BIM 技术在装配式建筑施工管理中的应用

曾敏芳

（南昌航空大学土木建筑学院，江西南昌 330063）

0 引言

装配式建筑是指在工厂事先制作好预制构配件，之后在施工现场进行安装的建筑。相比于传统建造方式，现浇工作量将大幅减少。又因其在施工过程中能源消耗较少，且能降低建筑垃圾污染，故又有绿色建筑之称。因此对于装配式建筑的设计、施工、运维等环节的准确控制与严格监督都是确保建筑整体质量的关键。故拥有完整一体化的施工流程对装配式建筑施工管理来说至关重要。而BIM 技术于装配式建筑施工管理中的融合应用，可以降低施工设计变更带来的成本增加；参与工程各方还能在BIM 平台上进行协同管理、信息共享；模拟施工动画，提前辨别施工过程中的潜在问题，从而完备施工方案，提升管理效益。由此，BIM 技术与装配式建筑施工管理相契合产生的诸多优势，未来将助力于我国装配式建筑的进一步发展并且对工程管理质量以及方式具有一定的学术与应用价值。

1 装配式建筑施工管理中的问题

在一般的建筑施工管理中，常缺乏完善的施工管理体制。其中在施工技术管理层面，现阶段部分企业仍然保持传统的施工技术并且忽视创新技术的投入使用，影响工程质量。其次，在施工现场时，施工管理人员缺乏强烈的管理监督意识，针对材料的定期检查与妥善保管护理意识薄弱，进而使施工质量难以得到保证。同时管理人员容易忽视施工现场安全管理问题，不仅极易引发安全事故，而且造成施工进度延误，降低施工效益。

而针对装配式建筑施工管理，在前期施工设计碰撞检查中，若仅用传统的二维图纸来进行误差检查，则对专业人员要求高且效率低。其次不仅需检查各专业之间的碰撞，预制构件连接节点的钢筋碰撞也是十分重要[1]。除此之外，虽然目前我国颁布的建筑行业标准与规范愈来愈完善，但在装配式建筑施工中预制构件的设计与生产标准化还需提升，使能进一步加大对构件质量的管理强度。由于装配式建筑建造环节多且复杂，从而施工中设计、生产、管理、装配各过程难以实现一体化有效衔接，工业化进程发展慢。同时，在装配式建筑建造全过程中，参与工程各方产生的图纸、合同文件、招投标文件等资料不计其数，海量管理数据不仅需要巨大的存储空间与挖掘平台，还需要在建设全过程进行点对点传递[2]。又因传统装配建造方式的信息传递速度慢，参与主体间不便进行良好的信息协调交流。由此，装配式建筑施工管理中存在的问题使得装配式建筑的种种优势难以充分发挥，发展进程受到阻碍。

2 BIM 技术在预制装配式建筑施工管理中的具体应用

2.1 BIM 技术

BIM 是一种基于CAD 的多维模型信息集成技术。基于BIM 技术，通过构建三维可视化模型和建立数据库，将构件与当前的信息状态关联起来，则工程信息可以动态化直观地展现给参与各方，同时使管理者能够直接找到问题所在位置并进行深化整改。BIM 技术所具有的可模拟性也可以帮助装配式建筑提前规避施工设计方案中存在的问题隐患，减少返工和资源消耗，降低建筑成本。在招投标阶段，借用BIM 计量计价软件，使工程量清单达到精细化水准。有利于整个投标报价过程科学、高效地进行，并降低一定量风险。而构建BIM 技术平台则有助于参与主体间进行有效协同管理，信息数据及时交换，令施工各阶段能够进行有效搭接。BIM 技术的应用不仅符合我国绿色环保的发展趋势，还能推动建筑业的数字化发展，使行业能够快速升级转型，提升生态和经济效益。

2.2 BIM 在装配式建筑施工环节构件设计中的应用

BIM 技术在装配式建筑中的应用可体现在构件设计方面，设计人员可以利用REVIT 软件建立各部品部件族库，通过编辑各类型构件的属性，建模时将构件的数量、尺寸、规格、形状、技术指标等预制数据信息输入数据平台[3]，使其符合标准化、模数化要求。之后在工厂的构件生产阶段中，其标准化特点不仅可以提高生产效率，还可以降低模具的使用成本，提高模具的使用周转率，达到绿色环保的效果。但是随着社会不断发展，建设方将会对建筑外观的审美要求越来越高，提出建筑外观形象的多元标准。而BIM 技术的应用可以对构件进行参数化设计，借用软件准确创建复杂的异形构件。在三维视图中模型将明晰地传达设计理念，满足社会发展需求的同时还将展现建筑外观设计的视觉美。并且若企业在不同的装配式建筑项目中不断应用BIM技术，未来将可以创建内部各种类型不一的构件族库。今后可直接应用于其他装配式建筑工程项目中，省时省力，以便再次提高工程效率。

2.3 BIM 技术在施工模拟中的应用

BIM 技术将基于二维图纸建立三维模型，更直观、立体地向设计师展示整个建筑的外观形态，并进行可视化管理。设计人员还能通过不同角度剖切建筑来查看建筑内部具体情况，提前发现内部设计错误，以免施工阶段期间造成多次返工。其次，设计人员还可以在软件中根据提供的施工总平面图设计出施工现场三维布置图，模拟预制构件堆放位置是否有利于施工人员在现场进行有序装配，减少二次搬运；查看是否有助于装运车在施工现场的有序出入；对周围建筑产生的影响能否达到最小等。这些优势均可以使用BIM 技术模拟三维场布来实现。不仅如此，管理人员还可以在模型中进行实时动态监测，对施工进度进行动画模拟演示。相较于传统的先制定施工方案后编制进度计划，再通过制作甘特图将工程进度与实际进度做对比的管理措施，通过BIM 技术展现建筑搭建的完整动画演示过程，并与实际施工进度相比较，使施工管理人员能较好掌控工期进度，确保每个工程建设阶段的工期都能按计划如期推进。以此看来，BIM 技术于施工模拟中的应用在实现各个环节可视化管理的同时，还能对施工的不同环节、不同部分进行准确预测，帮助管理人员控制施工进度，减少资源浪费[4]。

2.4 利用BIM 技术减少建筑施工中的碰撞问题

一般情况下，若只是按照传统方式通过CAD 二维平面图纸来进行碰撞检查，则效率低下且很难发现碰撞问题。当各个专业同时进行工作，则或多或少都避免不了专业间发生施工碰撞、作业交叉的问题。故可以借用软件建立三维模型，找出碰撞位置，在此基础上再进行二次深化设计。如在REVIT 软件中，将模型导入后，点击碰撞检查命令，选择检查和碰撞对象的类型。例如装配式建筑预制构件间的主要碰撞是节点处的钢筋碰撞，如梁柱节点、梁板节点以及预制板板间节点等[5]。操作完毕后，软件将自动展示碰撞信息列表，然后选择生成不同格式的完整碰撞报告。导出的报告中将详细且正确描述碰撞位置点，还能自动导出数张各个位置的碰撞详图，碰撞点也被自动标红。这一优势给提前识别专业碰撞、构件节点交叉提供了极大帮助，取得事半功倍的效果。除此之外，在管线综合模型中，借助“所见即所得”优势，还能进行净高分析，查看各管线是否满足建筑中净高要求。于全专业综合优化模型中，将土建、机电等模型统一链接进入软件，为各专业管线自动设置管线避让，在构件上一键开洞套管，由此进一步完善全专业综合模型。

2.5 BIM 技术在建筑运维上的应用管理

工程项目的运维管理是提升施工质量的关键环节，是占据项目全生命周期的主要部分。基于BIM 技术平台，将装配式建筑中的构件与其具体的信息和数据相关联，并对整个过程进行实时监控，使运维管理者能够准确发现构件质量问题，及时消除安全隐患，并定期实施维护保养措施。传统运维管理方式存在的资料信息量多且查询困难、各专业信息互不融通等问题[6]，借用BIM 技术均可以得到有效改善。例如构建BIM 运维平台，建立各方共享的实时数据库，使其可以协同化管理数据信息，促进各专业间顺畅有效沟通。有序管理数字化信息并及时删除冗余不必要数据，完善管理措施，提升运维管理水平。在安全检查工作中，相关人员还可以在平台上录入问题与安全巡检点，记录巡检频率，并一键生成二维码随时查阅巡检信息，方便快捷，优化巡检质量。应急预案管理在后期运维管理中也十分重要，可在生成的三维模型里模拟火灾动画，根据存储的数据信息制作火灾逃生路线，对应急管理方案做出评估，降低突发事件带来的风险或资产损失。

2.6 BIM+3D 打印技术在施工过程中的绿色应用

BIM 技术可以优化与改善施工设计方案中的细节部位，而若仅仅采用BIM 技术则只能通过屏幕前数据化三维模型呈现给全过程施工人员，物理体验感方面得不到满足，也使得各业主对装配式建筑的应用优势仍处于观望状态，不敢大力创新投资。而与3D 新型制造技术的融合，使三维模型得到更立体的展示。建筑3D 打印技术的优势在于可以降低环境污染，减少能源消耗。而BIM 与3D 打印技术的联合，能更好地设计、降低成本和有效隔离结构[7]。

在装配式建筑中，首先借助BIM 信息技术搭建三维模型，然后利用3D 打印机将模型中的构件各模块部分按照比例要求打印出实体，即模拟工厂中预制构件的快速批量生产过程。再在此基础上，做好装配工作。这一过程即也可以向更多业外人员展示装配式建筑的整个设计、生产、施工、运维环节，使得装配式建筑整体优越性得以呈现，也可以促进装配式建筑在我国建筑市场上得到更加广泛的应用。为迎合建筑设计美学的多元化发展，则对于异形外观装配式建筑，BIM 和3D打印技术的融合应用将为其在实际施工中提供更直观的模拟演示。首先在软件中按照尺寸、形状、材质等对应参数要求一一将构件绘制出，建立各类型构件族库，再选择成本低、环境友好型材料，通过3D 打印机将复杂的异形结构构件打印出，再模拟拼装，然后进行承载力测试，检测异形构件是否满足承载力要求。除此之外，为防止出现碰撞现象，各专业如机电、暖通、给排水、喷淋、电气等，在软件中提前输入各专业数据信息，建立各管线设备模型，以检测碰撞。再通过3D 打印机将管线设备等按比例打印出实体，凭借实体的物理模型查看是否还有部分细节位置处存在碰撞，使优化完善设计方案，减少返工以及二次深化设计，防止成本增加以及工期延误。而在未来，我们将直接通过BIM 与3D 打印技术，于前期实现物理模型展示后，再按照实际比例尺寸相应打印，达到构件自重轻、简化以往传统的烦琐施工方式的效果，使建筑材料更加绿色、环保，施工安全问题也能得到保证。

3 结语

本文对BIM 技术在装配式建筑施工管理中的应用进行论述，可以看出BIM 技术与装配式建筑施工管理的有效结合，在一定程度上弥补了装配式建筑的缺陷。创建构件族库，促进标准化设计预制构件。专业人员可利用三维模拟功能进行可视化管理，通过三维场布优化资源配置，有效管控施工进度。通过碰撞检查，避免前期设计不合理导致返工或施工阶段出现各专业间作业交叉现象。信息共享和实时数据化管理使施工后期运营维护措施更加科学合理，效率质量也得到相应提升。BIM 和3D 技术的结合，不仅能推动建筑的智能化、数字化、信息化发展，还能降低碳排放，彰显我国建筑业的绿色发展理念。而于2020 年，为满足疫情防控需求，中国向世界展示了独特的建造速度。BIM 与装配式建筑的结合应用，使火神山、雷神山两所医院几乎是拔地而起。不仅施工质量要加以控制，工期进度也十分紧迫。其中BIM 技术为施工深化设计节约了大量时间、人工成本，加之装配式建筑施工速度快，工期短，项目于十多天内便完工。而这次项目的成功也向中国建筑市场展示了BIM 与装配式建筑实际施工中的深度融合具有的独特优势与良好的发展前景。总体而言，BIM 技术在装配式建筑施工管理中的运用将促进装配式建筑在我国得到更广泛的应用，为实现建筑强国助力。