基于BIM技術的裝配式建筑精細化施工管理

郭超

(北京興創奧悅文旅產業發展有限公司,北京 102627)

當前，裝配式建筑工程建設規模的擴大，以及建筑行業市場競爭激烈程度的加劇，對建筑工程施工管理水平提出了更高要求，如何有效把控施工過程、順利實現工程預期建設目標，是建筑企業從激烈市場競爭中脫穎而出的關鍵。與此同時，BIM技術的問世，為施工管理體系發展帶來了全新契機，如何基于BIM技術來構建精細化施工管理模式，是當前一項重要課題。

1 裝配式建筑BIM精細化施工管理概述

1.1 管理概念

精細化管理起源于精細分工理念，強調于對常規管理模式進行細致深化處理，確定總體管理目標，結合實際情況將總目標分解為若干分支目標，再將分支目標進行量化處理，以明確任務形式下發到個人，以此來消除管理盲區與薄弱環節，預防交叉管理、重復管理與無效管理等問題的出現。BIM精細化施工管理是由BIM技術、精細化管理模式二者交織互融而形成的新一代管理體系，應用BIM技術來提高管理效率，解決精細化管理模式實施期間遇到的目標無法明確量化、管理流程繁瑣、管理工作量大等重難點問題。例如，在管理目標設定環節，借助BIM軟件強大的數據處理、邏輯分析能力，在已掌握信息資料基礎上設立高度可行的管理目標，并以數據形式來設立分支目標和具體管理任務，做到目標明確、步驟清晰和有據可依。

1.2 管理優越性

相比于傳統粗放型管理模式，BIM精細化施工管理模式的優越性主要體現在遠程指導生產、場地動態布置、施工模擬、動態算量四方面，具體如下。

1)遠程指導生產。傳統管理模式下，要求管理人員前往現場來巡查施工情況，受限于管理人員數量，僅做到對少數重要工序的全程把控，存在管理薄弱環節。而對BIM精細化管理模式的實施，通過搭建BIM平臺和現場安裝攝像頭等感知設施，可以遠程掌握工程現場情況和預制構件生產情況，實時發現問題并加以改正，有效解決了管理時效性差的難題。例如，在預制構件生產期間，如果出現構件尺寸偏差問題，及時向生產廠家反饋問題、調整生產方案，而傳統管理模式僅能在入場環節發現構件質量問題。

2)場地動態布置。管理人員既可以在軟件中構建場地模型，以三維立體實物形式呈現場地平面結構，在模型中添加空間坐標、拆除時間等屬性信息，通過施工模擬實驗來判斷場地布置方案的合理性。同時，在后續施工期間，如果工藝流程、工程量、建筑設計標準等要素發生改變時，也可以動態調整場地模型，重新制定一套符合現場情況與當下施工要求的場地布置方案，再將方案予以實施，減小場地調整對工期進度、造價成本等方面造成的影響。

3)施工模擬。BIM技術可以模擬施工過程，以及開展4D模擬與5D模擬實驗。從施工管理角度來看，對模擬實驗的開展，可以提前發現所制定施工方案、組織計劃與各方面管理計劃的缺陷不足并加以改正，避免在施工期間出現工期延誤、停工窩工等突發狀況而造成實質性損失。

4)動態算量。憑借BIM技術強大的數據處理能力，可以輔助管理人員完成碰撞檢查、工程量統計、工期進度預測等方面的工作，由信息算量方式取代落后的手工算量方式。以工程量統計為例，提前在BIM軟件中構建信息模型與制定相關準則，即可直接從所構建BIM模型中提取特征量與屬性信息，將提取值進行匯總整理、自動核驗后獲取準確的統計值，短時間內完成工程量統計工作[1]。

1.3 管理可行性

現階段，BIM精細化施工管理模式已在諸多裝配式建筑工程中得到推廣實施，取得十分顯著的管理效果，在應用目標、單位參與、增強管理操作性等方面都體現出互通特性，理論層面上具備BIM技術與精細化施工管理模式同時使用的前提條件。例如，從應用目標角度來看，精細化管理模式以細化內容、落實責任為主要目標，從管理角度出發，采取健全管理制度、重構管理流程、補充標準內容等措施來實現目標，而BIM技術同樣以細化內容、加強施工過程把控能力作為目標，從技術角度出發，使用BIM軟件的數據算量、模擬實驗、碰撞檢查、三維場地管理等工具來配合管理工作開展。

2 基于BIM技術的裝配式建筑精細化施工管理方法

2.1 質量管理

2.1.1 事前管理

在事前質量管理階段，為預防質量通病、缺陷隱患的出現，避免對施工作業開展、現場施工秩序造成實質性影響，管理人員應借助BIM軟件采取三維圖紙審查、碰撞檢查、工藝模擬、材料聯動管理四項方法，具體如下。

1)三維圖紙審查。早期建筑工程普遍采取二維設計方法，繪制大量的2D CAD圖紙，各專業圖紙缺乏緊密關聯，要求審查人員自身聯想建筑整體構造情況，很難從中找出全部的設計缺陷與繪圖問題，在后續施工期間由此引發設計變更、返工等問題出現。對此，需要在BIM軟件中構建BIM模型，各專業模型保持聯動狀態，更為立體的呈現設計成果，并在模型中標記構件尺寸等屬性信息，便于圖紙審查工作的開展。同時，在圖紙修改環節，僅需對單個或少數幾個模型的屬性信息進行調整，即可聯動更新相關聯模型中的信息，避免因圖紙修改不全而形成新的問題。

2)碰撞檢查。管理人員提前在BIM軟件中設定設備管線的間距要求，設定各類管線的空間排列標準，使用軟件碰撞檢查功能，自動檢查BIM模型中是否存在管線、機電設備與土建結構的軟硬碰撞問題，生成碰撞報告，以特殊符號標記各處軟硬碰撞點位，提供碰撞數據與修改數據[2]。

3)工藝模擬。管理人員在BIM軟件中導入施工方案，模擬在不同現場條件下的施工過程，對比模擬施工成果質量是否達到設計標準，檢查模擬過程中是否出現預埋線盒錯位、預制構件安裝錯位、內嵌鋼筋偏位等質量問題，根據所發現問題來修改方案內容，并將模擬實驗結果作為技術交底的主要憑證，以動畫視頻形式向班組成員展示。

4)材料聯動管理。在BIM平臺中接入預制構件生產廠家、供應商等相關單位，直接通過平臺進行溝通協商，向BIM數據庫中上傳材料質檢報告、出廠許可證等文件材料，做到對物料的全過程跟蹤管理，及時發現在構件生產、物料運輸等環節出現的突發問題。同時，搭配應用射頻識別技術，在預制構件中內嵌電子標簽，標簽內存儲構件生產批次、出廠時間、質檢報告等信息，管理人員在入場環節手持閱讀器掃描標簽，即可掌握預制構件的基本信息，判斷預制構件是否滿足入場驗收要求。

2.1.2 事中管理

在事中管理階段，依托BIM平臺搭建管理人員、工程現場人員的雙向溝通渠道，在現場布置若干數量的攝像頭與傳感器，持續拍攝現場監控畫面，跟蹤采集基坑開挖深度、鋼筋接頭位置、混凝土澆筑速度、構件吊裝速度與懸停高度等工藝參數的現場監測信號，再將畫面上傳至系統后臺展示、對比測定值與額定值，幫助管理人員遠程掌握工程現場情況。隨后，當管理人員發現現場施工情況不理想、存在違規作業行為、工藝參數偏差超標時，通過對講機或手機等智能終端設施，將問題反饋給現場負責人與班組成員，督促其限期整改。

2.1.3 事后管理

在事后管理階段，為積累管理經驗、找出管理方面的不足，管理人員借助BIM數據庫中存儲的資料信息，溯源分析裝配式建筑施工全過程，以數據圖表等可視化形式來呈現預期管理效果、實際管理效果，深入分析管理問題和質量問題的形成原因，采取改進措施。

2.2 進度管理

2.2.1 計劃編制

在制定施工進度管理計劃時，管理人員借助BIM軟件，將總體施工任務分解為基礎土方開挖、土方回填、預制構件吊裝、節點連接、門窗安裝等若干單元，構建相應BIM模型，再將各個模型文件進行鏈接，更為直觀、準確的描述施工邏輯關系。隨后，在BIM軟件中開展4D實驗，根據實驗結果來預測各道工序的持續作業時間，在預測結果基礎上額外設置一定比例的冗余時間來應對物料供應不及時等突發狀況，再將各道工序的預留時間進行匯總整理，即可生成內容詳盡、切實可行的施工進度計劃[3]。

2.2.2 施工模擬

根據實際管理情況來看，在早期裝配式建筑工程中，所制定施工進度計劃大多存在一些問題，包括工序預留作業時間過長與過短、缺乏應急處置措施、計劃內容與現場實際情況不符等等，致使施工進度計劃沒有發揮出預期的指導作用，實際施工進度與預測進度產生明顯出入，工期時間存在不確定性。這一問題的根源在于，施工進度計劃的細致程度不足，無法有力論證計劃可行性。對此，需要應用BIM技術來開展4D施工模擬實驗，模擬施工過程與施工進度計劃的實施效果，檢查實施效果和預期效果是否一致，從中發現問題，采取相應改進措施，直至4D模擬實驗通過、在約定時間內完成全部施工任務、施工進度無明顯偏差后，再將施工進度計劃投入實施。與此同時，在修改進度計劃時，還可以通過4D模擬來論證修改后計劃的可行性，如在增加機械設備數量來追趕進度時，根據模擬結果來判斷新增不同臺數、型號機械設備時的施工進度變化情況、統計剩余作業時間。

2.2.3 進度動態跟蹤

為提高施工進度管理的時效性，使用BIM軟件在施工期間持續收集相關工程資料，如工序交接檢驗報告、物料機械與人員進場時間等。隨后，從中提取有關工期進度的信息，根據已掌握信息來生成曲線圖或是甘特圖，對比實際施工進度和計劃預期進度，如果發現二者偏差程度超過允許范圍，將由BIM軟件向管理人員發送預警信號，顯示進度延誤部位，幫助管理人員分析問題成因、采取糾偏措施和修正后續階段施工進度計劃，以此來追趕工期進度。

2.3 成本管理

2.3.1 確定成本單元

在制定成本計劃時，管理人員使用BIM軟件來劃分成本目標、確定成本單元。例如，在劃分成本目標時，將工程目標成本逐級分解為單位工程成本、分布工程成本與控制成本構件。例如，根據預先設定準則來劃分最終的成本單元，以現澆柱單位劃分為例，可選擇按照所屬樓層進行劃分，或是按照施工區域進行劃分，以此來減輕成本管理工作量和提高成本單元劃分細致程度。而在確定單元成本時，對BIM數據庫中收錄同類項目案例的資料消耗量、建設規模、成本計劃實施情況進行綜合分析，結合工程情況來確定構件目標成本，再通過5D模擬實驗進行驗證，確定無誤后，根據單元成本來編制目標成本計劃，待計劃審核通過后即可投入實施。

2.3.2 實際成本核算

在裝配式建筑工程中，成本核算工作有著數據量大、涉及部門崗位眾多的特點，傳統手工核算方式較為落后，需要占用大量時間來重復開展數據核對工作，偶爾出現漏算、錯算、重復核算等問題。對此，需要應用到BIM技術，以信息化形式來開展成本核算工作，管理人員提前在BIM軟件中設定清單或是定額計算規則，勾選需要進行成本核算的模型，自動對勾選模型文件的造價成本進行匯總整理、核算，在短時間內生成核算報告。

2.3.3 成本對比

管理人員根據所確定單元成本，提前在BIM軟件中設置各處作業單元的成本額度與差值限度范圍，采取閉環邏輯控制方式，由BIM軟件在施工期間跟蹤收集相關工程資料，準確計算各作業單元實時產生的成本，對比實際成本與目標成本，如果二者差值超標，則在明細表和模型中以特定顏色顯示超限度的構件，幫助管理人員全面掌握工程造價成本情況。同時，還可使用BIM軟件來開展后續的成本偏差原因分析、剩余工序成本預測、目標成本計劃優化調整等管理工作。

2.4 安全管理

2.4.1 危險源辨別

管理人員從BIM數據庫中調取同類項目案例，結合工程實際情況來開展模擬實驗，從中預測到施工期間可能出現的工程事故與潛在安全隱患，辨別到高處墜落、人員觸電、基坑坍塌、物體打擊、起重傷害等危險源，準確評價各類安全事故的出現概率、出現地點、形成原因、客觀發生規律和造成影響。隨后，根據危險源辨別結果來編制施工危險源清單，按照清單內容來掌握裝配式建筑工程的施工安全管理形勢，將其作為制定施工安全計劃、安全事故應急處置方案的主要依據。

2.4.2 可視化交底

根據施工情況來看，違章違規操作行為是引發安全事故出現的主要原因，部分工程現場人員在崗前未接受系統化學習，缺乏安全生產意識，在施工期間偶爾出現搭乘物料運輸車輛、未正確穿戴安全防護設備、私自篡改工藝流程等違章行為，形成安全隱患。對此，管理人員需要應用BIM技術開展可視化安全交底工作，以動畫演示、BIM模型、模擬施工等形式來直觀展現施工過程，幫助班組成員領會施工意圖、掌握正確工藝做法、熟知施工安全準則與行為規范。同時，搭配應用BIM與VR技術，搭建與工程現場環境一致的虛擬現實場景，借助VR一體機等設備，將工程人員沉浸到虛擬場景中，通過上手實操方式來掌握各項安全技能，培養在面對高處墜落、火災、人員觸電等安全事故時的自我搶救能力與安全逃生能力[4]。

2.4.3 施工現場遠程監控

為強化施工現場安全把控能力，建筑企業應在現場安裝若干攝像頭，將攝像頭接入到BIM平臺，由攝像頭拍攝現場監控畫面并同步到系統界面上，管理人員在監控室內掌握工程現場全部區域的實時情況，如果在監控畫面上發現搭乘物料運輸車輛、臨時居住區使用大功率電器等違章行為，及時將問題反饋至相關人員，督促其限期改正。如此，通過遠程監控+現場巡查方式，可以更為全面的掌握現場情況、排查安全隱患，同時還可以減輕管理負擔和提高安全管理效率。

2.4.4 優化施工方案

考慮到裝配式建筑在施工期間需要開展大量的立體交叉作業，容易出現高處墜落、機械傷害等安全事故。因此，管理人員需要應用BIM技術來模擬現場環境與施工過程，檢查施工方案中是否存在安全隱患。例如，在BIM軟件中模擬預制構件起吊作業，在場地模型中的指定位置放置塔吊，模擬多臺塔吊同步作業時的起吊臂運行軌跡，統計相鄰起吊臂在不同時間點的間隔距離，如果相鄰起吊臂間距過小，或是出現相互碰撞等情況，則對場地方案中的塔吊位置進行調整[5]。

3 結語

綜上所述，BIM技術是現代建筑工程施工管理體系的必然發展趨勢，并在實操和理論層面上展現出與精細化管理模式極高的契合度。建筑企業需要提高對BIM技術的重視程度，在圖紙審查、物料管理、危險源辨別等場景中做到對BIM技術的落地應用，推動BIM技術與精細化施工管理模式的深度融合，以此來保障工程預期建設目標的實現，做到對裝配式建筑工程綜合效益的全面提升。