BIM技术在装配式建筑设计及施工管理中的应用探索

2023-02-17中铁十二局集团建筑安装工程有限公司山西太原030024

砖瓦 2023年2期

马昽（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030024）

装配式建筑与普通建筑存在较大的差异，主要体现在建筑设计、构件生产与建筑施工方面[1]。其设计灵感来源于工业制造，通过将预制加工好的构件，通过吊装运输至施工现场，并进行拼装，进而生成的具有使用功能的新型建筑[2]。装配式建筑对于作业环境与设计施工速度的要求较高，由于工程量庞大，传统的建筑设计与施工管理方法存在一定的不足。基于此，本文引入BIM技术，提出了一种全新的装配式建筑设计与施工管理方法，并对其应用效果做出了全面分析。

1 装配式建筑设计及施工管理

1.1 基于BIM技术的装配式建筑设计流程

传统的装配式建筑在实际设计过程中存在一定的不足，设计流程相对来说合理性与科学性较差。为了改善这一问题，本文引入BIM技术，将其应用到工程设计阶段，完善传统建筑设计的不足。

本文认为，在设计装配式建筑过程中，需要综合考虑各个参建方的实际情况与受限因素，依据装配式建筑工程协同设计的原则，优化其设计流程。本文提出的设计流程，如图1所示。

如图1所示，装配式建筑工程整体建设中，包括装配式建筑的设计方、构件生产方、构件运输方与施工方等4个不同的参建方。每个参建方的受限因素存在一定的差异，因此，在建筑设计中需要综合考量。

图1 装配式建筑设计流程

首先，明确业主的设计要求，基于业主的设计要求，对整体建筑方案进行设计与制定，设计完毕后，业主进行审核，若业主认为设计方案中仍然存在缺陷，对方案不满意，则设计人员应当针对业主要求，进行修改与调整，直至业主满意为止；若业主对设计方案满意，则利用BIM技术，创建装配式建筑初步设计模型[3]。在模型中添加其他三个参建方的受限因素，而后，进一步深化上述设计方案。深化后再次对方案进行审核，不满意则返回修改，满意则利用BIM技术，创建方案深化设计模型[4]。此次，在模型中添加其他三个参建方的施工工艺需求，而后，获取到最终的装配式建筑工艺设计方案，交由业主审核最终的设计方案，若不满意则返回修改，若满意，则生成并输出装配式建筑工艺设计模型，完成整体设计流程[5]。

预制构件作为装配式建筑工程建设中的重要组成部分，其生产质量与效率对整个工程建设具有较大的影响[6]。因此，为了提高装配式建筑的设计质量，本文在上述工艺设计模型的基础上，对预制构件的生产流程做出了全方位、多角度的设计。首先，在预制构件投入大规模生产之前，相关的工作人员应当结合建筑工程的实际需求与设计理念，明确预制构件的设计核心，设计与建筑工程匹配度较高的构件[7]；另一方面，构件设计人员与生产人员之间应当加强交流沟通，保证设计思想与核心传达的准确性与时效性。

在此基础上，利用BIM技术的信息化与可视化功能，对预制构件整个生产阶段的流程加以设计。首先，明确各个单体工程的建设要点，依据构件生产的标准规范，初步对预制构件的参数做出设定[8]。在此基础上，结合预制构件初步设计结果，利用BIM技术，构建构件的三维信息化模型。通过三维信息化模型的迭代训练与运行，更加直观清晰地展示构件生产所需的数据，一方面，能够有效地提高构件生产的效率，另一方面，生产人员数据提取与数据交换的准确率大幅度提升，能够深入了解设计人员的理念与意图。在此基础上，引入RFID射频技术，将其与BIM三维信息化模型相结合，多维度存储预制构件的各项参数化信息，包括构件的几何尺寸、构件加工数量、加工工艺要求、构件加工材料种类等，为构件加工厂提供更加精确的预制构件加工信息。

综上，为装配式建筑整体设计流程与构件预制加工的整体流程，为后续的施工管理提供了基础保障。

1.2 建立装配式建筑协同管理平台

在上述基于BIM技术的装配式建筑流程设计完毕后，接下来，根据装配式建筑的实际建设与建设需求，建立协同管理平台。

首先，采用半结构化访谈的方式，获取装配式建筑各个参建方对协同管理平台的需求，对装配式建筑协同管理平台的功能需求做出全方位的分析，保证平台建立的逻辑性与合理性。由于建筑整体建设规模庞大，各个参建方层级关系管控难度较高，任一层级关系管控不当，均可能会影响建筑工程的施工效率，进而延长施工工期。因此，本文综合考虑各项管控因素，建立了装配式建筑协同管理平台，其结构如图2所示。

如图2所示，本文建立的协同管理平台包括移动端与Web端，分别从不同的角度对装配式建筑工程进行协同管理。首先，对预制构件的仓储与物流进行集中管理；其次，根据上述装配式建筑工艺设计模型，统一协调装配式建筑结构设计专业、水电设计专业、暖通设计专业等多个专业的图纸，建立Revit模型，有效地避免各个专业施工中出现设计冲突问题。利用BIM技术的可视化功能与协调系统，对装配式建筑设计协同、设计出图及深化加工图、加工计划、吊装计划等工作进行集中协调管控，提高协同管理的水平与效率。

图2 装配式建筑协同管理平台结构

1.3 施工阶段管理

基于上述装配式建筑协同管理平台建立完毕后，接下来，采用相应的管理手段，对工程施工阶段进行全方位、多维度的管理。

在施工阶段管理中，主要管理目标为预制构件的组装质量与效率，对整体装配式建筑工程施工进度、施工质量与施工成本具有直接影响。由于整个装配式建筑工程项目具有全生命周期的特点，在施工阶段管理中，各个施工环节信息的高效传递与共享至关重要。基于此，本文利用BIM技术，负责整个施工阶段的信息传递。

首先，施工现场的工作人员从预制构件库中，根据施工进度要求，调用预制构件，并对构件的运输时间进行合理安排，保证施工现场的秩序；其次，将装配式建筑施工过程信息输入到BIM施工模型中，提高各项施工信息的智能化与自动化管理，通过模拟建筑整体施工进程，获取施工阶段存在的问题，并有针对性地调整施工安排。

在此基础上，将BIM施工模型与上述建立的协同管理平台相结合，使生产构件与施工构件形成一一对应的关系，提高构件调用的效率。并在构件中植入RFID电子标签，方便施工阶段的构件追踪，实时反馈预制构件在施工过程中的状态变化，保证装配式建筑质量，加快施工进度，提高装配式建筑的综合经济效益。

2 应用分析

综合上述内容，为了进一步验证本文提出研究的可行性与实际应用效果，进行了如下文所示的应用分析。

2.1 工程概况

选取某地区S装配式建筑工程项目作为本次研究的目标，该建筑工程项目建设规模庞大，总共包括6栋高层建筑，其对应的建筑面积分别为：C-1#楼建筑面积为28461m2、C-2#楼建筑面积为20134m2、C-3#楼建筑面积为16428m2、C-4#楼建筑面积为50269m2、C-5#楼建筑面积为38541m2、C-6#楼建筑面积为47967m2。S建筑工程项目位于该地区的经济开发区域，周边交通环境、商业服务、餐饮服务与商务办公条件良好。该建筑工程项目在地上建筑3层以上，均使用PC结构，工程单体的建筑预制率均达到了50%以上。本文对S建筑工程各个高层建筑的工程概况做出了全方位的分析，得出了如表1所示的概况信息。