BIM技术在装配式建筑中的全过程管理应用

李波

【摘要】装配式建筑作为一种新型的建筑模式，其技术优势十分明显。BIM技术引入我国后，得到了快速发展，并在设计，生产以及施工阶段起着领跑者的作用。我国部分地区已经开展推行利用BIM进行装配式建筑的应用，本文通过对BIM技术在装配式建筑中从前期设计到后期管理全方位的跟踪研究，将装配式建筑的全过程管理应用作为核心，提供完善的设计步骤和研究方向，并确保研究成果的最大化，还适当扩展了装配式建筑的研究边界，完善BIM技术在装配式建筑中应用的思路和方法，具备一定的理论意义和实践意义。

【关键词】建筑工程;BIM技术;装配式建筑;全过程管理

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.036

一、BIM相关技术基础

1、BIM技术的概念

BIM的意义在于，当模型建立时，由于各个参与方在同一个交流平台，高质量的信息共享可以解决参数变化的问题，以及管道中的碰撞检查等等。BIM的概念可以用三句话来概括：BIM以3D模型的数字方式收集整个项目中的所有信息。BIM属于信息摘要机构，或者是建设活动各阶段参与组织之间合作的重要平台，用于提取信息，实现BIM平台上信息的实时传输。建设项目的参与者通过修改，补充和更新每个专业模型中的信息来优化工作，并加强各个职业之间的联系和工作交流。

2、BIM技术的特点

BIM技术的特点表现在信息集成化、工作过程的可传递性、协同设计的充分支持和优化性等方面。

（1）信息集成化

BIM技术特征的信息集成一般表示在以下部分，第一个是设计链接，第二个是特定信息，信息模型是信息收集的重要桥梁。因此，建筑行业的这种模型是所有项目数字化的结果。应从全面的角度将专业数据和内容填入模型中。由计算机3D模型生成的数据库是该模型中最重要的部分。该模型主要包含多个部分，如建筑体的内部空间关系和几个部分的存储。BIM技術的设计过程和特定信息的整合完全放弃了原有的CAD方法，具有在设计领域不可忽视的积极影响和实用价值。

（2）工作过程的可传递性

工作流程的可转移性是BIM技术最突出的优势和功能。众所周知，BIM技术应用的最重要特征是在项目数据中建立时间敏感的集体关系。同样值得注意的是，同一建筑模型可以以多种方式使用，例如BIM模型可以直接用于建筑模拟，结构研究和其他部分。在上述过程中，不仅工作人员的压力减小，而且程序设计部分的整体效率也可以得到提高。

（3）协同设计的充分支持

BIM系统是一种重要的新设计工具。它可以在设计时为每个组织和每个环节建立良好的合作渠道，并为项目的相关处理方准备充分和现实的信息和内容。BIM技术主要体现了“全面支持协同设计”的优势，使工程师之间的交流变得方便，合作也变得更为融洽，更重要的是可以有效缩短设计时间，提高综合水平，提高最终的经济效益。

（4）优化性

因为建筑项目的设计和完成都是一个动态且需要不断优化的过程，所以在起初的设计，施工包括后期的运营方面必然会受到信息多而复杂，时间不确定性等等，而借助BIM技术可以进行相应的优化。

二、BIM技术在装配式建筑的应用路径

1、设计阶段

与当前的装配式建筑模式相比，传统模式下主要采用的是DBB模式，即按照顺序各参与方依次投入，经历业主招标、设计单位完成图纸、招投标确定总包方、配备材料、施工、监理单位验收等几个阶段。在这种DBB模式下，有许多单位如物流、施工以及构件厂等并没有提前参与到设计中来，这就会造成后期设计与施工可能存在差异、脱节，导致后影响后期施工进度、生产和运输成本的层架、质量难以保证等。而引入BIM技术，可以建立构件参数化族库，完善设备、PC构件库。这些基础性的工作完成后，设计人员在参与不同的设计项目时，直接调用，以此来实现快速出图。

（1）初步方案设计

（1）构件标准化。装配式建筑设计初期，需要罗列出可能用到的构件，并通过建立构件库存放需要用到的构件，目的是为了满足构件的标准化和通用化。通过BIM技术可以完成装配式建筑中外墙、内墙、阳台和楼梯等部件的标注化设计，所形成的构件库如下图1所示。

（2）户型标准化。装配式建筑在部品与构件的标准化的基础上，根据需求建立不同的户型样式，显而易见，在如今购房群体需求多样化的市场环境下，模块化的设计可以最大程度的利用现有资源，组合出不同的户型，形成了丰富多样的建筑风格，如下图2所示。

（2）构件拆分设计

装配式建筑的整体设计完成后，需要进行构建的拆分。根据之前建立的构件库，选取构件进行装配，当构件满足装配率要求时，在进行拆分。拆分时要合理设置好构件的相应参数，还需要考虑现场的吊装能力等，如下图3所示。利用PKPM-PC软件进行手动地修改预案构件的尺寸，对建立墙预制构件的起点与长度进行参数设置，目的为了减少构件的重量，使其满足吊装的重量要求。

（3）构件深化设计

（1）碰撞检测与模型优化：BIM模型建立后，需要对其进行碰撞检测，对其中的碰撞进行查看，如下图4所示。

（2）预制构件深化设计在拆分设计完成后，可利用PKPM-PC软件的深化设计模块对梁，板，柱和墙的参数进行设置。如下图5所示。

2、生产阶段

在装配式建筑构建的生产中，技术人员在二维平面上进行预制构件的生产加工。因为二维图纸上所反映出的信息十分有限，这种方法有可能出现错解、误解设计意图的情况。BIM携带的信息贯穿于整个建筑周期。借助BIM技术可以将装配式建筑中所有部件的详细信息共享给生产单位，传递的方式可以是三维信息化模型、也可以是二维深化图纸。通过BIM技术、物联网技术和GPS定位系统基本可以实现对装配式建筑构建的生产、出厂和运输进行追踪。项目各参与方及时沟通，及时查询各个工作完成情况和安排本单位下一步的工作。具体如下图6所示。

（1）构件生产前准备

BIM技术此时所表现出的最大优势是可以进行三维建模，将构建的参数信息进行转化形成实物，这样就可以方便生产人员的理解。由于BIM在建立模型的同时要考虑到各类构件的三维模型，并给出对性的参数和材料。由此建立的模型必须要经过反复验证，直到模型验证通过，确保数据准确真实。

（2）预制构件生产

构件进场卸载前，本单位的质量管理部门及时按编号和批次检查并及时上传信息管理平台。BIM数据库具有强大的信息处理能力，其可以对扫描后的RFID标签进行分辨，并提取其中有效的信息。供应商可以根据具体情况调整生产计划，避免了材料的浪费。

（3）构件运输阶段

施工单位根据装配式建筑当前的施工进度来组织构件的运输计划，生产管理人员通过手持阅读器或移动端查询、定位需要运输的构件，记录预制构件的当前信息。构件的运输线路也需要综合多方信息，如：施工现场的位置、高速公路的线路和高速公路的出入口等。BIM技术拥有强大的信息集成功能与GIS技术的结合，可迅速查阅工地现场周围情况，生产三维地形图，根据三维地形图分析工地周围运输路线，合理确定运输路线。

3、施工阶段

（1）构件进度管理

（1）进度管理体系架构信息来源于从设计阶段产生的设计信息与在施工过程中利用RFID实时采集的状态信息，根据构件进度管理过程中的信息需求，提出进度管理体系结构，对装配式建筑构件进行实时动态进度管理。

信息收集与传递：装配式建筑构件的基本信息都有固定的存储方式，并以EXCEL表格的形式来进行记录，关键节点的构件则是通过RFID标签进行记录。

信息提取与分析：在装配式建筑的构建进度管理中，核心环节是提取构件的详细信息。BIM通过与物联网技术RFID的集成获取装配式构件的计划信息与实际信息，可以通过设置查询条件统计不同阶段或某个时间点的各个装配式构件实时状态信息。

（2）构件质量管理

现浇式建筑从始至终的施工地点都只有一处，其质量控制基本固定在施工现场。但装配式构件施工地点不同，一个是构件的生产厂，另一个则是施工地点的装配现场。装配式建筑的一大特点是标准化生产，这的确提高了构件的生产效率。而一个装配式建筑项目中，涉及大量的构建，且部分构建在尺寸上没有太大差别。为了保证装配式建筑的生产效率和质量，结合装配式建筑施工特点与需求，借助BIM技术可以构建起质量管理框架。

质量控制架构将施工阶段的质量管理分为施工准备阶段、构件生产阶段、现场装配阶段和质量验收阶段。

（1）施工准备阶段在装配式建筑施工过程中，装配式构件的生产是以工厂为基础的规模化生产。如果在施工现场发现部分构建出现尺寸问题，无法安装到建筑主体中，那么这些构建只能报废。

深化设计深化设计：对于装配式建筑施工阶段十分关键。在这一阶段，通过深化设计让生产方获得精确详细的图纸，有效的较少了钢筋和预埋件的错放问题

模拟施工方案：深化设计完成以后，并不代表该套设计方案就可以顺利提供给施工单位。施工中往往存在诸多不确定因素，通过对完成后的施工方案进行模拟，可以帮助管理人员通过模拟的施工方案提前发现问题，解决问题，减少不必要的损失。

（2）构件生产阶段

装配式建筑施工阶段是从构件厂开始的，在构件厂生产的构件质量将会直接影响到之后现场装配的质量。在构件的生产阶段，主要是确保一线生产人员可以得到准确的参数信息，以此来指导生产。

精确获取生产信息：装配式建筑构件在设计中，已经生成了详细的参数。可以从模型中直接查看与生产相关构件的基本信息。

模具数字化设计：装配式建筑构件是由模具设计人员设计出模具后，才可以组织规模化生产。根据建立好的装配式构件模型来进行模具的设计，能够尽可能确保构件模具制作的精细度。

（3）现场装配阶段

质量验收：即使在构件出厂时，技术人员已经对其进行过质量检验;但是施工现场所反馈到平台上的参数碎石都在变化。因此，在构件进入施工现场时，仍然会对构件进行质量检验。检验的方法是通过扫描RFID标签，快速读取装配式构件质量管理数据，提高验收效率。

装配过程质量控制：就装配式建筑来说，装配式的质量直接影响着结构的整体性。在构件装配的过程中，通过手持终端扫描上面的RFID标签，获取关键节点装配的具体操作流程以及装配质量控制要点，并借助GPS来对构件进行定位，以此来判断装配是否到位。

（4）质量验收阶段

在质量验收阶段，主要涉及两项内容;其一是构件装配质量，其二是装配过程中出现的质量问题。

“无纸化”施工质量验收：现场的装配信息通常以图片或者文字传输至平台，平台自动判断是否通过验收，是否符合规范要求。这种无纸化验收避免了人工参与和数据记录有误情况。

质量问题的处理和总结：借助质量控制架构，施工中出现的问题要进行分析和讨论，对工程上出现的质量问题要进行概括汇总并分类存储。基于BIM数据库，可以对现场问题进行更加科学的分析。

4、运营阶段

对装配式建筑的设备进行信息化管理中，設备的使用和维护也是极其重要的，尽量延长设备的使用寿命，保持良好的运行状态，是进行后续的信息化管理的关键。在装配式建筑的后续运营中，管理人员可以通过手持终端扫面设备上的RFID标签，由此将设备的具体型号、参数、安装时间、检修记录录入到BIM模型中;如果设备出现故障，检修人员可以通过扫描RFID标签，获得该设备的详细信息。借助BIM技术，维修人员可以快速赶到现场进行设备维护，并在设备信息管理系统中调用配件的信息，实现快速查找和领取。

（1）空间信息化管理

在国家大力推广绿色建筑和环保材料的环境下，建筑领域的节能减排已经成为各个参与方必须要面对的问题。建筑的节能减排是建造方法和后期运营维护共同努力完成的，两者缺一不可。因为BIM技术是现实和虚拟相结合的技术，通过对空间区域的划分，来观察空间的使用情况的。

（2）应急信息化管理与决策

在现代化的建筑中，消防应急设备的智能化程度已经非常高，但是对这些设备的管理才是关键。将BIM技术应用到装配式建筑中，遇到突发情况时，BIM系统自动发出报警信号，同时三维可视化技术可以迅速呈现发生危险的地方并传达给救援人员，确保最短时间解救被控伤员。

结论：

传统的建筑模式，不仅能耗较高，施工周期长，管理难度大;而且不同环节出现误差和风险的现象尤为普遍。在国家推行绿色建筑的倡议下，装配式建筑顺利推出，并体现出一定的技术优势。当然，也要意识到装配式建筑的技术优势的确很明显，但是在我国还处于发展初期，其实际应用和推广还存在诸多难题。BIM技术可以对装配式建筑中的所有环节进行仿真，并可以持续为所有环节的工作提供优化依据。

参考文献：

[1]苏小华，潘家诚，陈旭东，等BIM技术在道路工程设计的应用研究[J].住宅与房地产，2019（28）：56.

[2]张铎，冯东梅，高婷.基于BIM的建筑工程多专业设计协同方法研究[J].施工技术，2019，48（24）：29-32.

[3]李纯，张忠良.基于BIM标准体系的铁路协同设计体系研究[J].铁道勘察，2020，46（01）：95-102.

[4]薛国龙.装配式建筑工程施工过程中BIM技术应用实践[J].建材与装饰，2020（04）：18-19.