3栋16层高层住宅楼组成（地下一层），建筑总面积为34308.86m2，其中地上建筑面积24377.86m2，地下建筑面积9931m2。拟建场地原为旧民宅，北面少许为拆迁地块，南面相邻商务楼，西面紧挨居民小区，东面邻近地铁线，周边环境较复杂。该工程通过装配式建筑工业化建造技术、城市智慧平台BIM技术和绿色文明施工技术等一体化集成系统，从而实现装配整体式结构施工过程的动态管理。项目具体位置信息如图1所示。

图1 项目地理位置图

1.2 工程结构体系与特点

本工程1#～3#高层住宅均采用装配式建筑体系，垃圾房和配电房为一层框架结构，板厚120mm；地下室为框架剪力墙，室外板厚为250mm，室内板厚为180mm。桩基础采用钻孔灌注桩，桩径为600mm和800mm两种。楼层中主要PC构件有：预制外墙板、内墙板、叠合板、预制楼梯和阳台板等，1#～3#主楼中水平PC构件为2～16层，竖向PC构件为4～16层，叠合板厚为130mm，最终使工程总体预制装配率达到40.88%。装配整体式剪力墙结构主要通过可靠的连接方式将PC构件进行组装拼接，与现浇混凝土楼层形成封闭的结构体系。具体施工过程是利用PC墙板与现浇混凝土结构边缘节点同步施工形成统一整体，并以套筒灌浆连接方式保证钢筋和PC墙板的受力性能。

1.3 BIM技术应用目标

装配整体式剪力墙结构施工过程要求流程精细化、设计模数化、生产自动化和配合一体化[5]。通过BIM技术进度管理模型和信息管理平台，可实现项目“设计－施工－交付”的全方位动态管理过程，从而保证施工管理中各项工作的有序进行与产业结构信息化集成。本工程在设计和施工阶段应用BIM技术进行模型搭建，其模型的深化设计有效提高了装配式建筑PC构件设计的完成度与精确性。通过应用BIM技术完成工程策划编制、三维场景布置模拟、节点工序模拟、复杂工序工艺模拟、三维进度模拟、管综排布和可视化技术交底等，实现工程施工质量、施工安全、施工进度以及资源整合的施工动态管理过程，最终运用BIM技术完成工程竣工模型和交付。

2 BIM技术在装配式建筑动态管理中的应用

2.1 BIM技术在设计阶段中的应用

PC构件的预埋预留是装配式建筑设计过程中不可避免的，主要包括PC墙板上管线预埋、钢筋校改、碰击查验和洞口预留等。在传统装配式建筑设计和图纸会审过程中，针对设计过程中发现的问题需通过反复的修改图纸才能制定出合理的问题解决方案，且不能及时得到有效解决。而利用BIM技术设计平台可以更好的解决传统设计方法中存在的弊端，加快PC图纸审图的速度。各专业设计人员能够利用BIM技术设计平台对各项信息进行汇总，结合立体虚拟空间居住环境，制定详细的图纸设计问题解决方案，从而实现设计方案的同步修改。BIM技术设计平台利用参数化设计方法构建数据模型，将装配式建筑的PC构件和现浇部分各作为一个独立单元。运用模型中碰撞检测与自动纠错功能，检测出各专业设计中存在的冲突问题，汇总后与设计单位进行图纸会审，以调整参数的方式自动纠错，可以消除40%左右的冲突问题[6]。同时能够对施工现场存在的隐患问题进行预测和分析，以此实现装配式建筑在设计阶段的动态管理过程。

2.2 BIM技术在施工阶段中的应用

BIM技术通过数字化信息模式对装配式建筑的施工过程进行动态管理，实现动态管理中的信息交流和相互协作[7]。利用BIM技术集成施工对象和施工进度数据，实现施工进度的实时跟踪与监控。可及时制定修改方案解决施工过程中存在的问题，以此建立装配式建筑动态施工规划系统，从而实现施工过程中的质量、安全和进度的动态管理[8]。

（1）施工质量管理

在装配式建筑施工过程中，PC构件生产质量控制和施工现场质量控制尤为重要。其中，PC构件生产质量控制是整个施工过程中质量控制的前提，直接关系到后期的施工现场吊装质量。在生产质量控制方面，装配式建筑的PC构件生产工艺设计复杂，既要达到构件相关设计标准，又要满足设计构件几何尺寸精度和强度的要求。运用BIM技术对PC构件整个生产工艺设计进行模拟，使质量管理技术人员能够直观检查和分析设计构件的几何尺寸精度和强度。BIM技术信息化管理可以对PC构件生产质量进行跟踪分析，进一步深化PC构件的工艺设计和生产质量管理。同时明确PC构件之间存在的碰撞和冲突情况，并及时控制整体施工现场质量。在施工现场质量控制方面，应用BIM技术对组装完成的PC构件和施工现场预留的空间与孔进行合理计算，通过三维模型找出施工过程中的重难点，从而实时对施工现场质量管理进行跟踪和监督，有效判断施工过程中是否存在质量问题。及时解决质量检查中发现的问题，利用BIM技术对质量管理过程中的问题和解决方案进行汇总并分析其原因，从而实现施工过程中质量控制的动态管理。

（2）施工安全管理

施工安全管理中运用BIM技术与传统装配式建筑施工安全管理技术相比有突出优势。BIM技术的可视化功能将施工现场环境中复杂的物理信息以及合同中敲定的构建系统转换成数字信息化三维交互式虚拟环境[9]。施工安全管理人员可直观的了解现场情况，及时发现工程中潜在的安全隐患问题并采取相应的解决措施，消除设计偏差、排除安全事故风险，从而实现施工过程中前期的安全策划。装配式建筑实际的施工过程中，施工现场安全管理具有复杂性和不可预知性。实际施工过程中PC构件吊装多条施工路线相互交织，甚至出现多条工序同步实施的现象。传统的人力管理无法适应新技术，出现安全管理效率低下，甚至潜在的安全管理失误。BIM技术包含整体项目信息，直接在施工现场安全管理模拟中对存在的安全隐患动态识别并消除。在传统静态模型下，大部分安全隐患很难识别，运用BIM动态模型可准确识别塔吊等其他机械与建筑实体发生碰撞的部位。针对BIM技术识别出的安全隐患及时制定对应的安全措施，实现施工过程安全控制的动态管理。

（3）施工进度管理

继施工质量控制管理、施工安全控制管理之后，施工进度管理是工程施工管理过程中需要注意的关键环节。因多方参与装配式建筑施工管理过程，会出现施工现场信息交流繁琐、返工率高等现象，仅依靠传统的技术和工具对施工进度进行协调管理会出现问题。BIM技术动态调整缩短信息传输路径，实现多方协同施工其最大亮点。三维模拟施工场地实现装配式建筑施工进度管理和PC构件的动态链接，辅助施工现场电子监控设备实时监督施工管理过程，对各个作业面安排施工进度计划，有针对性的解决和处理进度管理中可能出现的问题。科学合理的编制和指导施工进度计划，有效穿插构件安装工序和优化技术间隔，把握关键部位和关键节点的施工，突出施工进度管理效果。

2.3 BIM技术在交付阶段中的应用

BIM技术不仅应用于设计阶段和施工阶段，也可运用在项目竣工交付阶段。竣工交付阶段工程施工核算量较大，传统方式通过平面图纸来对每个构件进行工程量核算，但这种方式效率低下，且图纸变更和信息缺损会导致最终计算结果缺乏准确性。BIM技术的数字信息化参数设计，赋予整个施工过程中各个构部件空间、方位、几何、工程量数据和工程进度信息等属性。在工程设计阶段与施工阶段，BIM模型会随着设计与施工图纸进行更新迭代，录入与更新图纸变更部位的相关构部件各项信息。在竣工交付阶段，BIM模型包含所建工程施工过程所有信息全部，根据三维模型中记录的具体相关数据，运营和管理竣工交付后的工程，规避投入使用后出现的问题与风险延长使用寿命，实现整个工程项目运营过程的高效和可控。在竣工交付阶段，业主可运用BIM模型的检索功能查看施工过程中所有的动态信息，减少竣工交付时间，节约竣工结算成本。BIM技术参数修改和实时跟踪来实现BIM技术在竣工交付阶段时的动态管理应用，解决实际使用过程中出现的突发状况。

3 结论

针对装配式建筑住宅工程施工动态管理，本文引入现代化信息技术集成理念，通过BIM信息化技术在装配式建筑设计－施工－交付一体化管理系统中的应用，实现项目“设计－施工－交付”的全过程动态管理。为优化装配式结构施工过程和提升施工现场管理水平打开新的思路，以期解决装配式建筑施工过程中出现的“错漏碰撞”和施工管理中信息不对称等问题，降低施工过程中的不确定性，进而推广BIM技术在装配式建筑施工动态管理过程中的运用，尽早达到装配式建筑施工现场动态管理和信息化技术集成系统无缝结合。