基于BIM技術的裝配式建筑智能建造技術研究

倪子淵 景玉文 司麗媛

收稿日期：2023-11-14

作者簡介：倪子淵（1983—），男，山東威海人，本科，工程師，研究方向：建筑工程。

通訊作者：司麗媛（1984—），女，山東濟南人，本科，工程師，研究方向：建筑工程。

摘 要：以某裝配式住宅小區(qū)為例，從多個方面分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用，并通過BIM技術平臺搜集和監(jiān)測成本信息和進度信息，分析裝配式建筑中BIM技術的應用效果。研究結果表明：基于BIM模型的裝配式工業(yè)化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安裝的機械化，減小了人力成本，達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果。通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元，表明BIM技術在裝配式建筑的建造中有較大的應用價值，通過BIM智能建造技術能夠優(yōu)化裝配式施工工藝，增大裝配率，減小工程成本，將工程項目的效益最大化。BIM技術不僅能夠降低工程成本，還能夠縮短施工工期，實現(xiàn)降本增效。

關鍵詞：裝配式建筑；BIM技術；智能建造；工程成本；施工工期

中圖分類號：TU17;TU741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）03-0034-03

0引言

傳統(tǒng)的建筑方式因其低效率、高能耗、周期長等缺點已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代建筑的需求[1]。近年來，建筑建造時的人工成本逐漸增加，因此發(fā)展智能化、信息化的裝配式建筑成為建筑業(yè)的主要方向[2-3]。

基于BIM技術的裝配式建筑智能建造技術能夠提高建造效率、降低成本、減少資源浪費，為建筑業(yè)的轉型升級提供了新動力[4]。何夢瑤等[5]分析了綠色發(fā)展背景下裝配式建筑和BIM技術的結合對建筑持續(xù)可持續(xù)發(fā)展的影響。汪俊等[6]分析了裝配式建筑構件智能生產(chǎn)中BIM技術的應用效果，為裝配式建筑提供了方向。

本文以某裝配式住宅小區(qū)為例，從裝配式施工、裝配式構件制作和安裝方面，分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用效果，為類似項目提供了指導和借鑒。

1工程概況

某裝配式住宅小區(qū)共有4棟居民樓（1～4#）和1棟商業(yè)樓（G1#），居民樓中15層高和28層高均有2棟，小區(qū)總建筑面積為52 082.93 m2，地下面積和地上面積分別為15 972.25 m2和36 131.68 m2，項目各建筑均為裝配式建筑，裝配率大于65%。

1～4#樓上部結構類型均為剪力墻結構，但1#樓基礎為筏板基礎+天然地基，800 mm為筏板厚度；2#樓基礎為筏板基礎+鉆孔灌注樁，900 mm為筏板厚度；3#樓基礎為筏板基礎+鉆孔灌注樁，1 150 mm為筏板厚度。G1#商業(yè)樓上部結構和地下室均屬于框架結構，基礎為獨立基礎。項目各建筑相關參數(shù)如表1所示。

2項目難點裝配式建筑智能建造中BIM技術的應用

2.1 BIM施工模型的優(yōu)勢

裝配式建筑的主體建造、設備安裝和后期管理均是在不同階段、不同時間進行的，每部分工作要求細致且復雜。

以BIM模型為基礎進行設計構件、生產(chǎn)構件、運輸構件等全生命周期的精細化管理，可以實現(xiàn)施工過程中現(xiàn)金流、信息流、物資流的高效管理，將碎片化的管理進行整合。通過對BIM施工模型的可視化挖掘，能夠以最佳方式布置裝配式構件，并協(xié)調各專業(yè)關鍵點進度與施工安排。

BIM技術實現(xiàn)了裝配式建筑施工全流程的自動化管理，不同供應商生產(chǎn)的構件或設計各構件之間的協(xié)調，構件的追蹤登記、材料使用量的計算等信息全都以BIM模型為基礎統(tǒng)一管理。

基于BIM施工模型，通過碰撞檢測可在施工前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，從而減少工人現(xiàn)場修補與調整時間并降低出錯率，實現(xiàn)裝配式建筑施工全流程的數(shù)字化、集成化與系統(tǒng)化管理，有效提升施工效率、安全、質量和管理水平，并且為后續(xù)的檢修、維護、改造、升級等提供了重要的前期數(shù)據(jù)支持。局部管線BIM模型深化示意圖如圖1所示。

為了高效管理和排布裝配式建筑的施工進度計劃，以BIM三維模型為基礎整合各施工階段的時間信息，輸出為動態(tài)的四維可視化模型。通過施工進度管理軟件建立施工任務、進度計劃表，其中包括各項工作的起始和結束時間，輸出為詳細的進度計劃文件，并保存為與BIM軟件接口相匹配的文件格式。將特殊格式文件輸入至BIM軟件中，與BIM模型相結合形成動態(tài)可視化四維模型。BIM三維模型中涵蓋了建筑中各構件的物理信息和尺寸信息，如墻體的厚度、材質、顏色等，所用模型結合進度計劃中的時間序列能夠真實、形象地反映出建筑的施工步驟和場景，具備強大的動畫演示功能。

2.2 基于BIM技術的構件制造

相比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法施工，預制裝配式混凝土建筑施工具有施工速度快、節(jié)能環(huán)保、質量保證、設計靈活性和成本效益高等優(yōu)點。在裝配式建筑的設計建造過程中，構件的制作起到關鍵性的作用，但由于裝配式建筑構件尺寸較多、構件種類多樣，因此制作構件時信息的輸入和管理十分重要。

通過BIM技術，將建筑的各個部分拆解為形狀、大小均標準化的構件，如預制板、預制梁、窗、門等。在建立BIM模型時，需要建立完善獨屬于每個構件的信息ID，信息ID內包括構件的編號、尺寸信息、材質信息、位置信息等，通過這些信息，可以有效地管理和追蹤構件的生產(chǎn)、運輸和安裝過程。

在完成BIM模型后，可以將模型數(shù)據(jù)導入到生產(chǎn)設備中，進行構件的工業(yè)化生產(chǎn)。在這個過程中，可以借助信息化技術，如計算機等，實現(xiàn)從最初設計、工廠制作以及現(xiàn)場安裝的全過程信息化、智能化的管理。

2.3 結合BIM模型的構件裝配

裝配式建筑在施工時類似于搭積木，將提前在工廠制作好的構件運送到施工場地，并根據(jù)圖紙將各個構件連接牢固。通過BIM技術建立三維建筑模型，根據(jù)GIS地理信息系統(tǒng)以及無人機設備對施工現(xiàn)場中生產(chǎn)車間、材料存放倉庫、機械設備等位置進行規(guī)劃排布，結合施工進度時間序列，達到模擬4D施工生產(chǎn)的目的。它能夠支持較為生動直觀的動畫交底，實現(xiàn)裝配式建筑的數(shù)字化智能生產(chǎn)，達到提高管理質量、施工速度以及降低工程成本的目的。在實際施工開始之前，通過BIM模型的虛擬裝配，可以模擬實際施工過程，提前發(fā)現(xiàn)和解決裝配中的問題，提高現(xiàn)場裝配的效率和成功率。

對于該裝配式住宅小區(qū)，在施工時根據(jù)建立的BIM模型對工程量進行統(tǒng)計，對相關安裝工程進行模擬，并組建BIM綜合信息管理平臺，實現(xiàn)多專業(yè)、各階段的協(xié)同施工，集成整理大量多源異構數(shù)據(jù)，對構件的預制、現(xiàn)場的裝配、安裝以及驗收進行指導?；贐IM模型的裝配式工業(yè)化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安裝的機械化，減少了人力成本，達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果，為城市建筑智慧數(shù)字化建設提供示范。

3基于BIM技術的建筑智能建造效果分析

基于BIM技術的裝配式施工造價降低值如表2所示。從表2中能夠看出，通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元，其中在施工裝配式建筑時通過BIM技術控制裝配率時所減少的工程成本最高，為241萬元。通過BIM技術可視化對內外墻施工進行優(yōu)化，所減少的工程費用為82萬元。配電間施工部分僅減少16萬元。由此能夠得出，BIM技術在裝配式建筑的建造中有較大的應用價值，通過BIM智能建造技術能夠優(yōu)化裝配式施工工藝，增大裝配率，減小工程成本，將工程項目的效益最大化。

裝配式建筑施工進度分析結果如圖2所示。在圖2中，A、B、C曲線分別表示最早開工、最晚開工以及結合BIM技術得出的施工計劃曲線，項目總工期為720 d。從圖2中能夠看出，在整體上3條曲線均呈現(xiàn)為S形，項目施工速度呈現(xiàn)出初期緩慢，中期較快，后期緩慢收尾的趨勢。

在項目的前半個階段內，結合BIM技術的施工進度C曲線位于A、B兩曲線之間，表示該工程進度在工期進度要求之內。當在項目的后半個階段內時，C曲線超過了B曲線，這表示該曲線代表的完成工作量大于計劃工作量，即表示施工進度超前，通過BIM技術不僅能夠降低工程成本，還能夠縮短施工工期，實現(xiàn)降本增效。

4結束語

以某裝配式住宅小區(qū)為例，從裝配式施工、裝配式構件制作和安裝方面分析了BIM技術在裝配式建筑智能建造中的應用效果，主要得出以下3個結論。

第一，BIM三維模型中涵蓋了建筑中各構件的物理信息和尺寸信息，結合進度計劃中的時間序列能夠真實、形象地反映出建筑的施工步驟和場景，具備強大的動畫演示功能。基于BIM模型的裝配式工業(yè)化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安裝的機械化，減小了人力成本，達到了精細化與可視化的施工目的以及“實模一致”的施工效果。

第二，通過BIM技術減少的工程總費用達到472萬元，其中通過BIM技術控制裝配率時所減少的工程成本最高，為241萬元。通過BIM技術可視化對內外墻施工進行優(yōu)化所減少的工程費用為82萬元。

第三，結合BIM技術的施工進度C曲線超過了B曲線，這表示該曲線代表的完成工作量大于計劃工作量，即表示施工進度超前，通過BIM技術不僅能夠降低工程成本，還能夠縮短施工工期，實現(xiàn)降本增效。

參考文獻

[1] 孫玉芳，吳霞，何孟霖，等.基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術的裝配式建筑全過程質量管理研究[J].建筑經(jīng)濟，2021，42（5）：58-61.

[2] 劉自昂，郭婧娟.基于BIM的裝配式建筑施工成本控制研究[J].建筑經(jīng)濟，2022，43（3）：40-46.

[3] 莊智嚴.BlM技術在建設工程施工管理應用研究[J].中國建設信息化，2022（13）：56-57.

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[6] 汪俊，陳艷顏.基于BIM的裝配式構件生產(chǎn)與智能化管理應用[J].廣東建材，2023，39（11）：146-150.