BIM技術在裝配式建筑施工階段的應用研究

劉承憲 畢李金宇

?摘 要 從近幾年建筑業的發展來看，裝配式建筑擁有十分良好的發展前景，與傳統施工相比，它有著施工效率高、結構性能好等優點，但也存在著諸多缺點，如規范不完善、信息溝通不及時等問題，在一定程度上限制了裝配式建筑的發展，而BIM技術剛好能解決這些問題，將BIM技術與裝配式建筑相結合不失為一種良策。文章從施工準備階段、構件生產階段、現場裝配階段以及質量驗收階段對BIM技術在裝配式建筑施工階段的應用進行了具體的闡述，以期為解決裝配式建筑施工中存在的問題提供借鑒。

關鍵詞 BIM技術 裝配式建筑 施工階段

中圖分類號：TU712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0025-03

隨著城市人口的不斷增加，住房需求量也隨之增加，急需提高建筑的建設效率以解決住房需求問題。與傳統的施工相比，裝配式建筑工程在效率和質量上都極具優勢，但由于其存在施工精準度這個難點以及裝配式建筑構件的不可重復利用的特點，因此，需要運用BIM技術進行精準建模，檢查錯漏碰缺，并在施工前對施工過程反復模擬，形成最優的施工方案，實現進度可視、質量可控、成本節約的優化管理，確保工程順利竣工。

1 BIM技術的相關研究及發展現狀

裝配式建筑的理念最早起源于國外，且一直處于領先地位，積累了大量研究成果。將BIM技術應用到裝配式建筑中也是起源于國外，這一理念為BIM技術的應用開創了新的思路，諸多學者開始在此基礎上進行多方面的研究，主要涵蓋以下三個方面：一是在BIM技術的研究上，有學者在深入研究BIM技術應用的同時，對BIM技術中包含的一些關鍵技術進行細化[1]。二是在BIM技術的應用上，隨著裝配式建筑的發展，學者們開始探索BIM技術在裝配式建筑各個階段的應用。三是在BIM技術與其他技術的結合上，將BIM技術與VR、RFID等技術結合運用，可以提高安全教育效果與現場管理效率。隨著裝配式建筑與BIM技術研究的不斷深入，雖然相關理論在不斷完善，但相關實踐較為缺乏。

2 BIM技術的特點

2.1 可視化

首先，BIM能夠通過軟件建立三維立體可視化模型;其次，在工程決策、設計、施工、后期運營等過程中，各參建單位可以通過同一平臺進行數據的共享，實現工程過程可視化。利用BIM的可視化，可以最大限度地減少各參建單位間的溝通障礙，避免出現由施工誤差引起的返工重做等問題，提高工作效率[2]。

2.2 模擬性

除了三維模擬外，BIM的模擬性還包括施工、建筑性能、進度、成本以及安全的模擬等。施工模擬可以對項目中的難點及重點進行施工預演，以更好地指導操作人員完成工作，也可以模擬用料狀況，減少物料的浪費;建筑性能模擬是通過BIM配合相關軟件，對建筑項目周邊環境進行集成與分析，模擬項目的日照、風向、自然災害等狀況;進度模擬是在三維的基礎上加上時間，在此基礎上再加入成本就形成5D成本模型;現場模擬可以合理安排車輛出入施工現場的路線，降低事故發生概率，還可以結合VR等技術進行安全模擬，讓體驗者獲得更加深刻的體驗，以提高其安全意識[3]。

2.3 協調性

建筑各專業之間常常因為溝通問題造成一些設計與施工上的問題，利用BIM信息交流平臺，各參建單位可以實時共享數據信息，加強溝通協調，提高工作效率。還可以通過BIM對各專業管道進行碰撞檢查，及時將問題反饋給設計院進行協調，以免給后期的施工造成麻煩。

2.4 優化性

越大型的工程項目，其管理及流程往往越復雜，而建筑項目的設計和完成又是一個動態且需要不斷優化的過程，利用 BIM技術即可優化施工管理方案，減少施工和設計中的冗余部分。

2.5 可出圖性

BIM技術不僅可以生成傳統的二維圖紙，還可以生成三維圖紙和碰撞檢查報告，三維圖紙可以提供更加詳細的信息，碰撞檢查報告可以使設計方及時修改完善碰撞點，減少設計變更。

3 裝配式建筑工程施工中存在的問題

3.1 政策體制不完善

從政府層面看，由于我國目前以傳統濕作業為主的政策不適合裝配式建筑的要求，所以急需出臺新的政策，但我國裝配式建筑推廣較晚，相關政策還處在探索階段，政府也缺乏相應的經驗，難以及時出臺符合自身特點的裝配式建筑政策[4]。

從企業層面看，由于前期的激勵政策體制不完善，導致國內很多企業缺乏對裝配式建筑進行探索的動力，不利于我國裝配式建筑的發展。

3.2 施工標準不健全

我國現階段對于裝配式建筑構件的生產缺乏統一的標準，而構件的種類又繁多復雜，單憑構件生產廠在生產過程中難以形成一個完整的體系。衛生間、樓梯等部位有較為成熟的模數體系，但其他部位還有待完善[5]。雖然目前我國裝配式建筑項目數量逐漸增多，但建筑行業內始終沒有針對裝配式建筑形成一套完整的，從生產到運輸到施工階段的標準。

3.3 市場推廣不積極

由于政府對于裝配式建筑的推廣力度不夠，加上我國正處于裝配式建筑發展初期，探索成本高，困難重重，導致很多企業不愿意去了解也不敢輕易嘗試這種技術。目前在建的裝配式建筑是國家投資建設的項目，市場發育完善，很難帶動裝配式建筑在企業中的發展。

4 BIM技術在裝配式建筑施工階段的應用

4.1 施工準備階段

4.1.1 深化設計

深化設計在裝配式建筑施工階段十分重要，能提高建筑信息模型的準確性和可操作性。根據項目前期確定的施工圖等資料，創建施工作業模型，并進行優化和沖突檢測，經內部審核后生成施工作業模型及深化設計施工圖再交由設計審核，生成最終施工作業模型及深化設計施工圖及節點圖。D3046395-39E7-48F5-A658-6E91CE269E7A

4.1.2 施工方案模擬

深化設計完成后，并不代表該設計方案就可以提供給施工單位，還要對方案進行反復模擬，發現問題并及時解決，以減少損失。通過BIM軟件對施工方案進行模擬，可以真實有效地反映出工程的實施效果，能充分預估施工中可能會遇到的各種問題。

4.2 構件生產階段

4.2.1 構件生產前準備

相比于傳統施工，裝配式施工對于預制構件的精度具有更高的要求，這就要求其模具的尺寸更為精確。BIM模型在建模中會將構件的三維空間關系、型號、材料等參數信息直接加入建立的模型中，為模具的生產提供了詳細的信息[6]。

4.2.2 預制構件生產

在構件生產過程中，通過BIM技術與無線射頻技術的結合使用，可以加強對構件的識別，實現模型與構件實體的統一。當出現問題時，生產單位及相關人員對構件進行調整時，整個系統都會對信息進行及時地更新處理，形成及時的信息反饋，項目各參與方也可以根據需要對生產過程中的重點部位進行實時監測。

4.2.3 構件運輸階段

在構件運輸階段，通過EBIM構件信息化跟蹤管理平臺，及時掌握構件的最新狀態信息。同時，將BIM與GIS技術相結合，快速準確地對施工現場地形進行分析，規劃出合理的運輸路線[7]。通過BIM的信息平臺，也可以對安裝了GPS的運輸車輛進行實時定位監測，有利于施工單位提前做好準備接收構件。

4.3 現場裝配階段

4.3.1 場地布置管理

由于BIM4D技術可以同時考慮空間維度和時間維度，利用其可以對施工場地的道路、機械設備、臨時建筑等進行三維可視化建模，并模擬在施工過程中各類機械的空間動線，能協助施工人員合理進行場地平面布置，避免造成機械碰撞和二次搬運等問題。

4.3.2 預制構件管理

由于裝配式建筑預制構件的種類多，其存放又需要結合構件自身的性能特點采用相對應的方式，管理起來較為復雜，故傳統的裝配式建筑在施工階段中，在預制構件的管理上耗費了大量資金。而基于BIM技術的裝配式建筑構件管理，可以通過BIM的信息化手段來定位追蹤構件的位置并與后臺數據庫相關聯，及時發現構件的擺放錯誤，提高各預制構件的管理效率，節約成本[8]。

4.3.3 施工進度管理

運用BIM技術將施工進度與模型整合在一起，可以更直觀地了解裝配式建筑的實際施工進度情況，也可以提前對施工進度進行模擬，優化不合理的部分，有利于提升進度分析和跟蹤的效率，提升信息溝通的順暢性，保證工程項目的進度。

4.3.4 施工安全管理

運用BIM技術可以提前對風險源進行識別，將Revit模型導入到Fuzor中，找出模型中存在的安全隱患，同時利用其可視化漫游功能對安全隱患部位進行人工復核，提高危險源識別的準確性和效率。

也可以運用BIM技術對工人進行安全教育，將BIM技術與VR技術結合，危險場景真實度高，也能提高工人的學習意愿，而且沒有場地限制，安全教育效果明顯。

4.3.5 施工質量管理

在施工過程中，現場的施工技術人員可以通過BIM信息平臺查看施工過程中質量把控的重點和難點，在構件安裝前，通過人工檢查和三維激光掃描來檢測構件的尺寸是否正確、有無質量問題等，一經發現問題，立即上傳至云端數據庫，后臺檢測平臺及時采取糾偏措施，保證工程的質量[9]。

4.3.6 施工成本管理

在施工過程中，每個預制構件吊裝完畢后，都要通過二維碼及數字管理平臺技術進行確定驗收并輸出相應的造價信息，將輸出的信息進行整合，為后期業主及分包單位的結算提供數據。

4.4 質量驗收階段

4.4.1 “無紙化”施工驗收

現場的裝配信息通常在安裝完畢后，以圖片或者文字的形式傳輸至信息平臺，平臺自動判斷是否通過驗收以及是否符合規范的要求。這種無紙化施工驗收能有效避免人工參與和數據記錄有誤的情況。

4.4.2 質量問題處理和總結

對于工程中出現的質量問題，在BIM模型中進行注釋標明，分析造成質量問題的原因并提出修改意見，積累處理類似問題的經驗。BIM技術可以針對發生質量問題具體位置，自動生成、提交、審核電子質量檢測報告，交由建設單位進行評審，避免了繁瑣的人工翻閱、查找大量圖紙以及手工制作質檢報告等工作，提高了工作效率，促進了裝配式建筑的質量監控。

5 結語

在裝配式建筑施工過程中，為保證工程項目整體施工的合理性，提高建筑質量，需要進一步提高施工管理水平及效率。將BIM技術運用到裝配式建筑施工階段中，可以借助BIM技術將施工各階段的各項工作利用模型真實地表達出來，及時發現并解決在施工過程中可能存在的問題，在滿足施工要求的同時，還能夠適應復雜多變的市場，提高企業的競爭力。隨著裝配式建筑行業的不斷發展，還出現了非常多的新型裝配式建筑施工技術，這在很大程度上推動了整個裝配式建筑行業的快速發展，但是為了建筑工程的安全得到可靠的保障，對這些技術的規范監督具有很大的必要性。在施工管理工作開展的過程中，要能夠抓住 PC構件施工技術的每一個要點，并且從全過程施工的基礎上，使用新技術對其進行進一步優化，從源頭上使建筑工程的質量安全得到可靠的保障，這樣不僅能夠保障裝配式建筑的質量安全，更有利于裝配式建筑產業的可持續性發展。

參考文獻：

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[2] Cuong Kasperzyk，Min-Koo Kim，Ioannis Brilakis. Automated re-prefabrication system for buildings using robotics[J]. Automation in Construction，2017（nova）：184-195.

[3] 徐鵬飛，李晉，孫繼東.基于BIM技術的裝配式建筑施工全過程研究和應用[J].建筑結構，2020，50（S1）： 654-657.

[4] Chan-Sik Park，Do-Yeop Lee，Oh-Seong Kwon，Xiangyu Wang. A framework for proactive construction defect management using BIM， augmented reality and ontology-based data collection template[J]. Automation in Construction，2013（33）：61-71.

[5] 薛剛，朱穎.BIM技術在裝配式建筑建造階段的應用研究[C]//土木工程新材料、新技術及其工程應用交流會論文集（中冊），2019：406-410.

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[7] 李勇.建設工程施工進度BIM預測方法研究[D].武漢理工大學，2014.

[8] 陳濤.PC構件的裝配式建筑施工處理技術[J].大眾標準化，2021，卷首語（13）：43-45.

[9] 李瑞國.基于PC構件的裝配式建筑施工技術研究[J].建筑技術開發，2017，44（01）：56-57.D3046395-39E7-48F5-A658-6E91CE269E7A