基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系研究

張玉青，王如華，王玉，劉凱英，李貝貝

（菏澤職業學院）

1 引言

利用新技術進行裝配式建筑的質量保證，如利用BIM技術手段進行裝配式建筑施工管理，但是從BIM的管理角度進行裝配式建筑質量管理的研究相對較少，還有待進一步研究。將BIM在工程項目管理上的強大優勢結合裝配式建筑。由于項目管理產業鏈拉長、構件眾多、管理復雜等造成質量管理困難的實際情況，對裝配式建筑施工質量管理進行了研究，為裝配式建筑的質量管理開辟新的思路。控制裝配整體式框架結構的施工質量，將建筑信息模型引入裝配式建筑全過程，構建裝配式建筑全壽命周期的應用架構，有機聯合裝配式建筑各管理階段，對具體項目的實施情況進行介紹，提高建筑信息模型與裝配式建筑的適用性。通過RFID系統（Radio Frequency Identification）技術，對構配件信息進行追蹤和檢索，構建建筑構配件和材料的基礎信息庫，使構配件在項目不同階段都能有效進行，從而整合出裝配式建筑管理流程[1]。在以上理論的基礎上，提出基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系，為建筑行業高質量發展奠定基礎。

2 BIM技術在裝配式建筑中應用的優勢

BIM是一個過程，是一個不斷收集信息并將信息視覺化的一個過程。建立了一個便于收集信息并將信息加以展示的平臺，具有模型三維可視化、信息收集動態化、管理工作協同性等特點。

2.1 BIM技術可明確質量責任追溯

BIM與裝配式建筑都是基于構件的體系，將BIM技術應用于裝配式建筑的質量管理中有著巨大的管理優勢。BIM技術在裝配式建筑施工應用過程中充分與物聯網等技術融合，將施工過程中用到的物料、構配件等質量信息，通過RIFD等傳感器或二維碼等，可對現場施工作業產品進行追蹤、記錄和分析，實現自動化、智能化，減少了人為干預造成的質量問題，增強了質量信息的可追溯性，明確質量責任。

在BIM信息庫中提取信息結果，明確裝配式建筑施工項目的管理思路。針對裝配式建筑存在制造工廠與裝配現場，對兩個工作場地的資源進行充分整合，協同管理裝配式建筑的各個參與方，確保施工過程的管理信息流暢，其BIM管理實施流程如圖1所示。

如圖1所示，使建筑施工方案與BIM技術緊密聯系，構建建筑相關結構的三維動態模型，及時發現并處理擬施工項目預期存在的問題，對施工項目進行可視化操作，選擇效益高且成本可靠的施工組織方案，調取建筑基本信息和主要施工技術方案，提升建筑工程前期規劃設計水平，保證建筑工程按照預期進度完工。

1）前期審核階段

以三維模型為載體進行信息化管理，三維轉換裝配式建筑的二維圖紙，整合管線、建筑和結構模型，構建項目運行保障機制，結合工程項目實際情況，模擬建筑施工作業全過程，提升項目整體運行服務能力，同時控制施工中的重點內容。利用BIM搭建建筑的基本結構，碰撞試驗檢測成功后，對施工圖進行審核，及時修正模型不合理處和不規范處。

2）實時調整和優化階段

審核無誤后，將模型傳遞給施工單位，構建建筑構配件信息庫，精確匹配信息庫中的構配件模型與實際使用模型，使模型誤差在允許范圍內，并將模型信息下發到構配件制造工廠，集成管理施工現場和制造工廠的裝配進度和生產進度，同時對兩地的成本、質量和安全進行多重整合[3]。利用BIM模型整合施工組織方案與構配件生產計劃，指導裝配式建筑的實際生產施工，將合理的施工方案提供給管理方，通過搭建的BIM信息構架，使施工現場的管理方隨時查看相關信息，及時進行信息反饋工作，實時調整并優化施工計劃。

3）模擬階段

最后根據形成的模型，模擬出實際的裝配過程，使交付模型與竣工圖紙一致，規劃建筑工程的工期、人力和機械，輸出運輸物流計劃、現場裝配模擬、工程量統計以及材料管理等成果，將其作為建筑實際施工生產的管理依據。至此確定了裝配式建筑施工項目的管理模式。

圖1 裝配式施工項目的BIM管理實施流程

表1 基于BIM的裝配式建筑管理信息數據

2.2 BIM技術提升了裝配式建筑管理的效率

在裝配式建筑的施工階段，深入分析BIM技術的應用途徑，將使用主體從設計方轉向施工方，升級施工項目的運行維護方式，綜合對比設計方案與施工效果圖，利用BIM技術實現施工結果比對，使項目施工與設計圖紙相一致，構建BIM技術應用環境，提升建筑管理過程的智能化與信息化程度，強化施工階段的管理控制[2]。管理人員應整理建筑材料采購時間，相關設備、物料以及供應商信息，并將其錄入到BIM建筑模型數據庫中，為建筑施工技術的發展提供幫助。

當建筑現場施工變更時，更新BIM模型數據庫中的管理數據，重新獲取施工相關參數，構建新的建筑施工模型。在裝配式建筑的運行維護階段，通過三維動態可視化技術，收集建筑相關位置和尺寸信息參數，通過建筑模型體現裝配式建筑中。管線布局、施工技術和材料信息的使用標準，有序開展信息化管理工作。使建設單位從投資建造變成管理服務角色，得到成本管理信息和質量管理信息，包括設備維修保養費及清潔費等。將所有階段的建筑信息進行錄入，至此完成BIM基礎信息構架的構建。

2.3 BIM技術可以增加裝配式建筑的管理功能

在裝配式建筑施工完畢的基礎上，增加其管理功能，全面管理建筑的運維階段。利用BIM基礎信息構架，描述建筑的幾何信息和非幾何信息，具體如表1所示。

將現場設備看作智能管理的重要組成部分，將各類傳感器和儀表器看作智能管理的信息源，控制裝配式建筑的相關結構，獲取BIM模型的相關信息數據，對數據資源進行統計分析，為管理者提供相關的數據信息資料，有序展開建筑的管理工作。

3 BIM在裝配式建筑管理中的應用

以某寫字樓作為待驗證的裝配式建筑項目，建筑面積24837.17㎡，整體結構為框架剪力墻。全樓共165間辦公室，項目1層為辦公樓大堂，其余為寫字樓標準間，單層面積為90㎡～200㎡之間。標準層面積為1600㎡～2000㎡之間，配套設施為上下水、消防自動噴淋、電梯、通信電力、多聯機空調、配套停車位等。

3.1 基于BIM技術采集寫字樓管理信息

設計BIM裝配式建筑信息模型如圖2所示。

1）房屋空間方面

對時間軸和表1中的基于BIM的裝配式建筑管理信息數據進行智慧化管理，為寫字樓空間屬性信息可視化提供支持，實現寫字樓空間信息的生命周期管理，使管理者獲取不同日期中，維修運營、保養改造及屬性信息的變化。構建統一的空間數據編碼字典，建立全覆蓋的空間信息，對寫字樓空間分布進行合理配置，進而提升寫字樓資產的使用效率。房屋改造過程中，可以對BIM模型的錄入數據進行自行編輯，支持對應的改造圖形化操作，自動獲取建筑空間的動態數據。

2）設備運行維護方面

以寫字樓整體為出發點，對寫字樓的配電排水和電梯暖通進行集中設備運行，并建設集中設備監測中心，重點關注設備運行安全，劃分重點監測區，對機電設備進行全面監測和綜合告警，并利用BIM模型，對設備的監控告警信息進行可視化展示，使管理者實時獲取各設備的運行狀況。

圖2 BIM裝配式建筑信息模型

圖3 基于BIM的寫字樓管理體系

3）管道運維方面

通過BIM的信息存儲功能，對管道狀態進行隨時跟蹤，實現現場維修作業、事故排查、區域的管道控制節點三維可視化，精確定位地下和墻體內管線的具體位置，并對定位位置進行測量，同時分類管理管線的屬性、壽命周期和材質類別。

4）安全與應急方面

將BIM空間作為信息集成的基礎，整合監控消防、門禁巡更、設備安全報警，最大限度關聯寫字樓空間位置與報警信號，當監控報警時，調取BIM三維場景和相應的視頻信號，自動匹配位置信息。管理者通過觀察BIM寫字樓模型，全面掌控寫字樓管理運維中存在的問題，從而提高寫字樓管理效率。

3.2 施工前指導性管理

基于上述采集的房屋空間、設備運行維護、管道運維安全與應急方面的信息，設計該寫字樓施工前管理過程，在BIM建筑模型中填充非幾何信息數據，創建對于經營者、客戶、管理者和服務維護單位的綜合管理平臺。搭建三維模擬建筑整體實景模型，建立基于BIM技術的操作平臺，具體如圖3所示。

該寫字樓項目以BIM模型為基礎，獲取建筑設計施工階段的結構圖紙、相關行政備案信息、給排水圖紙、消防設施設備圖紙、建筑圖紙以及資產權屬證明等資料，將其轉換為建筑數字化的電子信息，直接儲存建筑主要功能信息。

利用儲存信息避免工作界面的重復工作，結合后期營運的實際使用情況，以房間為單位，對數據進行更新、調閱和查看，統一管理部門，對寫字樓數據進行匯總，包括寫字樓體量占比、區域內的寫字樓出房率等。

利用IBM模型導入寫字樓竣工圖，當客戶對寫字樓單間提出要求時，管理者根據場地情況和特點進行管理，為客戶推薦符合要求的選址，且管理者可以隨時提取項目的評價指標，對建筑運營情況和設備老化程度進行實時查看，通過BIM的模擬實景，分別查找房間區域的空間信息，及時更新房間的已租空置信息，和客戶的合同履約情況。

3.3 施工過程管理

施工過程管理，指項目在開始生產施工的過程中，對施工過程中的人和事以及物料進行管理。裝配式建筑的施工過程存在著兩個施工場所，一個是構件的生產場所——制造工廠，一個是構件的裝配場所——施工現場。需要根據不同施工場所的特點有針對性制定適宜的質量管理控制方法及流程。

在寫字樓的多個關鍵節點設置傳感器，跟蹤記錄水電資源的消耗情況，自動匯集資源的流量數據，通過BIM模型分析能耗，整合處理不合理的資源，制定科學的節能措施，及時更換資源能耗高的設備。針對監控設備故障，管理者僅需要做監管跟蹤和決策實施工作，在線記錄作業過程并存檔，真正實現無紙辦公，降低了人力成本，避免交叉性的工作，實現寫字樓各專業的有機統一管理。綜上所述，基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系，相比傳統管理體系具有以下優點：能夠直觀感受建筑的幾何數據信息，降低設施設備管理過程的繁瑣復雜程度，提高資源使用率，加快建筑資產價值的回收。

4 結語

此次設計的裝配式建筑管理體系，充分發揮了BIM模型的數據管理優勢，實現高效便捷的建筑管理工作。但此次設計體系仍存在一定不足，BIM距離客戶工作習慣有一定差異，在今后的研究中，會將BIM技術與大數據相結合，構建數據指標體系，使建筑管理工作得到更好的推廣。