基于BIM 技术的装配式建筑施工技术分析

肖燕武，张志敏

（广州城市职业学院，广东 广州 510405）

0 引言

绿色建造、工业化生产是我国建筑行业生产方式创新发展的一大重要方向，装配式建筑由此得到了大力发展。与传统现浇混凝土建筑相比，装配式建筑建造模式存在本质性的区别，其核心是工厂生产建筑构件、现场“装配”，形成完整项目主体，同时通过引进先进的BIM 技术辅助施工，可实现多参与方、多阶段、多专业的信息共享，有利于进一步加快施工进度、提高建造质量，这也是本文研究的重点所在。

1 我国装配式建筑发展现状

近年来，我国一直大力提倡建筑行业工业化发展，《“十三五”装配式建筑行动方案》制定了装配式建筑发展规划，明确了2018—2020 年全国装配式建筑的建造要求，相应的各地也出台了相关文件，如：《上海市建筑节能和绿色建筑示范项目专项扶持办法》《浙江省绿色建筑条例》《关于加快推进我（石家庄）市建筑产业化的实施意见》，基于相关政策引导与建筑行业产业转型发展需求的双重作用下，装配式建筑呈蓬勃发展趋势。

据住建部数据显示，2016—2020 年我国新建装配式建筑面积持续增长，2020 年新开工装配式建筑达6.3 亿m2，与2019 年相比增长了约50%，在新建建筑中占比20.5%，完成了《“十三五”装配式建筑行动方案》中2020 年达15%以上的工作目标。2016—2020 年我国新开工装配式建筑面积及其占比情况如图1所示。

基于图1 可得，近五年来我国装配式建筑总量呈持续性增长态势，为维持此趋势相关部门不断出台行业标准规范，有效减少装配式建筑推进阻力，为装配式建筑标准化、定量化、自动化、产业化奠定了坚实基础。

图1 2016—2020 年我国新开工装配式建筑面积及其占比情况

2 装配式建筑施工特点与BIM 技术应用优势

2.1 装配式建筑施工特点

基于相关理论与实践经验，可将装配式建筑归纳为一种以信息化为支撑，采取标准化设计、精益化生产、工地装配方法的建筑，其特点如图2 所示。与传统现浇建筑相比，其在设计、施工、装修以及验收等阶段具有一体化、协同化、精细化等特点，主要可归纳如表1 所示。

图2 装配式建筑特点

表1 装配式建筑与传统现浇建筑的区别

从我国装配式建筑实际施工情况来看，面临着诸多限制，如：“人材机”、资金不或是协调不到位，方案模拟与优选困难等，上述情况的产生一方面是由于我国建筑行业长期以来围绕现浇工程运转所致，在装配式建筑作业方面存在一些不适应的情况；另一方面则是装配式建筑施工具有明显的系统性特征，包括专业上的系统性与生产过程的系统性，对此要想提高施工效率、质量，必须提高装配式建筑信息化水平。

2.2 BIM 技术应用优势

建筑信息建模（Building Information Modeling，简称BIM），主要是通过构建和运用信息模型，对建筑进行分析、模拟、可视化以及统计、计算等工作，可贯穿建筑实施全过程，具体应用情况如图3 所示。通过BIM 技术的应用，可使建造过程具有直观性、集成性、协调性等特点，与当前装配式建筑信息化要求高度契合。

图3 BIM 技术在建筑行业中的应用

从理念上来看，BIM 技术将建筑项目所有信息输入三维数字模型，此模型并非一成不变的，而是随着建筑设计、施工的不断推进逐步更新，因此可将其理解为的真实建筑物在电脑内的数字化记录，所有信息均可从模型内提取，包括：建筑平面图纸、施工图纸、混凝土构件配筋情况以及施工进度等。通过信息整合与分享，有效提高装配式建筑施工效率。

从技术上来看，BIM 并非如同传统CAD 绘图一样将建筑信息存储在图纸上，而是构建了一个可视的模型，各种图形、项目报表均可从模型文件中生成；模型内任一修改均可实时更新，有效确保数据一致性，避免了CAD 修改时产生的版本不一致的问题。BIM 技术并未是一种具体的软件，而是一种流程与技术，可实现软件间相互协同作用，如：创建BIM 模型的软件Autodesk Revit，模型分析计算软件YJK、Ecotect，模拟施工软件Navisworks。

总的来说，在装配式建筑施工过程中，通过实施BIM 技术，引进先进的管理思想和技术手段，形成装配式建筑的信息技术应用平台，能显著提高装配式建筑生产效率，在质量控制、工期控制、成本控制等诸多方面发挥着显著作用。

3 BIM 技术在装配式建筑施工中的应用要点

3.1 一体化建造

装配式建筑正在朝着设计、生产、施工一体化的方向发展，即：设计阶段不仅需要考虑建筑功能需求、审美要求以及结构安全等内容，还需关注建筑构件生产精度、现场安装构件连接准确性等，确保结构刚度、稳定性满足要求，而生产、施工阶段必须做好校核工作，对预埋管线、碰撞问题进行检查，保证构件制作精度、安装质量等。基于此背景下，BIM 技术的应用为技术集成、各专业一体化协同提供了操作平台，实现建筑全过程的信息交互，如图4 所示为BIM 技术的信息共享及协同模型。

图4 BIM 技术的信息共享及协同模型

BIM 技术在装配式建筑施工过程中的应用，改变了传统由图纸传递信息的工作方式，通过虚拟化设计、构建建筑模型，结构工程师配合模型开展结构设计，并将结构模型拆分为构件，工厂根据模型中构件信息进行生产，并运输至施工现场拼接安装；装配式建筑施工完成后，可借助模型开展检修与更新，“模型”相当于建筑实体的直接转化成果。

3.2 预制构件生产

装配式建筑传统生产流程如下：模型设计→构件出图→人工录入→数控加工。基于BIM 技术的应用可改变整个生产流程，BIM 生成的数据与工厂端对接，全新的生产流程如下：BIM 深化模型→数字化加工→加工料单生成，具体生产阶段工作流程如图5 所示。利用RFID 技术生成料单，将预制构件与带有构件信息的电子标签匹配，为构件出库、运输、堆放提供可靠支撑。基于BIM 技术、RFID 技术构建的协同管理平台，可解决以下问题：①一物一码管理，生产完成的构件生成独立的二维码，平台上根据构件需求量确定存储库区。②安装单位与厂家通过移动端协同作业，将构件需求信息发送至厂家，确定生产日期和完成时间、提醒工厂发货。③以电子出库单作为构件出库、运输凭证，扫描二维码可获取出库订单信息。

图5 生产阶段工作流程

3.3 可视化交底

BIM 技术在装配式建筑施工中的应用，可视化交底是一个重要内容，具体要点包括：①场地模拟：通过BIM 技术可按不同施工阶段布置施工现场，包括堆场、塔式起重机布置、预制构件运输通道布置等，并制作全景漫游动画，模拟施工过程，遴选最优方案。②关键节点施工模拟：在编制施工方案时，通过模拟仿真实现施工重难点的可视化较低，施工人员可直观掌握阶段施工细节，使信息传递更为准确。

3.4 智慧建造管理

装配式建筑施工过程中，通过BIM 技术的应用可实现智慧建造管理，具体如下：①进度管理：通过BIM 与RFID 技术的联合应用，项目管理人员可实时掌握预制构件由工厂生产、运输、进场乃至堆放的状态，便于与施工进度管理配合；同时利用大数据分析，可实时统计进度计划与数据报表，掌握整体进度与堆场实时库存；通过Revit 模型与Project 编制的进度计划有机结合，生成跟与时间进度同步变化的施工模拟动画，有利于工序安排的合理优化。②安全管理：基于BIM 模型在洞口、临边处布置防护措施，包括临边围护栏杆、安全通道、防护棚、安全体验区等；对现场安全防护与BIM 模型进行对比，查看现场安全措施是否符合相关要求，安全处理是否及时；制作VR 动画模拟装配式建筑施工中安全事故，开展安全教育，提高安全意识。③质量管理：基于BIM 技术协同编制施工方案，并构建协同管理平台，打造施工质量闭合管理体系，实现检查整改闭环，提高施工质量；基于BIM平台上的模型、图纸，通过WEB 端、手机移动端可实时查看信息，便于沟通交流，随时查看模型、图纸，确保各种质量问题得到及时解决。④成本管理：基于BIM 平台可生成构件明细表，对所有构件进行编码、记录与成本计算，图6 为BIM 5D 平台成本管理示意图。

图6 BIM 5D 平台成本管理

4 工程案例

4.1 工程概况

本项目为某装配式建筑，建筑总面积1.24 万m2，其中，地上1.12 万m2、地下0.12 万m2，建筑高度86m，地上28 层、地下2层。建筑结构形式为框架—剪力墙结构，采取预制装配式技术整体成型方法。

4.2 基于BIM 技术构建装配式建筑模型

本项目利用Revit 软件对预制构件进行建模分析；完成建模分析与初步优化后，对装配式建筑结构、设备各专业不同预制构件进行模拟拼装，通过碰撞检查发现错误，并及时修改，落实深化设计工作；深化设计后，将模型上传至BIM 平台，构建装配式建筑整体模型，具体如图7 所示。本项目充分考虑项目装修与建筑设备、结构有机结合，管线布置、设备结构安装均需一步到位，为此及时将BIM 模型信息传入数据库内，包括：预制构件钢筋位置、整体结构预留孔洞位置、预制构件项目信息等，为后期建筑装修提供可靠参考。

图7 装配式建筑整体模型

4.3 基于BIM 技术的装配式建筑施工技术要点

（1）场地模拟：本项目施工前为科学安排施工工序与人员，对施工场地进行模拟，通过施工场地三维扫描信息、临时设施方案、机械设备方案、建设项目BIM 模型等构建施工场地BIM 模型，直观查看现场塔吊位置、道路与设备布置情况等，如图8 所示。对于不合理处及时优化，并再次对方案进行预演，主要模拟要点包括：①运输机械进出场路径，检查运输过程中是否存在碰撞点，并及时修改。②施工现场多台塔吊与堆场的协调工作，通过BIM 技术模拟构件吊装过程，检查起重臂碰撞点、分析起重臂碰撞原因，对塔吊或堆场位置进行调整，优化塔式起重机方案。③道路布置情况，检查机械进出场道路与施工道路可能存在矛盾点，并调整方案。

图8 施工现场布置情况

（2）模拟施工：通过BIM 技术运用可对装配式建筑关键部位进行模拟施工，提前发现施工中存在的问题，如：管道碰撞、净高不足等，如图9 所示为BIM 三维模拟与现场实景效果对比示意图，通过模拟作业实现了对现场施工的有效指导，减少人为主观因素所致的错误施工，提高施工效率与质量。

图9 BIM 三维模拟与现场实景效果对比

（3）施工组织计划：本项目利用BIM 技术完成场地情况、关键部位施工模拟后，利用Project 编制项目施工组织计划，并与BIM 技术结合模拟施工进度，通过实际进度对比分析，有效控制施工过程。具体要点如下：借助RFID 技术对构件运输状态实时监测，并及时安排人员实施进场验收，开展下一步构件吊装工作；构件吊装过程中，施工工序的合理搭接是关键所在，可将编制好的施工进度计划甘特图导入BIM 相关软件中，将构件工作集与施工计划关联，模拟施工方案，指导实际施工作业有序开展；结合构件生产管理与物联网监测系统，对比计划进度与实际进度，及时分析偏差及其产生原因，据此调整装配式构件生产及运输计划、现场拼装计划与模型数据，精确控制项目进度，保证项目按时竣工。

（4）设备信息化管理：装配式建筑系统包括建筑结构系统、外部维护系统、设备与管线系统、内部安装系统。本项目装配式建筑施工过程中，BIM 三维模型中除了集成了配式建筑勘察设计信息、预制构件吊装位置等信息，还涵盖了建筑设备、设施的几何尺寸、空间位置、设备性能参数、品牌、厂家等信息。由此，通过BIM 技术实现了设备的信息化管理，有利于施工、运维人员掌握设备型号、维修历史等，有利于实现智能居住、节能环保运行管理。

5 结语

综上所述，我国现代建筑行业发展中，装配式是一大重要方向，其代表着我国建筑正在走工业化、信息化之路。装配式建筑建造中，BIM 技术发挥越来越重要的作用，提高了预制构件生产安装、不同专业之间的协调配合等方面效率和质量，同时通过可视化交底、智慧建造管理，实现了BIM 技术与装配式建筑施工深度融合，实现了一体化建造，推动装配行业的不断进步，有利于真正打造优质项目。下一步，我国应全面推进BIM 技术与装配式建筑全生命周期管理的高度融合，以BIM 技术为主线串联设计、生产、施工、装修和管理全过程，做到装配式建筑供应链信息共享，实现信息集成与高效利用的目的，有效缩短建筑工期、提高质量、降低成本，最终全面达成项目价值优化的目标。