BIM技術在建筑工程模塊化施工中的應用分析

摘要：隨著我國建筑行業勞動力短缺，全行業不斷地提高工業化、標準化及信息化水平，推廣模塊化施工方式，減少現場作業量，彌補勞動力不足，節省建造成本與資源。BIM技術為模塊化施工提供相應支持，利用細度等級，建立模塊化施工構件統一標準;構建設計-施工協同工作平臺，整合設計與施工信息流程;運用BIM-5D技術，優化現場施工組織管理模式;融合BIM人才，提高專業技術人員基數，為建筑工程模塊化施工發展提供借鑒。

Abstract： With the shortage of labor in China's construction industry， the industry continues to improve the level of industrialization， standardization and informatization， promote modular construction methods， reduce the amount of field operations， make up for the shortage of labor， and save construction costs and resources. BIM Technology provides corresponding support for modular construction， establishes unified standard of modular construction components by using fineness level， constructs design-construction collaborative work platform， integrates design and construction information process; optimizes on-site construction organization and management mode by using BIM-5D technology， integrates BIM talents， improves professional and technical personnel base， and provides reference for modular construction development of construction engineering.

關鍵詞：BIM技術;建筑工程;模塊化;施工

0? 引言

我國建筑業一直以來都是勞動力需求大，勞動強度高，屬于勞動密集型行業，從事建筑業的農民工占比非常的大。不過，近年隨著我國人口紅利的消逝，建筑行業年輕勞動力供給出現嚴重下降，建筑勞務人員的年齡已呈現出老齡化趨勢。從相關調查數據來看，近幾年建筑業中50歲以上的農民工占比從15.2%增長至21.3%，增幅最明顯。而年輕勞動力整體處于下降趨勢，其中勞動力最旺盛的21-30歲農民工群體占比從30.8%下降至27.3%[1]。圖1為2012-2017年建筑業農民工人數走勢圖。勞動力資源缺口的擴大直接導致人力成本的上升，用工荒現象時常發生。為解決建筑行業勞務人員短缺問題和促進建筑業的可持續發展，近幾年我國大力推廣裝配式建筑，進行建筑工業化，提倡使用模塊化施工。所謂模塊化施工技術就是采用標準化原理，分離出產品中的相同與相似單元，讓其以獨立單元的形式存在，并且各單元模塊都有各自的特性，能夠進行預制、儲備和運輸等[2]。模塊化施工技術最突出的優勢就是原本大量需要在施工現場完成的工作轉移到了制作工廠里完成，將施工現場流水施工變為了平行施工。不僅縮短了施工工期，還降低了施工難度，提高了工作效率，也保證了工程質量。據相關數據，模塊化施工可節約70%的項目工期，一般人工費約占建造成本的20%，能直接降低造價15%[3]。另外，一些緊急項目工期要求短，采用傳統施工方式根本無法竣工，而采用模塊化施工方式，構件運到現場進行組裝，有效地滿足項目短期完工的要求。

1? 建筑模塊化施工存在的困難

1.1 模塊化施工的構件標準不統一

盡管模塊化施工具有工期短、勞動力強度低、建造成本節約等特點，近幾年受到建筑行業的認可和大力推廣，但目前我國的模塊化施工仍處在初級發展階段，并未在大量的工程項目中應用。究其原因，是由于我國尚未建立模塊化施工構件的統一標準，相應的構件單元設計參數和施工工藝技術缺乏通用性。這就使得建設單位和施工企業雖有模塊化施工的積極意向，但又缺乏相關構件單元的技術標準和施工規范要求，擔心導致施工成本增加。缺乏標準化的技術體系，則很難降低成本與資源的消耗[4]。同時，沒有統一的標準，就很難與現行的設計、施工規范相銜接參考，加大了質量把控的難度。

1.2 設計與施工配合度不高

建筑工程的設計階段和施工階段雖各有不同專業人員進行實施，但設計與施工階段不能獨立分割為兩個環節，應綜合進行考慮，設計的目的在于明確建筑的功能、用途等，施工的目的在于實現設計意圖，兩者相互聯系和統一。構件單元的設計在模塊化施工中非常的重要，但是設計中的構件單元模數尺寸在施工過程中可能出現互相沖突，導致模塊化構件在工廠中制作完成后運輸到施工現場無法進行精確的組裝，影響項目的進度和工期。因此，模塊化施工要求設計和施工階段具有較高的配合度，保證模塊化施工的工作流程的整體性。然而，目前設計單位和施工單位尚未做到整體配合，造成設計圖紙上的設計內容無法完完全全地在施工時得到體現。

1.3 傳統施工管理方式不適應

隨著施工方式的改變，現場的施工組織管理方式也要進行改變，具體包括人員、機械、材料、施工方案等。傳統的施工組織管理流程是編制施工組織設計、勘察項目現場、進行技術交底、做好施工準備工作后進場開始施工。若在施工過程中發現問題，項目經理組織相關人員開會，做技術方案或做設計變更、工程變更等。而模塊化施工，既要對建筑、結構、設備等專業相互配合進行考慮，還要考慮到模塊構件單元的生產運輸和現場組裝的具體操作細則，模塊化施工雖然能夠減少現場的施工人員數量，但使用的機械要求會更高，如升降機、重型吊機等，采用平行施工容易出現某一時間段各項資源集中高峰，某些時間又較低，如不能合理進行施工組織安排，將造成費用的增加。圖2為某模塊化建筑現場施工圖。另外，構件的工廠生產，也要求施工方派人去工廠溝通構件生產的流程問題，尤其是缺乏標準模數的構件，還要考慮模具時間、構造試驗時間、正式生產時間等。這些都是傳統施工管理中未曾遇到的問題。

1.4 專業技術人員缺乏

建筑行業的從業人員持續減少，不僅導致現場勞務人員缺乏，而且現場施工技術人員也緊缺。雖然模塊化施工減少了施工現場人員的數量，但對施工現場人員的專業技術能力提出了更高的要求，模塊化施工構件單元需要精確的機械連接組裝，以及在施工中如何保證建筑工程結構的安全性、整體性、穩定性和可靠性，這些都考驗著現場施工人員的技術能力水平，需要現場施工人員具備較高的專業素養和技術操作能力。目前，施工企業雇傭的勞務人員大多數是文化程度較低的農民工，并且年齡基本偏大，明顯已無法滿足進行模塊化施工的技術人員層次需要。缺乏專業技術人員也制約了我國模塊化施工的發展。

2? BIM技術在綜合管廊建設中的應用點

2.1 利用細度等級建立構件統一標準

BIM建模的細度等級（LOD）是指模型構件對象被開發的完成度，幫助定義項目各階段（維度）所包含三維幾何和數據信息的程度[5]。BIM細度等級共分為5級，每一細度等級表示模型的發展程度，詳見表1。利用BIM技術的細度等級幫助建立模塊化施工構件的詳細度標準，給予構件單元設計、施工的統一標準，使其具有通用性。同時，統一標準也能方便構件廠家使用統一的模具，提高構件生產效率和避免資源浪費。

2.2 構建設計-施工協同工作平臺

利用BIM技術構建設計-施工協同工作平臺，通過可視化施工交底，讓設計人員和施工人員之間進行工作流程對接，使模塊構件設計與施工實施能夠銜接，避免設計方案在施工階段無法落地實施，減少在施工中出現設計變更或工程變更。同時，BIM協同工作平臺可以將構件的設計信息完整地傳遞給施工階段，有利于施工過程和設計單元進行深度的結合，逆向幫助設計單位進行設計圖紙的深化。通過協同工作平臺的虛擬空間優化分析，確定施工現場場地的起重機位置、單元模塊的固定交付位置等，并且進一步驗證模塊分解的合理性、科學性和可行性[6]。

2.3 優化現場施工組織管理模式

施工管理包括質量管理、進度管理、成本管理等。質量管理注重過程控制，重點是事前質量管理。進度管理的核心在于各工序在時間上和空間上的順利銜接以保證工期。成本管理的目的在于合理利用資源，提高項目的性價比。將項目信息與BIM-5D模型進行關聯，運用模擬施工技術對模塊化構件吊裝過程中的工藝安裝順序和機械操作流程等方案進行優化，減少返工和材料浪費，確保整體施工質量和項目工期[7]。另外，BIM技術可以實現施工過程中的人、材、機等成本動態管理，實現成本精細化管理和過程控制的最優，保證模塊化平行施工各資源的調度和使用[8]。圖3為BIM技術的模塊化構件安裝流程。

2.4 融合BIM人才與模塊化施工人員培養

在做好建筑工程模塊化施工的全社會推廣工作下，依托高職院校的職業教育優勢，在“1+x”證書制度的改革背景下，推進BIM人才的培養，并結合不同專業方向，與模塊化施工人員培養進行有機融合，注重技能應用人才的選拔和培養，擴大生源，突出專業性培養。一方面，培養一批具備掌握BIM技術和模塊化施工技術的年輕專業人才，使其不僅掌握BIM技術的應用，而且能夠進行模塊化施工的操作能力，為我國的建筑工程模塊化施工儲備一批后備力量;另一方面，給予社會人員的再繼續教育培訓，提供在崗從業人員的學習渠道，幫助他們掌握新技能。

3? 總結

我國建筑行業年輕勞動力人員數量逐漸減少，為應對出現的勞動力短缺現象，全行業開始大力推廣模塊化施工，將施工現場的建筑構件轉移到工廠中制作完成，再運輸到現場進行連接組裝。模塊化施工將施工現場流水施工變為平行施工，從而縮短了項目工期，同時模塊化施工能夠節省建造成本與資源。但考慮到模塊化施工在我國尚處在初步發展階段，相關技術標準未建立完善，模塊化施工構件標準缺乏通用性，設計與施工配合度不高，設計意圖無法精確在建造施工中呈現，傳統的施工管理方式無法適應模塊化施工的組織管理要求，專業技術人員短缺，上述問題阻礙了建筑工程模塊化施工的推廣應用。將BIM技術應用到建筑工程模塊化施工中，通過BIM模型細度等級，設計-施工協同工作平臺，運用BIM-5D技術，;融合BIM人才等，建立模塊化施工構件統一標準，整合設計與施工信息流程，優化現場施工組織管理模式，提高專業技術人員基數。隨著BIM技術的不斷發展和升級，將對我國建筑工程模塊化施工以及建筑工業化的可持續發展提供更有利的支持。

參考文獻：

[1]建筑業固定資產投資增速下滑、勞動力老齡化等因素導致建筑業農民工數量連續三年走低[EB/OL].http：//www.chyxx.com/industry/201810/685028.html.

[2]李兵.在居住建筑中模塊化施工技術的可行性分析[J].智能城市，2018（06）.

[3]王曉玲.模塊化建筑與模塊化施工[J].施工企業管理，2015（08）.

[4]張衛偉.我國裝配式建筑發展問題及對策研究[J].四川水泥，2017（12）.

[5]凱澤（Kesari，Payneni）.BIM的關鍵力量[M].北京：機械工業出版社，2017.

[6]李俊.談基于BIM的模塊化施工技術[J].工程建設與設計，2018（s1）.

[7]王淑嬙，周啟慧，田東方.工程總承包背景下BIM技術在裝配式建筑工程中的應用研究[J].工程管理學報，2017（6）.

[8]藍美珍，潘梁.BIM技術在地下綜合管廊建設階段的應用[J].中國標準化，2019（12）.