刍议基于BIM技术的装配式建筑智慧建造

韦勇

（广西建工集团建筑产业投资有限公司）

1 引言

目前，我国常用的建筑施工方法是现浇钢筋混凝土[1]。然而，在现代绿色发展环境下，传统的施工模式存在很多问题需要解决：建筑垃圾多、施工周期长、生产效率低、施工现场成本上升。在建筑业产业转型的背景下，装配式建筑成为建筑模式升级的新选择。据不完全统计，我国各省市已出台与装配式建筑有关的政策性文件150余份。2019年，中国装配式建筑新开工面积将达到4.2 亿m2，比2018 年增长45%[2]。总体而言，装配式建筑在我国具有良好的发展趋势。国内有学者对BIM在装配式建筑中应用的可行性进行了研究和分析。将BIM 模型生成的二维码标识绑定到预制构件上，通过智能设备的扫码形式查询和掌握预制构件的生产、运输、安装等信息，实现了高效的管理模式。将BIM 信息模型应用于装配构件加工生产可以满足企业管理的需要，提高企业生产效率，降低企业运营成本[3]。基于BIM的装配式建筑项目管理在很大程度上提高了项目管理的效率，实现了构件深化、运输管理、质量检验、全过程控制等方面的全面信息化管理。

本文以装配式建筑为案例，以BIM平台为载体，分析装配式建筑在BIM管理支持下的施工模式。

2 分析预制装配式建筑数据生成过程

与传统建筑相比，预制建筑在项目过程中增加了更多环节，使项目的运营和管理更加复杂。装配式建筑的施工过程是相互联系的链条过程。需要更加系统化的管理模式，使各个环节更加精准。但是，每一个环节都会产生大量的信息和数据，需要各方进行传送和交换。

传统建筑与装配式建筑在工程过程中存在差异，产生了大量的数据。装配式建筑新环节中的数据生成阶段包括设计阶段、构件深化阶段、构件生产阶段、构件运输阶段和构件吊装阶段。上述新增环节涉及信息的交换、传输和提取，传统的施工技术难以管理大量新信息。基于BIM 智能施工现场理论，通过物联网、大数据等手段对信息进行管理，建立了装配信息模型管理模式。以大数据、人工智能为代表的新兴技术为建筑工程人员安全管理的转型升级提供了技术支撑。安全管理理念、管理模式和管理方法正在发生重大变化，安全管理正向智能化分析、科学化决策、精细化管理方向发展。首先，建设项目安全管理结合大数据技术，具有协助安全管理人员科学决策、准确预测的突出优势。此外，人员安全管理结合人工智能，推动人员安全管理过程智能化发展。目前，国内已经开展了工程建设安全管理与两种技术相结合的研究，但大多数是单一技术与安全管理的结合，两者的融合尚未引起学术界足够的重视。

3 BIM 技术在装配工程中的应用

3.1 BIM 技术在装配式建筑设计阶段的应用

BIM是基于项目全生命周期的平台，应根据预制装配式建筑的特点进行精益设计，提高管理效率。由于装配项目会遇到专业多、项目周期短、技术难点多等问题，项目设计了一种基于BIM平台的装配协同工作流方法，可以在协调各专业的同时实现项目的全过程管理。不同专业的设计师可以多用户同步设计和修改。在协同设计的条件下，可以及时发现专业之间的冲突。项目创新性地采用了结构工程师和设备工程师同步建模的设计方法，不仅节省了设计时间，而且在协同设计过程中发现了不同专业之间的问题。避免了传统设计中发现问题后再解决的现象。在主体结构和设备管道设计完成后，装配部门立即进行部件深化工作。深化工作分为两部分：①布置钢筋，②在预制构件上预留设备管道的线盒和孔。

3.2 BIM 技术用于预制构件的信息标准化处理

物料清单包括构件数量、尺寸、混凝土重量、钢筋重量。软件导出的数据可以先提供给零件加工厂制作模具。同时，利用BIM软件构建装配标准库；对每个组件进行参数化，形成一个标准化的组件信息数据库，用于生产管理和施工管理。所制作的构件为常规产品，其尺寸、钢筋、重量均可模块化。项目同一模具的重复使用率高达30%，大大节约了成本[4]。预制构件通常采用“多组合，少规格”的设计理念，可以降低工厂的生产成本，提高构件的生产效率，减少施工现场的装配时间。设计预制建筑的想法是将传统的混凝土结构分割成独立的部分。然后，这些“零件”在工厂预先加工，然后运送到施工现场。在相同的现浇施工理念下，将单个结构构件通过组合连接的方式组装在一起。公司设计部门完成项目施工图后，深化部门对建筑结构进行深化设计。在构件拆分过程中，会产生与传统设计不同的大量构件数据。传统设计通常通过施工图来表现建筑位置与立面的关系，这是一种信息的“整合”。然而，预制组件分解了这种信息的“整合”，产生了大量的次级信息。如果拆分方法是“个性化”的，势必会给后续的工艺顺序造成很大的困难。因此，构件信息的标准化是预制建筑信息化管理初期的必然要求。

3.3 BIM 技术在装配式建筑安装中的应用

通过智能设备扫描预制构件上绑定的二维码，可以掌握预制构件的运输情况。BIM 信息数据模型预制构件可以在网络地图上快速找到与预制构件尺寸匹配的道路，计算出最优路径，并通过BIM模型在施工现场模拟构件放置最合适的场地位置。将构件的位置信息传输到BIM平台，管理人员可以检测预制构件的安装位置是否准确。

大数据技术在安全管理中的应用最为广泛，涉及现场管理、结构安全、灾害预防、运营期安全管理等。大数据技术的核心特征是通过对海量数据的分析，发现和利用隐藏的规则，以数据科学的方式提高施工现场的安全管理。建立工人行为数据库，对工人不安全行为进行收集、分类和存储，为后续研究奠定了数据基础。使用BIM 和大数据参数曲线进行分析和决策；使用BIM实现对建筑工地的安全预警可视化和现场实时监控。大型机械设备的管理一直是施工现场安全管理的关键环节，大型机械虽然是工程进度的保证，但也是事故频发的来源之一。综合运用物联网和大数据构建智能施工现场塔吊安全管理系统，大数据在施工安全管理过程中具有实时动态、科学高效地分析、预测和辅助决策能力。

4 基于BIM 平台的装配式建筑与传统工程的对比分析

在新旧施工模式转变时期，装配式建筑增加了深化设计、构件生产、构件运输、组装施工等施工环节，对建筑工程全过程的统一性有了更高要求。BIM 平台可以统一项目的全过程信息，协调项目全过程管理。预制建筑作为一种新型施工形式，在预制构件成本高、缺乏现场专业预制施工人员、装配施工质量检验控制困难等诸多方面还不成熟。装配式建筑工程与传统工程的劳动指标比较包括吊装工人、水泥工人、钢铁工人、木匠、水电工、脚手架工人、砖石工人和抹灰工人。用工量可以反映预制建筑与传统建筑的区别。基于BIM 的装配劳动统计是由BIM 信息管理系统和日常记录数据产生的；传统的施工劳动统计是由施工现场的生产记录仪产生的[5]。通过以上指标的对比发现，装配式施工工人的人工量仅在吊装方面高于传统施工，其他指标低于传统施工。比较预制建筑与传统建筑工程的项目单指数和成本数据中，预制结构的设计标准偏高，因此混凝土和钢材的用量将超过传统建筑。预制构件模具成本高，构件单价高，人员培养成本比传统设计高，预制建筑成本比传统建筑高。

利用BIM 模型将项目信息集成到模型中，通过标准化设计，项目可以在各个阶段对这些信息进行调用，减少琐碎信息带来的损失，提高信息的利用率，实现多专业协同工作。为后期的施工和维护提供了直观模型，降低了后期的施工成本。通过信息模型平台，集成预制构件的信息，制定合理的构件生产计划，减少人为因素造成的损失。提高预成型模具的重复利用率，降低生产成本。

5 结语

实践证明，基于BIM信息管理的装配式建筑具有管理高效、绿色环保、数据通用等优点。文章通过装配式建筑与传统建筑实际工程案例，更直观地比较了装配式建筑在未来建筑行业的优势。加大对BIM和装配式建筑的科研投入，研究开发更多节能、节材的施工方法，大力推广装配式建筑，使装配式建筑市场更加成熟，从而降低市场价格，促进装配式建筑市场的竞争力，提高装配式建筑的普及性，这对建筑业未来的发展有很大的帮助。研究结果可作为相关工程的参考，明确装配式建筑的发展思路。