BIM技术在装配式建筑施工组织设计中的应用——以柳州某装配式项目为例*

李洪 周尚奭 何煜

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006；2.广西科技大学BIM研究中心，广西 柳州 545006；3.广西建工集团第三建筑工程有限责任公司，广西 柳州 545002)

0 引言

装配式建筑符合建筑工程全过程绿色建造的国家政策要求，有利于促进我国建筑业由传统建造方式向工业化建造方式转变，顺应我国建筑业未来发展趋势。但是，由于我国装配式建筑发展时间较短、相关技术标准不够完善、装配化程度较低、构件不齐全，其推广过程面临较大挑战。

装配式建筑施工组织设计能够为现场施工提供有效指导。针对施工场地平面布置、施工技术方案编制、施工进度和质量管控等难点，通过利用BIM技术的集成化、可视化等特点模拟施工全过程，能够有效解决上述难题[1]。利用BIM技术，一方面，能够减少返工、节约成本；另一方面，能够提升建筑企业管理水平，进而提升建筑企业核心竞争力。

1 施工组织设计

施工组织设计贯穿施工全过程。施工组织设计应遵循布置合理、技术先进、工艺齐全等原则。施工组织设计是施工技术与施工项目管理有机结合的产物，能够保证施工活动有序、高效、科学、合理地进行[2]。相对于传统建筑的施工组织设计，装配式建筑的施工组织设计应注意施工场地布置，构件的生产、运输、吊装，施工技术方案的编制等环节，以实现项目的进度、质量、成本等目标。

2 BIM技术在装配式建筑施工组织设计中的应用

2.1 施工场地布置

装配式建筑施工场地布置的重点在于构件的吊装，其中，塔吊的选择尤为重要。首先，应根据工程量确定塔吊的数量；其次，根据构件吊装的重量、堆放位置、塔吊的起重量等因素确定塔吊的工作半径；最后，根据施工场地平面布置确定塔吊的型号。通常，塔吊型号决定了塔吊的工作半径，利用三维模拟将构件的堆放位置设置在塔吊的工作范围内，可以避免二次搬运。由此可见，合理的场地布置可以降低工程成本、提高吊装效率。

2.2 施工进度管理

在装配式建筑施工进度管理中，首先，利用Revit软件构建工程、机电等模型和施工进度计划；其次，运用Navisworks软件进行相应的4D进度模拟，动态演示整体或局部的施工情况[3]；最后，按照项目进度要求，合理安排人、材、机等资源。

2.3 施工质量管理

2.3.1 预制构件生产过程质量管控

装配式建筑对预制构件的精度要求较高，而BIM三维模型可以实现参建方与生产厂家的实时对接。将BIM技术与RFID技术有机结合，可以直观了解构件信息，缩短生产工期。同时，利用BIM技术可视化、协同性等特点，便于参建方与厂家直接沟通，实时了解构件生产情况和安装情况。

2.3.2 构件施工过程质量控制

在装配式建筑施工阶段，通过BIM三维模型与实际施工情况进行对比，对施工工序进行实时监控。此外，可以利用BIM 5D手机软件实时查阅质量检查记录。一旦发生问题，能够及时制定整改措施，并对问题进行存档。

2.4 施工成本管理

BIM三维模型包含CAD图样的尺寸、外形、材质等信息，每个构件都有相应的明细表，包含材料的用量、数量、种类等信息，便于监控项目成本。将三维模型与BIM 5D技术相结合，可以估算工程成本，有效整合资源，分析与调整成本偏差。

3 案例分析

3.1 项目概况及管理难点

3.1.1 项目概况

柳州某装配式项目建筑面积约69 803.74m2，整体剪力墙结构。其中，1#～4#楼：2层地下室为传统现浇结构，住宅13层为装配式建筑结构；5#楼：1层地下室为传统现浇结构，地上13层为装配式剪力墙结构。该项目预制构件包括剪力墙、叠合板、非承重混凝土外墙、凸窗、内隔墙、楼梯。

3.1.2 管理难点

(1)施工场地狭小，现场布置难度较大。同时，预制构件为一次性构件，精度偏差过大将导致主体偏差过大，影响项目进度和质量。

(2)预制构件重量大，吊运和运输过程需要考虑的因素较多。同时，吊装顺序影响构件进场和安装顺序。例如，吊装放线和标高定位对预制构件安装影响较大，若定位不准确，钢筋会碰撞，无法正常安装。此外，标高过高或高低均会影响叠合板的吊装。

(3)套筒注浆直接影响建筑整体受力程度。注浆不饱满，则无法达到规范要求；套筒须提前预埋在预制构件内，否则无法观察注浆饱满程度。

(4)在施工过程中，项目的进度、质量、成本等各方面管理流程复杂、数据量巨大，各环节信息的集成、整理和传递难度较大。

3.2 BIM技术在施工场地布置中的应用

根据拟建建筑物的建造位置、施工场区实况、周围交通路网情况和通行条件，基于工程安全施工的要求，在现场设置2个主出入口；各出入口处及主干道路进行硬化路面处理，形成环形封闭的施工通道。

为了配合装配式结构施工，满足最大起重量为4.5t左右的单个结构构件的吊装需求，该项目除5号楼，其余每栋楼均配备1台塔吊，确保平均7～8天完成1层结构构件的施工进度。

利用BIM施工现场布置软件对施工实景、预制构件堆放区、场地道路、办公区生活区等场地区域进行模拟。将二维CAD图样导入BIM软件，绘制板房、场地大门、临时加工区等场地模型，保证施工场地空间规划更加合理。

3.3 BIM技术在施工进度管理中的应用

3.3.1 吊装进度动态管控

吊装进度管控主要是对计划进度与实际进度的偏差进行分析，并采取合理的纠偏措施。将Revit三维模型与时间参数整合成Navisworks 4D进度管理模型。该模型不仅可以动态反映工程进度，而且便于管理人员和施工人员了解施工的关键工序和关键时间[4]。同时，可以通过4D模型分析进度偏差，及时采取纠偏措施。基于Navisworks软件的施工进度模拟如图1所示。

图1 基于Navisworks软件的施工进度模拟(截图)

当项目施工吊装发生问题时，可利用Navisworks软件分析场地布置、吊装方案及建筑施工信息，快速查找进度滞后原因，及时采取补救措施。例如，构件生产商供应不足时，应督促生产商增加工人数量进行赶工。

3.3.2 吊装进度信息传递流程

技术部负责将吊装进度计划图以.xsl格式上传至BIM信息数据库。BIM团队从数据库中获取各项施工进度信息，将Revit三维模型及进度计划表导入Navisworks软件形成4D进度控制模型，以.nwd格式导入BIM信息数据库。

施工管理人员可以实时对比实际进度与计划进度，导出进度分析报告，分析进度滞后的原因。施工进度信息传递流程如图2所示。

图2 施工进度信息传递流程

3.4 BIM技术在施工进度管理中的应用

3.4.1 实时控制施工进度

在4D进度模型中，施工方管理人员可以实时掌控施工进度，把控关键工序完成的时间节点，关注施工进度的影响因素。一旦出现问题，及时进行排查和改正[5]。

3.4.2 碰撞检测

利用BIM软件三维动态模型对钢筋碰撞等问题进行检测。对节点区域和构件搭接复杂区域进行“检测→修改→检测”的重复碰撞过程，直到碰撞结果为零。

3.4.3 构件生产精细化管理

预制构件厂可以根据Revit三维模型中的构件数据信息，制订生产计划及材料采购计划，合理安排构件生产流程，保证项目进度。

3.5 BIM技术在施工质量管理中的应用

3.5.1 施工质量信息管理

施工质量信息管理是施工质量管理的关键环节，主要包括采购计划、过程控制、内部质量体系审核、质量保障措施等方面。该项目建设周期较长、参建方众多、影响因素复杂，质量信息管理难度较大。

首先，通过BIM 5D手机软件记录和收集现场问题，并反馈至BIM信息数据库；其次，对质量信息进行对比分析，查找质量问题产生的原因，并生成质量整改单；最后，将质量报告单和整改单下发至质量管理人员，落实整改。BIM 5D手机端质量信息登记界面如图3所示。

图3 BIM 5D手机端质量信息登记界面(截图)

3.5.2 施工质量信息传递流程

质量部将现场质量问题的相关信息和控制要点以.docx格式导入BIM信息数据库。BIM团队成员通过Navisworks软件结合时间及质量控制点绘制5D施工质量最优模型，以.nwd格式导入BIM信息数据库，对质量问题进行分析、解决、总结、记录，并上传至数据库。

质量部及其他管理人员对施工质量进行实时监控，及时制定整改措施，防止类似问题再次发生。施工质量信息传递流程如图4所示。

图4 施工质量信息传递流程

3.6 BIM技术在施工质量管理中的应用

3.6.1 提高施工质量管理效率

利用三维模型将工程信息转化成数字信息模型，可以提高施工质量管理效率。三维模型包含项目建设的所有数据，提升了构件生产的精细化水平，提高了工程质量管理效率。

3.6.2 控制施工质量

通过BIM技术进行施工过程模拟，将时间信息和三维模型相结合，形成4D施工模型。通过4D模型与施工实际进行对比，对施工质量进行跟踪和监督，分析偏差产生的原因并采取应对措施，以保证工程质量[6]。

3.6.3 质量责任追溯

通过BIM技术记录各环节质量问题，便于追溯责任人，提高工程质量管理效率。

3.7 BIM技术在施工成本管理中的应用

3.7.1 施工成本预测

将BIM三维模型与工程造价相关联，能够准确预测施工成本。同时，基于BIM 5D成本优化模型进行模拟化和精细化协同管控，实现施工效益最大化。

基于BIM技术，利用施工模型对项目工序进行可视化模拟，便于管理人员预测工程吊装中的资金、材料等成本，从而较为准确地预测项目施工成本。同时，减少了施工变更，提升了项目管理水平。

3.7.2 成本偏差分析

将创建的BIM三维模型导入BIM 5D软件。同时，导入该项目的施工阶段划分及预算清单，通过BIM技术对施工全过程进行动画模拟，提前分析施工过程中可能存在的问题。

通过实时分析实际成本与目标成本的偏差，制定合理的纠偏措施[7]。例如，该项目3#楼①区的预制叠合板工程量为26.2m3，按照2019年的叠合板单价，该项工程预算为38 477.32元。在实际施工中，通过BIM 5D软件发现，该项工程实际工程量为24.6m3，实际成本为36 127.56元。由此可知，该区域叠合板安装施工成本降低，无须进行偏差分析。

4 结语

装配式建筑是我国建筑业未来发展趋势，合理的施工组织设计能够有效指导装配式建筑施工现场管理。本文以柳州某装配式项目为例，分析BIM技术在施工组织设计中的应用，可为其他装配式建筑进度和质量管理提供参考。

随着BIM技术的发展，今后可将“BIM+”技术与装配式建筑相结合，进一步完善BIM技术在装配式建筑施工组织设计中的应用。