基于BIM技术的装配式建筑协同管理系统

张奉超 张海亮 郗建朋 马少雄 田 庆

1. 中铁一局集团建筑安装工程有限公司 陕西 西安 710043；2. 陕西铁路工程职业技术学院 陕西 渭南 714099

随着新一代科技革命和产业变革的兴起，以数字化、网络化和智能化为主要特征的智能制造已经成为现代企业发展的必然趋势[1-3]。在此背景下，世界各国纷纷提出智能制造战略，如德国“工业4.0”、美国“工业互联网”、我国的“中国制造2025”，通过数据分析技术解决实际生产经营中的质量、效率、供应链等问题，以推动工业制造向智能化制造转型[4-5]。装配式建筑作为建筑工业领域产业化发展的重要方式之一，其发展规模日趋复杂，如何将预制构件装配过程中离散、多源的动态数据融合汇总，形成一体化的装配式建筑施工数据服务平台，是开展装配式建筑智能建造的核心[6-7]。

1 装配式建筑施工的局限性

1）参建单位间信息沟通不畅。施工阶段与生产、运输阶段利益主体间的信息传递缺乏有效信息沟通渠道，导致“信息沟通不畅”问题，存在“信息不对称”和“信息冗余”现象[8-9]。

2）协同管理智能化程度不高。装配式建筑预制构件协同管理具有标准化、部品化和机械化的特点，涉及多维作业空间专业和系统相互渗透、指令多线程、标准多元化，特别是对多方交叉管理时，仅依靠人工管理方式的协同管理难度更大，进而难以保证管理效率[10-13]。

3）全过程数据集成能力不足。由于施工情况复杂，且装配式建筑管理过程信息集成能力不足，传递缺乏时效性，仅通过文字与图片形式无法实时直观地为场外装配式建筑产业基地展示项目建设进度，导致资源调度出现低收益、超期、超预算局面。

因此，本文通过分析预制装配式构件生产、施工、吊装等全过程重难点问题，以预制构件BIM模型为基础，结合预制构件管理各方的信息需求，研究预制构件协同管理过程中各作业空间资源协同机理，并基于BIM共享数据，进行三维可视化预制构件协同管理平台的系统架构、功能模块设计。

2 装配式建筑协同管理模式构建

针对传统装配式建筑施工的局限性，本文基于装配式建筑BIM模型，通过建立符合装配式建筑规程的技术标准和模型编码体系，构建生产方、运输方、施工方间互联互通的构件级信息化协同管理模式，集成信息管理、构件管理、进度管理、安全质量管理等，使得参建单位间可基于同一信息模型进行数据采集、整理、分析，从而辅助项目管理人员进行决策，具体管理模型如图1所示。

图1 预制装配式建筑构件协同管理模式

3 装配式建筑管理平台研发

该平台通过实时采集各阶段构件管理信息，制定不同构件状态的“着色”方案，实时驱动三维模型，实现构件全过程的动态可视化呈现。实时预警项目进度、质量问题，智能推送至相关责任人，动态、可视化掌握问题整改落实情况，形成闭环管理，提升协同管理效率。通过数据集成分析各阶段构件过程数据（生产周期、库存情况、运输周期、返厂维保等）、进度及安全质量隐患等，确定管理薄弱环节，构件易损环节等，为项目人员动态调整施工过程提供可靠、实时数据；同时可为后续施工或类似项目提供借鉴，具体平台界面如图2所示。

图2 预制装配式建筑构件可视化协同管理平台界面

3.1 平台功能架构

通过基于装配式预制构件关键工作节点，优化各级管理权限，建立PC端＋移动端“互融、共享”模式，打通不同参与方间、现场管理与后台数据库的“信息通道”，构建了信息化管理平台，而提高装配式建筑施工生产效率和管理效率，并减少工程安全质量隐患，具体平台功能架构如图3所示。

图3 预制装配式建筑构件可视化协同管理平台功能设计

3.2 平台功能模块

3.2.1 项目概况模块

项目概况包括项目维护、组织架构、构件状态设置以及平台公告几部分。主要是对项目的基础信息进行维护编辑，包含项目编码、项目名称、项目简介、各参建单位、项目工期、项目视频图片资料等。

3.2.2 项目设置模块

项目设置包括系统角色、角色和菜单对照、系统用户、构件权限设定。在系统角色模块，可以查看访问权限，访问权限包括IT管理员、装配式、工厂、运输、现场等。并且管理员可以通过“编辑”或“新增”权限对用户的权限码以及权限进行修改，也可以将用户的权限删除。

3.2.3 模型信息化模块

模型信息化是指针对某个项目进行构件化最小单元管理，包含构件的原始属性、自定义属性、进度属性、安全质量、材料用量等信息维护，并在工厂、运输、安装3个环节基于构件进行信息共享。构件管理共包括3个模块：状态更新、属性管理、二维码管理。状态更新模块可以随时更新构件的状态信息，通过输入构件的状态查看。

3.2.4 构件状态管理模块

构件状态管理模块是对整个项目状态的展示，在该模块中，不同的颜色表示不同的状态，例如绿色代表正在安装，红色代表滞后。

3.2.5 项目管理模块

项目管理模块共包括安全质量、构件管理、生产计划、计划进度、业务报表、系统设置等。

用户可在安全质量模块上传问题，上传的问题会在该界面显示，显示信息为：问题图片、安全质量类型（安全问题/质量问题）、发起者、发起时间、模型关联、问题描述、状态（是否已处理）、备注、严重程度（轻微/一般/非常严重/特大）等。问题处理模块是由相应的技术人员进行处理，单击“操作”一栏的“处理”进入界面进行相应的问题处理。问题台账模块记录了所有问题，包括待处理的问题、未处理的问题以及已处理的问题。

计划进度包括计划列表和施工计划，计划列表包括计划名称、对该计划的描述、计划的创建时间以及创建者等。施工计划模块对所有计划进行展示，包括计划名称、计划天数、设计数量、计划的开始和结束时间以及实际的开始和结束时间。

业务报表由构件统计模块、施工统计模块、生产统计模块3部分组成，每部分分别表示对应的报表。构件统计模块可以根据项目名称或年份来进行构件数量的分析。施工计划模块可以根据项目名称、年份或者构件类型查看现场安装进度。生产统计模块可以根据项目名称、年份或者构件类型来查询工厂生产统计分析。

4 工程应用

为验证本文系统性能，将泾河·荟智广场项目作为试验对象，该项目设计定位功能为商业服务，规划总建筑面积约为15万 m2，项目位于正阳大道和崇文二路的交界处，北侧商业由2部分组成，围合出1条商业天街，2层有连廊连接。沿正阳大道一侧的高层为LOFT办公，其余2栋为SOHO办公。南侧的公安分局主体是一座12层的工字形办公楼，东西两侧分别为窗口办公和附属综合楼。其规划用地面积22 030.15 m2，总建筑面积150 736 m2，地上建筑面积98 836 m2，地下3层建筑面积51 900 m2。

4.1 预制构件追踪管控

通过装配式平台可在构件生产、运输、施工过程中对每根构件进行跟踪，并配有预制构件查询功能，方便管理人员查看与管理，做到各环节状态情况可追溯、可汇总。

4.2 预制构件安全质量管理

在现场巡视中，项目工程师及监理工程师通过手机对施工安全、质量问题进行拍照、录音和文字记录，并创建整改任务。整改任务推送到责任人的手机上，责任人拍照上传整改后的照片，做到责任到人，并督促快速解决。安全员也可定期上传安全隐患较大区域（消防设施、安全教育区等）照片及情况，及时整改，防患于未然。

4.3 预制构件进度管理

项目工程师及监理工程师通过手机对所负责区域的进度进行拍照、录音和文字记录，记录实际开始和完成时间及工作量，导入模型中会以不同颜色显示完成情况，滞后、按时完成或者提前完成，负责人可根据进度安排相应工作量，按进度推进工作。

5 结语

基于BIM技术的装配式建筑协同管理平台为解决预制构件施工可视化监控与信息协同管理提供了一个可行的解决途径，不但实现了预制构件动态数据的电子化实时采集和有效组织，还实现了以楼层为基本监控单元、面向装配现场的可视化动态监控，提高了装配现场的监控水平。同时，也实现了预制构件生产方、运输方、施工方间构件级的信息化协同管理，为预制构件的智能化建设奠定基础。目前，系统在陕西某装配式建筑项目正式上线运行，效果良好。下一步将会在装配式预制构件信息化协同管理的基础上，通过研究和构造高效的智能优化算法，实现对装配质量、进度和安全行为等方面的智能优化与控制。