基于BIM技术的装配式建筑智能建造技术研究

倪子渊 景玉文 司丽媛

收稿日期：2023-11-14

作者简介：倪子渊（1983—），男，山东威海人，本科，工程师，研究方向：建筑工程。

通讯作者：司丽媛（1984—），女，山东济南人，本科，工程师，研究方向：建筑工程。

摘 要：以某装配式住宅小区为例，从多个方面分析了BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用，并通过BIM技术平台搜集和监测成本信息和进度信息，分析装配式建筑中BIM技术的应用效果。研究结果表明：基于BIM模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安裝的机械化，减小了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果。通过BIM技术减少的工程总费用达到472万元，表明BIM技术在装配式建筑的建造中有较大的应用价值，通过BIM智能建造技术能够优化装配式施工工艺，增大装配率，减小工程成本，将工程项目的效益最大化。BIM技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。

关键词：装配式建筑；BIM技术；智能建造；工程成本；施工工期

中图分类号：TU17;TU741                           文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2024）03-0034-03

0引言

传统的建筑方式因其低效率、高能耗、周期长等缺点已经无法满足现代建筑的需求[1]。近年来，建筑建造时的人工成本逐渐增加，因此发展智能化、信息化的装配式建筑成为建筑业的主要方向[2-3]。

基于BIM技术的装配式建筑智能建造技术能够提高建造效率、降低成本、减少资源浪费，为建筑业的转型升级提供了新动力[4]。何梦瑶等[5]分析了绿色发展背景下装配式建筑和BIM技术的结合对建筑持续可持续发展的影响。汪俊等[6]分析了装配式建筑构件智能生产中BIM技术的应用效果，为装配式建筑提供了方向。

本文以某装配式住宅小区为例，从装配式施工、装配式构件制作和安装方面，分析了BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用效果，为类似项目提供了指导和借鉴。

1工程概况

某装配式住宅小区共有4栋居民楼（1～4#）和1栋商业楼（G1#），居民楼中15层高和28层高均有2栋，小区总建筑面积为52 082.93 m2，地下面积和地上面积分别为15 972.25 m2和36 131.68 m2，项目各建筑均为装配式建筑，装配率大于65%。

1～4#楼上部结构类型均为剪力墙结构，但1#楼基础为筏板基础+天然地基，800 mm为筏板厚度；2#楼基础为筏板基础+钻孔灌注桩，900 mm为筏板厚度；3#楼基础为筏板基础+钻孔灌注桩，1 150 mm为筏板厚度。G1#商业楼上部结构和地下室均属于框架结构，基础为独立基础。项目各建筑相关参数如表1所示。

2项目难点装配式建筑智能建造中BIM技术的应用

2.1 BIM施工模型的优势

装配式建筑的主体建造、设备安装和后期管理均是在不同阶段、不同时间进行的，每部分工作要求细致且复杂。

以BIM模型为基础进行设计构件、生产构件、运输构件等全生命周期的精细化管理，可以实现施工过程中现金流、信息流、物资流的高效管理，将碎片化的管理进行整合。通过对BIM施工模型的可视化挖掘，能够以最佳方式布置装配式构件，并协调各专业关键点进度与施工安排。

BIM技术实现了装配式建筑施工全流程的自动化管理，不同供应商生产的构件或设计各构件之间的协调，构件的追踪登记、材料使用量的计算等信息全都以BIM模型为基础统一管理。

基于BIM施工模型，通过碰撞检测可在施工前发现潜在的问题，从而减少工人现场修补与调整时间并降低出错率，实现装配式建筑施工全流程的数字化、集成化与系统化管理，有效提升施工效率、安全、质量和管理水平，并且为后续的检修、维护、改造、升级等提供了重要的前期数据支持。局部管线BIM模型深化示意图如图1所示。

为了高效管理和排布装配式建筑的施工进度计划，以BIM三维模型为基础整合各施工阶段的时间信息，输出为动态的四维可视化模型。通过施工进度管理软件建立施工任务、进度计划表，其中包括各项工作的起始和结束时间，输出为详细的进度计划文件，并保存为与BIM软件接口相匹配的文件格式。将特殊格式文件输入至BIM软件中，与BIM模型相结合形成动态可视化四维模型。BIM三维模型中涵盖了建筑中各构件的物理信息和尺寸信息，如墙体的厚度、材质、颜色等，所用模型结合进度计划中的时间序列能够真实、形象地反映出建筑的施工步骤和场景，具备强大的动画演示功能。

2.2 基于BIM技术的构件制造

相比传统的现浇法施工，预制装配式混凝土建筑施工具有施工速度快、节能环保、质量保证、设计灵活性和成本效益高等优点。在装配式建筑的设计建造过程中，构件的制作起到关键性的作用，但由于装配式建筑构件尺寸较多、构件种类多样，因此制作构件时信息的输入和管理十分重要。

通过BIM技术，将建筑的各个部分拆解为形状、大小均标准化的构件，如预制板、预制梁、窗、门等。在建立BIM模型时，需要建立完善独属于每个构件的信息ID，信息ID内包括构件的编号、尺寸信息、材质信息、位置信息等，通过这些信息，可以有效地管理和追踪构件的生产、运输和安装过程。

在完成BIM模型后，可以将模型数据导入到生产设备中，进行构件的工业化生产。在这个过程中，可以借助信息化技术，如计算机等，实现从最初设计、工厂制作以及现场安装的全过程信息化、智能化的管理。

2.3 结合BIM模型的构件装配

装配式建筑在施工时类似于搭积木，将提前在工厂制作好的构件运送到施工场地，并根据图纸将各个构件连接牢固。通过BIM技术建立三维建筑模型，根据GIS地理信息系统以及无人机设备对施工现场中生产车间、材料存放仓库、机械设备等位置进行规划排布，结合施工进度时间序列，达到模拟4D施工生产的目的。它能够支持较为生动直观的动画交底，实现装配式建筑的数字化智能生产，达到提高管理质量、施工速度以及降低工程成本的目的。在实际施工开始之前，通过BIM模型的虚拟装配，可以模拟实际施工过程，提前发现和解决装配中的问题，提高现场装配的效率和成功率。

对于该装配式住宅小区，在施工时根据建立的BIM模型对工程量进行统计，对相关安装工程进行模拟，并组建BIM综合信息管理平台，实现多专业、各阶段的协同施工，集成整理大量多源异构数据，对构件的预制、现场的装配、安装以及验收进行指导。基于BIM模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安装的机械化，减少了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果，为城市建筑智慧数字化建设提供示范。

3基于BIM技術的建筑智能建造效果分析

基于BIM技术的装配式施工造价降低值如表2所示。从表2中能够看出，通过BIM技术减少的工程总费用达到472万元，其中在施工装配式建筑时通过BIM技术控制装配率时所减少的工程成本最高，为241万元。通过BIM技术可视化对内外墙施工进行优化，所减少的工程费用为82万元。配电间施工部分仅减少16万元。由此能够得出，BIM技术在装配式建筑的建造中有较大的应用价值，通过BIM智能建造技术能够优化装配式施工工艺，增大装配率，减小工程成本，将工程项目的效益最大化。

装配式建筑施工进度分析结果如图2所示。在图2中，A、B、C曲线分别表示最早开工、最晚开工以及结合BIM技术得出的施工计划曲线，项目总工期为720 d。从图2中能够看出，在整体上3条曲线均呈现为S形，项目施工速度呈现出初期缓慢，中期较快，后期缓慢收尾的趋势。

在项目的前半个阶段内，结合BIM技术的施工进度C曲线位于A、B两曲线之间，表示该工程进度在工期进度要求之内。当在项目的后半个阶段内时，C曲线超过了B曲线，这表示该曲线代表的完成工作量大于计划工作量，即表示施工进度超前，通过BIM技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。

4结束语

以某装配式住宅小区为例，从装配式施工、装配式构件制作和安装方面分析了BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用效果，主要得出以下3个结论。

第一，BIM三维模型中涵盖了建筑中各构件的物理信息和尺寸信息，结合进度计划中的时间序列能够真实、形象地反映出建筑的施工步骤和场景，具备强大的动画演示功能。基于BIM模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安装的机械化，减小了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果。

第二，通过BIM技术减少的工程总费用达到472万元，其中通过BIM技术控制装配率时所减少的工程成本最高，为241万元。通过BIM技术可视化对内外墙施工进行优化所减少的工程费用为82万元。

第三，结合BIM技术的施工进度C曲线超过了B曲线，这表示该曲线代表的完成工作量大于计划工作量，即表示施工进度超前，通过BIM技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。

参考文献

[1] 孙玉芳，吴霞，何孟霖，等.基于BIM+物联网技术的装配式建筑全过程质量管理研究[J].建筑经济，2021，42（5）：58-61.

[2] 刘自昂，郭婧娟.基于BIM的装配式建筑施工成本控制研究[J].建筑经济，2022，43（3）：40-46.

[3] 庄智严.BlM技术在建设工程施工管理应用研究[J].中国建设信息化，2022（13）：56-57.

[4] 新磊，鞠东鹏，程荣国，等.基于BIM的医院建筑智慧运维技术及应用[J].中国住宅设施2022（12）：57-59.

[5] 何梦瑶，李伟丽，冯雨欣，等.绿色建造背景下BIM技术与装配式建筑融合研究[J].科技创新与应用，2023，13（13）：181-184.

[6] 汪俊，陈艳颜.基于BIM的装配式构件生产与智能化管理应用[J].广东建材，2023，39（11）：146-150.