芻議基于BIM技術的裝配式建筑智慧建造

韋勇

（廣西建工集團建筑產業投資有限公司）

1 引言

目前，我國常用的建筑施工方法是現澆鋼筋混凝土[1]。然而，在現代綠色發展環境下，傳統的施工模式存在很多問題需要解決：建筑垃圾多、施工周期長、生產效率低、施工現場成本上升。在建筑業產業轉型的背景下，裝配式建筑成為建筑模式升級的新選擇。據不完全統計，我國各省市已出臺與裝配式建筑有關的政策性文件150余份。2019年，中國裝配式建筑新開工面積將達到4.2 億m2，比2018 年增長45%[2]。總體而言，裝配式建筑在我國具有良好的發展趨勢。國內有學者對BIM在裝配式建筑中應用的可行性進行了研究和分析。將BIM 模型生成的二維碼標識綁定到預制構件上，通過智能設備的掃碼形式查詢和掌握預制構件的生產、運輸、安裝等信息，實現了高效的管理模式。將BIM 信息模型應用于裝配構件加工生產可以滿足企業管理的需要，提高企業生產效率，降低企業運營成本[3]。基于BIM的裝配式建筑項目管理在很大程度上提高了項目管理的效率，實現了構件深化、運輸管理、質量檢驗、全過程控制等方面的全面信息化管理。

本文以裝配式建筑為案例，以BIM平臺為載體，分析裝配式建筑在BIM管理支持下的施工模式。

2 分析預制裝配式建筑數據生成過程

與傳統建筑相比，預制建筑在項目過程中增加了更多環節，使項目的運營和管理更加復雜。裝配式建筑的施工過程是相互聯系的鏈條過程。需要更加系統化的管理模式，使各個環節更加精準。但是，每一個環節都會產生大量的信息和數據，需要各方進行傳送和交換。

傳統建筑與裝配式建筑在工程過程中存在差異，產生了大量的數據。裝配式建筑新環節中的數據生成階段包括設計階段、構件深化階段、構件生產階段、構件運輸階段和構件吊裝階段。上述新增環節涉及信息的交換、傳輸和提取，傳統的施工技術難以管理大量新信息。基于BIM 智能施工現場理論，通過物聯網、大數據等手段對信息進行管理，建立了裝配信息模型管理模式。以大數據、人工智能為代表的新興技術為建筑工程人員安全管理的轉型升級提供了技術支撐。安全管理理念、管理模式和管理方法正在發生重大變化，安全管理正向智能化分析、科學化決策、精細化管理方向發展。首先，建設項目安全管理結合大數據技術，具有協助安全管理人員科學決策、準確預測的突出優勢。此外，人員安全管理結合人工智能，推動人員安全管理過程智能化發展。目前，國內已經開展了工程建設安全管理與兩種技術相結合的研究，但大多數是單一技術與安全管理的結合，兩者的融合尚未引起學術界足夠的重視。

3 BIM 技術在裝配工程中的應用

3.1 BIM 技術在裝配式建筑設計階段的應用

BIM是基于項目全生命周期的平臺，應根據預制裝配式建筑的特點進行精益設計，提高管理效率。由于裝配項目會遇到專業多、項目周期短、技術難點多等問題，項目設計了一種基于BIM平臺的裝配協同工作流方法，可以在協調各專業的同時實現項目的全過程管理。不同專業的設計師可以多用戶同步設計和修改。在協同設計的條件下，可以及時發現專業之間的沖突。項目創新性地采用了結構工程師和設備工程師同步建模的設計方法，不僅節省了設計時間，而且在協同設計過程中發現了不同專業之間的問題。避免了傳統設計中發現問題后再解決的現象。在主體結構和設備管道設計完成后，裝配部門立即進行部件深化工作。深化工作分為兩部分：①布置鋼筋，②在預制構件上預留設備管道的線盒和孔。

3.2 BIM 技術用于預制構件的信息標準化處理

物料清單包括構件數量、尺寸、混凝土重量、鋼筋重量。軟件導出的數據可以先提供給零件加工廠制作模具。同時，利用BIM軟件構建裝配標準庫；對每個組件進行參數化，形成一個標準化的組件信息數據庫，用于生產管理和施工管理。所制作的構件為常規產品，其尺寸、鋼筋、重量均可模塊化。項目同一模具的重復使用率高達30%，大大節約了成本[4]。預制構件通常采用“多組合，少規格”的設計理念，可以降低工廠的生產成本，提高構件的生產效率，減少施工現場的裝配時間。設計預制建筑的想法是將傳統的混凝土結構分割成獨立的部分。然后，這些“零件”在工廠預先加工，然后運送到施工現場。在相同的現澆施工理念下，將單個結構構件通過組合連接的方式組裝在一起。公司設計部門完成項目施工圖后，深化部門對建筑結構進行深化設計。在構件拆分過程中，會產生與傳統設計不同的大量構件數據。傳統設計通常通過施工圖來表現建筑位置與立面的關系，這是一種信息的“整合”。然而，預制組件分解了這種信息的“整合”，產生了大量的次級信息。如果拆分方法是“個性化”的，勢必會給后續的工藝順序造成很大的困難。因此，構件信息的標準化是預制建筑信息化管理初期的必然要求。

3.3 BIM 技術在裝配式建筑安裝中的應用

通過智能設備掃描預制構件上綁定的二維碼，可以掌握預制構件的運輸情況。BIM 信息數據模型預制構件可以在網絡地圖上快速找到與預制構件尺寸匹配的道路，計算出最優路徑，并通過BIM模型在施工現場模擬構件放置最合適的場地位置。將構件的位置信息傳輸到BIM平臺，管理人員可以檢測預制構件的安裝位置是否準確。

大數據技術在安全管理中的應用最為廣泛，涉及現場管理、結構安全、災害預防、運營期安全管理等。大數據技術的核心特征是通過對海量數據的分析，發現和利用隱藏的規則，以數據科學的方式提高施工現場的安全管理。建立工人行為數據庫，對工人不安全行為進行收集、分類和存儲，為后續研究奠定了數據基礎。使用BIM 和大數據參數曲線進行分析和決策；使用BIM實現對建筑工地的安全預警可視化和現場實時監控。大型機械設備的管理一直是施工現場安全管理的關鍵環節，大型機械雖然是工程進度的保證，但也是事故頻發的來源之一。綜合運用物聯網和大數據構建智能施工現場塔吊安全管理系統，大數據在施工安全管理過程中具有實時動態、科學高效地分析、預測和輔助決策能力。

4 基于BIM 平臺的裝配式建筑與傳統工程的對比分析

在新舊施工模式轉變時期，裝配式建筑增加了深化設計、構件生產、構件運輸、組裝施工等施工環節，對建筑工程全過程的統一性有了更高要求。BIM 平臺可以統一項目的全過程信息，協調項目全過程管理。預制建筑作為一種新型施工形式，在預制構件成本高、缺乏現場專業預制施工人員、裝配施工質量檢驗控制困難等諸多方面還不成熟。裝配式建筑工程與傳統工程的勞動指標比較包括吊裝工人、水泥工人、鋼鐵工人、木匠、水電工、腳手架工人、磚石工人和抹灰工人。用工量可以反映預制建筑與傳統建筑的區別。基于BIM 的裝配勞動統計是由BIM 信息管理系統和日常記錄數據產生的；傳統的施工勞動統計是由施工現場的生產記錄儀產生的[5]。通過以上指標的對比發現，裝配式施工工人的人工量僅在吊裝方面高于傳統施工，其他指標低于傳統施工。比較預制建筑與傳統建筑工程的項目單指數和成本數據中，預制結構的設計標準偏高，因此混凝土和鋼材的用量將超過傳統建筑。預制構件模具成本高，構件單價高，人員培養成本比傳統設計高，預制建筑成本比傳統建筑高。

利用BIM 模型將項目信息集成到模型中，通過標準化設計，項目可以在各個階段對這些信息進行調用，減少瑣碎信息帶來的損失，提高信息的利用率，實現多專業協同工作。為后期的施工和維護提供了直觀模型，降低了后期的施工成本。通過信息模型平臺，集成預制構件的信息，制定合理的構件生產計劃，減少人為因素造成的損失。提高預成型模具的重復利用率，降低生產成本。

5 結語

實踐證明，基于BIM信息管理的裝配式建筑具有管理高效、綠色環保、數據通用等優點。文章通過裝配式建筑與傳統建筑實際工程案例，更直觀地比較了裝配式建筑在未來建筑行業的優勢。加大對BIM和裝配式建筑的科研投入，研究開發更多節能、節材的施工方法，大力推廣裝配式建筑，使裝配式建筑市場更加成熟，從而降低市場價格，促進裝配式建筑市場的競爭力，提高裝配式建筑的普及性，這對建筑業未來的發展有很大的幫助。研究結果可作為相關工程的參考，明確裝配式建筑的發展思路。