工程总承包背景下BIM技术在装配式建筑工程中的应用

狄明煜

（湖北省城建设计院股份有限公司，武汉 430050）

1 引言

随着建筑行业的飞速发展，高质量建设、低成本高效益施工成为不同建筑领域的重要趋势。同时为实现生态环境保护、资源重复利用与绿色可持续发展，建筑行业也在探寻全新的工程施工方式[1]。在工程总承包背景下，装配式建筑工程、BIM技术有机结合得到广泛的认可与肯定。但是，装配式建筑工程在施工过程中仍存在一些难以解决的问题，如模块化组装、标准制造、难以在现场更改，以及装配式建筑工程的复杂程度较高。因此，如何在装配式建筑工程中应用BIM（Building Information Modeling）技术，提高施工效率，降低建设成本，优化工程质量和安全管理是需要重点关注的问题。BIM 技术能够通过模型的建立、分析和优化，与设计、施工、监管、维护等参建方进行深入交流，实现整个装配式建筑工程的全过程管理[2]。在这个过程中，可以结合实际情况进行系统性分析和研究，将BIM 技术完美地应用于装配式建筑工程中，实现工程总承包模式下BIM 技术的最佳运用。

2 装配式建筑与工程总承包模式

2.1 工程总承包模式

工程总承包模式作为广受好评的施工方式之一，尤其是在建造项目设计和实际施工平行发包可能导致分割的情况下，这种模式可以使建筑工程从设计到构件生产、从施工到试运行，全权委托给一家总承包商负责，有助于提高效率和质量。总承包商严格遵守合同以达到预期目标，同时控制成本，在不同单位之间建立联系。因此，在目前的建筑工程施工的选择中，通常更倾向于选择工程总承包模式。

2.2 装配式建筑工程的特点

装配式建筑工程则与传统建筑工程差异明显，装配式建筑则是将楼板、阳台等建筑构件与配件在工厂进行大规模加工后，再运输到施工现场，通过机械连接等方式现场组装以及安装[3]。与一般建筑工程的区别如图1 所示。

图1 装配式建筑工程特点

在设计理念中，装配式建筑工程是基于工业化生产的模式进行设计，强调设计标准化和模块化，以便于生产和拼装，并且由于发包方式明确，在建筑材料施工过程中，责任归属明确，对不同环节以及施工过程的衔接与沟通工作可以有效统筹，能更精确解决设计与施工脱节等问题。而普通工程则是针对具体情况进行设计，强调个性化和定制化。装配式建筑的施工方式也与一般建筑工程不同，装配式建筑工程采用预制构件和工厂化生产的方法，在现场进行拼装，可以快速完成工程。而普通工程需要进行现场施工，需要更多的人力和时间。工程质量方面，装配式建筑工程的构件是经过工厂生产和检验的，具有较高的精度和一致性，不易出现质量问题，在拼装过程中，遇到技术问题或者质量问题，可以做到溯源追踪。而普通工程因为现场条件各异，存在施工质量参差不齐的风险。在绿色可持续发展方面，装配式建筑工程采用预制构件，减少了在现场的大量混凝土浇筑和材料切割，减少了噪声和粉尘污染。而普通工程对环境的污染较大，特别是在密集城市中施工可能会引起噪声、尘土扬起等问题。装配式建筑工程的工程成本相比传统建筑工程则更低，这是因为装配式建筑工程的生产和拼装具有较高的标准化和规模效应，可以降低成本。而普通工程因为需要现场施工和人工等因素，成本较高。因此，装配式建筑工程是一种更加先进、环保、高效和经济的建筑工程模式。

3 BIM技术特点

BIM 技术作为建筑工程领域中的热门技术，应用深度和广度日益增大，在BIM 技术的应用过程中，需要进行数字化模型的构建，以提高建筑工程设计水平。BIM 技术的应用过程中，实现了设计环节、施工环节、管理环节的有效协调，有利于提高工程建设的规范化及科学化水平。首先，BIM 技术具有高效性，可以在不同阶段的模型中进行信息汇聚，进而通过模型的变动情况对整个项目的进展及费用进行准确的预测和控制。这种数据的集成和处理能力大大提高了项目的管理效率和质量，有效降低了设计和施工成本。

其次，BIM 技术具有协同性。BIM 技术将建筑设计人员、工程师以及各个从业者中的设计、施工及维护人员连接起来，在项目设计与施工进度等方面，建筑团队和设计团队能够保证及时沟通与统筹协调，缩短建筑施工工期的同时，实时更新建筑细节与施工方案。这种协同作用大大缩短了合理沟通的时间，减少了合作中可能发生的如责任划分、材料缺损等矛盾，并且提高了整个建筑工程的效率。

然后，BIM 技术具有综合性。BIM 技术在建筑设计过程中可以对多个方面进行综合考虑，从建筑的整个生命周期维度出发，包括可持续性和性能分析等诸多领域，经过不断地分析和优化，实现了建筑的综合性能的提升。通过对各个领域的综合考虑，BIM 技术达到了让建筑的设计方便全面的目的，并且减少了每个环节之间的矛盾和摩擦。

最后，BIM 技术具有可视化和可靠性。BIM 技术借助三维数字模型进行数据的存储和通信，并可以通过电子合同来协调团队之间的合作，使得所有的设计人员可以使用相同的数据进行工作。这项技术还可以对建筑设计前的部件进行数据的预测，验证以及较真，确保建筑项目的成功执行。

总体而言，BIM 技术基于高效性、协同性、综合性和可视化及可靠性，大大提升了建筑项目的效率和质量。

4 工程总承包背景下BIM技术在装配式建筑工程中的作用

4.1 全产业链高效整合

BIM 技术可以实现整合产业链中的各方参与者，从而更好地协作、优化和设计生产过程，提高成本效益和质量。在建筑设计阶段，从业者利用BIM 技术能够在项目设计阶段直观地看到三维模型，包括工程项目的建筑造型和组件细节。工程项目抽象的二维图纸通过BIM 技术转化为可视化的三维信息模型。对于设计师来说，项目设计师可以通过3D 模型及时发现图纸中的错误，特别是在设计复杂的建筑结构和丰富建筑造型时，BIM 技术有助于提高施工图的准确性；对于施工方来说，BIM 技术可以让他们更好地理解识读困难的图纸。在施工阶段，BIM 技术可以用于调度和协调不同施工专业之间的协作，实现工程的高效、协作施工。在后续的运营和维护阶段，BIM 技术可以用于建立标准化模型，记录建筑和设备的运营数据与清单，方便设备维护及更换。总体而言，BIM 技术在建筑项目中整合产业链资源、优化生产效益和提高产业链成员合作水平等方面发挥着重要的作用。

4.2 工程造价估算更精准

BIM 技术通过数字化呈现建筑设计及各种施工流程，使得建筑工程各个方面能够精确到位地呈现出来，为工程造价控制提供了可靠的依据和数据支持。在工程设计阶段，BIM 技术可以提供更准确的估算成本，有效控制预算，从而避免因设计不当导致的造价风险。在施工阶段，BIM 技术也可以帮助施工单位更准确地估算和控制实际施工过程中的成本，实现施工成本的控制和优化。

4.3 建筑施工专业性保障与信息化集成

建筑结构设计中BIM 技术的运用，可对施工过程中建筑结构的情况进行模拟，及时发现可能出现的问题，并通过预演、计算实现结构设计方案的优化，实现施工专业性。在传统施工模式下，施工过程中可能存在施工方案变更的问题，这会导致现场浪费、延误、成本增加等风险。而BIM 技术下，各施工方案的可行性得以提前评估，建筑模型的分析和仿真也能够有效避免潜在问题的出现。不但可以保证施工方案的正确性和施工流程的顺畅性，还可以提高工程的安全性、质量稳定性和工期控制效率。在施工阶段，BIM 技术可以实现全过程的数据收集、处理和转换，保证施工方案的精确性和可操作性，实现材料进度和施工质量的全方位掌控，提高了施工专业性的保障能力。

4.4 保障控制施工前建筑材料质量

BIM 技术应用在装配式建筑过程中时，可以按照施工进度进行技术应用划分，如图2 所示。

图2 BIM技术应用在装配式建筑的应用分析

如图2 所示，按照施工进度将BIM 技术应用在3 个不同阶段。在工程初期，BIM 技术可以提供充足的数据收集，为项目提供一定的可行性分析与设计优化。在工程造价方面可以合理把控建筑成本。在工程中期，为施工单位提供协调与沟通，把控施工进度并确保安全管理有效完善。在工程后期，可以为进行工程验收与管理、保证工程质量评估、整合施工数据、维修维护等提供管理方案。BIM 技术在施工中，尤其是工程组件生产与安装过程中应用广泛，施工单位得到工程设计图后，可以根据相关设计需求与建筑规定，在施工前进一步控制材料、建筑质量工作。

图3 为BIM 技术基础建模并选择装配式建筑的门窗，BIM 技术在门窗施工中的应用，可以使得门窗的设计、制造和安装更加高效和精确，同时也能够提升门窗的质量和安全性。

图3 BIM技术基础建模示意图

在门窗施工过程中，BIM 技术可以实现门窗设计的智能化和标准化。传统门窗设计需要手工绘制草图并进行多次修改，具有耗时和误差大的问题。而通过BIM 技术，设计师可以使用相关软件直接在3D 模型上进行设计，从而实现快速、准确的门窗设计。在设计过程中，BIM 技术还能够提供标准化的模型库和模板，使设计师设计出符合要求的门窗。

其次，BIM 技术可以提高门窗制造的效率和精度。BIM 技术可以将设计好的门窗模型直接传输给数控机床，通过数控加工技术制造出符合设计的门窗构件。BIM 技术可以为门窗等装配式部件的制造与加工提供准确的量测数据，确保门窗的精确度达到施工需求，同时可以避免浪费材料等问题。

最后，BIM 技术可以提高门窗施工的效率和安全性。基于BIM 技术的门窗施工方案，可以展现门窗的三维模型。施工人员可以对这个模型进行实时浏览，验证门窗的准确位置和其他细节，还可以对施工流程进行预规划。施工人员直接在模型上指定相应的操作位置，减少了工具的磨损和错误，而且降低了人员的工作风险，因为施工人员可以预先识别可能的施工风险和场地限制，准确调整施工流程和扫描范围，提高门窗施工的安全性和质量。

综上所述，BIM 技术应用在施工技术中，可以降低装配式建筑部件施工的成本、提高整个施工过程的效率和质量，同时也增强施工安全性。

4.5 保证过程监督，提高建筑工程时效性

传统工程建设和一般建筑工程通常无法实时监督和管理工程质量，而是在建造完成后进行评估，这无法充分发挥监管部门的作用。BIM 技术能有效提高装配式建筑施工过程中的质量，辅助施工单位加强过程监督，并对不同施工环节进行及时有效的监管。各施工单位可以利用BIM 技术总结、分析制造过程中遇到的问题，进而产生合理预测和解决方案。当预制组件到达施工现场时，管理人员应该立即对照建筑材料和现场空间，并将材料相关信息、质量状况及时上传到BIM 系统中，实现3D 模型到5D 模型的转换。通过获取建筑材料的多维模型，可以利用计算机进行真实的施工现场模拟，分析各施工环节的难度和质量要求，从而合理安排施工人员的重点工作范围。

4.6 设计优化和成本控制

在保证装配式建筑工程质量的背景下，利用BIM 技术在全权承包环境中预测和分析当前市场发展趋势。为满足建筑需求，可以利用BIM 来拟订详尽的融资计划和贷款条款，并采取相应的经济策略以防止资金规划滞后。在此过程中，建筑企业可以设置专项质量管理资金并记录各项支出，以强化科学管理和完善资金分配环节。此外，切实强化人力资源建设也是关键一环，建筑企业应投入BIM 技术的进一步开发和研究，并持续为相关人才提供专业培训，以此提升BIM 的应用技术水平。

5 结语

装配式建筑工程是工程施工的发展趋势，与传统建筑方式相比，在生产和建造方法上有很大的区别。为了充分发挥BIM 技术的优势和价值，研究结合工程总承包模式，将建造、设计和施工等各方联合起来，并根据BIM 技术将信息化技术融入装配式建筑生产中。研究通过3 个施工阶段重点分析不同环节下BIM 技术的应用与优势。BIM 技术应用在工程中时，可以保障施工前建筑材料质量；保证过程监督，提高建筑工程时效性；设计优化和成本控制。目前，许多企业在施工环节中难以优化，对BIM 技术认识不足导致施工时长不能良性缩减。部分企业则将BIM 技术作为单一建模配置建筑材料，对绿色可持续化与成本控制意识不足。如何将BIM 技术用于推动装配式建筑实现信息化的创新应用，需要进一步深入研究并寻找更多资料和案例进行分析。