基于BIM技术的装配式建筑信息化研究
牛智辉
装配式建筑具有标准化、装配化及一体化等特点，近年来我国针对新型装配式建筑施工管理模式展开积极探索。为提高工程项目的集成性与可靠性，建筑企业应从装配式建筑特点出发，对设计、生产、运输、装配等多个环节展开技术的统一管理，在装配式建筑设计和施工阶段引入建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术，充分发挥其在信息共享和集成方面的优势，促进工程效率与质量的提升。
1.1 施工计划
在进行装配式建筑工程施工前，可以借助BIM 技术进行施工计划编制，通过利用Project 或梦龙项目管理软件搭建BIM 模型。施工人员可以通过BIM 模型模拟施工过程，了解施工进度，从而更加直观地分析施工过程中可能出现的问题，并提出预警方案，实现对施工进度的合理调整及对现场施工的有效控制。
1.2 现场管理
装配式建筑工程的现场管理也可以应用BIM 技术，具体包括合理划分施工场地，妥善解决场地的平面布置问题；
根据施工图纸要求编制施工平面布置图，完成各类临时施工设施的搭建；
对临时用水、用电、道路等进行合理规划，确保满足安全文明施工方案要求；
合理规划施工平面布置，尽可能减少对施工用地的占用。此外，装配式工程施工期间难免会出现同一场地、同一区域有多个工种同时施工的情况，为避免互相影响，施工人员可以通过BIM 技术进行统一现场管理，优化现场施工平面布置图，保证各个施工环节稳定开展。
1.3 材料管理
通过BIM 信息模型可以对施工现场进行进度控制，并获取各个施工阶段所需要的材料物资。以往，建筑企业在施工中大多采用粗放型管理手段，应用BIM技术是实现精细化管理的有效途径。施工人员可借助该技术在短时间内获取工程基础数据，并为人员、机械、材料管理计划的制订提供参考依据，避免出现人员、材料分配不合理的问题，尽可能减少不必要的浪费[1]。
1.4 移动终端管理
应用BIM 技术，可以针对装配式工程项目进行有效的移动终端管理，借助无线移动终端、全球广域网（World Wide Web，WEB）以及射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）等 技术，对施工所需的部件与构件加以管控，将BIM 技术应用到设计、采购、加工、运输以及安装等各个环节中，实现对施工全过程的可视化管理与动态管控，避免各施工环节出现质量问题，从而保障整体工程项目进度的推进。
1.5 技术管理
对于装配式建筑施工的技术管理来说，BIM技术主要应用于以下几个环节中。
（1）图纸会审。将2D 设计图纸导入Revit 等软件中，创建建筑、结构和机电专业的BIM 模型，并对其进行动态化与可视化展示，便于施工人员理解设计方案，及时发现图纸数据存在的错误与矛盾，提升项目整体的可施工性，为技术交底工作的实施提供保障。
（2）深化设计。该环节还可以细分为机电安装、复杂节点施工、专项施工以及商务管理等。其中，机电安装是利用BIM 模型进行机电安装深化设计，转变以往的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）叠图方式，借助BIM 技术深化综合布管图和综合布线图等，并为水、暖、电等管线和设备的施工操作预留出足够的空间，避免其出现碰撞问题。复杂节点施工是通过BIM 模型对预留洞口、预埋件位置等复杂部位进行深化设计，展开放样分析与现场指导。专项施工是指通过BIM 技术编制专项施工方案，对复杂工序及复杂部位进行直观分析，使其更加简单化与透明化。同时，还可以对现场施工状态进行综合分析，排查可能出现的危险源和安全隐患等，保证施工方案的专项性与合理性。商务管理是指通过BIM 模型进行构件统计，准确得出各类构件所需数量，并根据设计变更掌握材料数量的变动情况。另外，还可以提取理论工程量，通过对比模型工程量、实际消耗与合同工程量，掌握成本消耗情况与分布情况。
2.1 工程概况
北京市大兴区旧宫镇DX07-0201-0010、0011、0012 地块R2 二类居住、A33 基础教育用地项目的总建筑面积为56 912 m2，建筑类别为住宅与车库，其中住宅为装配式剪力墙结构，车库为框架结构。11#、14#、21#住宅楼为地上6层、地下2 层；
13#住宅楼为地上16 层、地下3 层；
18#住宅楼为地上6 层、局部地上4 层，地下2 层；
19#住宅楼为地上12 层、地下2 层；
20#住宅楼为地上12 层、地下3 层；
车库为地下3 层。该项目采用装配式施工方法，针对门窗工程、电梯工程等进行构件预留与安装。为满足项目信息化管理要求，该项目引入BIM 技术，通过搭建BIM 模型实现工程管理的虚拟可视化及三维模型交底。
2.2 工程难点分析
结合大兴区旧宫镇装配式建筑工程项目的实际情况，其工程难点包括以下5个方面。第一，工程主体结构采用预制装配式，属于新兴工艺手段，整体施工组织面临一定难度。第二，工程场地狭小，地下结构的施工材料调配面临困难。第三，工程基坑深、落差大，施工期间应保证基坑安全。第四，预制装配式结构构件数量多，管理难度大。第五，工程实测、实量标准高，对装配式建筑工程质量控制提出更高要求。
2.3 BIM 技术特点
BIM 技术作为一种数据化工具，可以应用于工程设计建造管理中，整合项目的相关信息，并在项目全生命周期过程中进行信息共享和传递。BIM 技术在建筑施工中的应用有助于推动绿色施工、成本管控以及运营维护等方面的进步，可以为施工方、设计方、监理方和供应方的协调沟通提供保障。目前，BIM 技术也可以应用于建筑工程项目设计、施工、运营等各个环节中，并体现出可视化、协调性、模拟性等特点[2]。
结合本工程的实际情况，应用BIM技术主要目的是加强施工细节及重点环节管理，确保满足建设单位的要求；
借助BIM 信息模型进行施工模拟，可以及早发现工程中可能存在的问题，提升施工质量与效率的同时，实现对人、财、物等资源的综合管理，有效提高施工技术水平，消除安全隐患，并有效减少施工环节的成本投入。为更好发挥BIM 技术优势，本工程成立了专门的BIM 技术小组，负责BIM 模型的创建维护、施工深化设计等工作，确保能够优化施工方案与构件组装流程。
2.4 BIM 技术在施工中的应用
2.4.1 方案设计阶段
方案设计阶段可以通过BIM 技术的3D 可视化功能进行信息收集、整合与分析，为设计方案的制订提供参考。在此过程中，施工人员应充分了解装配式建筑预制及施工要求，根据BIM 模型更好地展开方案设计工作。具体来看，BIM 技术在方案设计阶段的应用可以分为2 个环节。第一，空间规划。根据工程现场情况进行规划与设计工作，确保建筑的美观性、实用性与经济性；
第二，场地分析，在方案设计阶段可通过BIM 技术分析装配式建筑的周边环境及气候条件，加强施工人员对施工现场的了解，为后续的施工工序奠定基础。在应用BIM 技术的过程中，还可以通过地理信息系统获取高差、坡度等施工参数信息，进而更好地实现可视化管理。
2.4.2 构件生产阶段
构件生产阶段是装配式建筑施工的关键环节，在这一阶段中可以通过BIM构件模型进行信息归类与整合，精确统计材料的采购与用量。例如，可以将BIM模型与CAD 图纸结合起来，明确各施工环节的用料情况，为后续的施工工序奠定基础。同时，发挥BIM 模型时效性强的优势，可以及时更新生产数据，提高构件生产的精益化管理水平。结合装配式工程的实际情况，还可以将构件生产阶段进一步细分为生产前、生产中与生产后，为后续施工环节提供保障。
构件生产前阶段由生产部门通过BIM技术进行材料和技术准备，根据生产计划制作所需构件，并预留出相应位置。构件生产中阶段由设计人员将构件信息传入数据库，通过控制程序监控生产；
一旦出现生产故障，可及时向管理人员反馈，以便采取有效的处理措施。同时，生产系统还可以自动录入预制构件信息，包括构件类型与材料信息等。在构件生产后阶段，可以应用RFID 技术将模型与构件一一对应，为构件数据的实时查询和更新提供保障[3]。此外，相关人员可以在构件生产中进行实时检测，校正数据库信息，实现构件生产的自动化和信息化，提高动态管理水平，为后续的构件出库和物流运输等环节提供信息支持。
2.4.3 构件运输与吊装阶段
构件运输与吊装阶段也可以实现BIM技术的有效应用。对于构件运输环节来说，BIM 技术的应用主要包括对构件进行拆分以满足运输需求，根据构件尺寸选择适合的运输车辆与运输时间，根据构件摆放情况合理规划行车路线，以及根据施工所需构件的顺序制定构件运输顺序。在此期间，还可以通过RFID 技术将现场施工进度上传至企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）系统，保证施工人员可以根据施工进度进行构件准备，通过BIM 技术模拟构件运输过程，分析可能存在的问题并加以避免。
构件到达现场进行吊装时，可以通过BIM 模型分析计划进度与实际进度的偏差，对吊装偏差进行合理有效的控制，并加强吊具安全、支撑体系以及吊装顺序等方面的管理[4]。此外，施工人员可以将构件库存、吊装信息和安装情况等数据上传至数据库，确保构件吊装施工工序设置与项目整体进度安排相适应。
2.4.4 施工图纸设计阶段
图纸生成环节，应做到全面了解设计意图。首先，设计人员需要审核总平面图，校对点位坐标、距离和定位等情况，确保建筑物的几何位置关系与规划用地要求相适应。其次，审核建筑、结构、设备等施工图，除了传统的平面图、立面图和剖面图外，还需要审核三维剖切图、透视图和主体结构图等，帮助施工人员更加直观了解建筑构成。以往采用的传统绘图方式会增加设计人员的工作量，而借助BIM 模型的智能出图与自动更新功能可以有效提升图纸的生成质量与效率，并能够保证各个构件数据信息的完整性。出图时，设计人员只需要调整模型构件的视图角度，即可生成对应视图。
2.4.5 施工模拟阶段
相较于传统施工项目，装配式工程最大的特点在于施工自动化与机械化，并在施工工艺和进度方面也提出了更高要求。因此，有必要对整体项目提供稳定的技术支持，可通过创建BIM 模型对工程进度进行可视化管理，还可以将BIM 模型和RFID 技术相结合，模拟施工场地布置和构件安装等工序。其中，凭借BIM 技术的信息共享机制可以为信息传递提供保障，并在RFID 技术与云端技术的应用下，可以实现远程指导。例如，在构件定位与吊装环节，可通过远程指导完成施工，并且能够查询吊装构件的参数属性及相关质量指示信息，将其上传至项目数据库，为后续施工工序提供参考。
2.4.6 施工质量管理阶段
装配式建筑工程质量主要受到人工、机械、材料、技术等因素影响，因此必须更加注重施工质量管理。工程实践表明，传统质量管理方法难以满足装配式建筑需求，有必要将更为先进的技术引入装配式项目质量管理中。
BIM 技术的应用为装配式建筑提供一种可视化的管理模式，能够提升信息传递的效率。在施工质量管理阶段，BIM技术的应用主要分为3 个环节。一是产品质量管理，即通过BIM 模型获取配件及材料信息，利用RFID 技术将相关信息上传至BIM 模型中，以实现信息的双向传递。二是组织质量管理，这一环节主要是针对装配式建筑施工中多工种、多专业同时施工的情况。为避免不同工种之间互相影响，施工前可以先通过BIM模型合理布置场地，对材料堆放、道路施工以及临时设施等进行合理规划，然后再进行工程量统计，并以此为基础进一步开展材料和人员安排[5]。三是技术质量管理，即在施工前利用BIM 技术向施工人员展示具体的施工方案，重点针对复杂节点展开施工模拟，帮助施工人员掌握技术交底的内容。
2.5 BIM 技术在施工中的应用价值
首先，BIM 技术的应用强化了信息传递，保证施工人员之间可以有效传递材料结构及构件信息，同时避免各工种之间互相干扰，促进施工效率的提升。其次，通过BIM 模型可以实现高效的构件生产与协同设计，为项目的有序进行提供保障。借助BIM 模型还可以对预制构件进行精细化管理，通过模拟施工试验对构件安装环节可能出现的问题加以解决，避免出现返工等问题。最后，发挥BIM技术的联动性优势，通过创建信息模型生成图纸，大大提高出图效率。
随着BIM 技术的不断发展，装配式建筑工程项目信息化管理模式的应用也越来越广泛。凭借BIM 技术可视化、模拟性以及信息关联性优势，可以有效实现装配式建筑施工全过程的信息化管理。为保证充分发挥BIM 技术优势，在实际开展建筑施工的过程中，应将相关技术手段应用于方案设计、构件生产、构件运输与吊装以及施工图纸设计等各个环节，并细化管理流程，从而为装配式建筑信息化管理提供技术支持。
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