BIM 背景下裝配式智能建造轉型化應用

宋 雙，王淑娟，楊睿彬

（吉林建筑科技學院，吉林 長春 130000）

0 引言

21 世紀是建筑行業轉型升級的新時代，“十四五”規劃中提到要發展智能建造，推廣綠色節能建筑及裝配式一體化建筑等。要利用當前一切智能化資源，例如：人工智能、物聯網、5G 等新興技術發展建筑業，為今后建筑業和新型工業協同化發展提供新的思路。以BIM 及裝配式為首的智能建造生產方式所帶來的革新席卷了國內外建筑市場[1]，我國建筑行業的發展正從勞動密集型向智能化建造及管理轉型，隨著現代互聯網產業的興起，信息技術的發展，以及無線互聯網帶寬的增加都促進了建筑行業的轉型升級。

1 裝配式建筑中智能建造的應用現狀

1.1 智能建造應用范圍及應用深度

為了適應建筑業轉型升級，以“信息化”和“智能化”為特色的智能建造技術應運而生，推動了我國智能智慧項目建設發展。

智能建造是指在建造過程中充分利用智能技術和相關技術，通過應用智能化系統提高建造過程的智能化水平，減少對人的依賴，達到安全建造的目的，同時提高建筑的性價比和可靠性。智能建造是以土木工程專業為基礎,融合計算機應用技術、工程管理、機械自動化等發展而成的工程建造+數字化、智能化、信息化的新型高度融合的技術,是智能建筑、智能交通、智慧工地、智慧建筑、智慧城市、智慧消防等智能智慧建設項目的建設和實施基礎。其能夠應用現代化技術手段進行智能測繪、智能設計、智能施工和智能運維管理；能結合傳統和智能化建筑工程項目的設計、施工管理、信息技術和咨詢服務進行土木工程項目的智能規劃與設計、智能裝備與施工、智能設施與防災、智能運維與管理等工作。

1.2 以BIM 為例

BIM 技術是建筑學、工程學及土木工程的新工具。利用現有的BIM 技術和其他現代化技術進行結合, 以優化傳統建筑行業的技術功能。目前常用的“BIM+”技術主要有五個方面[2]：BIM+3D 打印技術、BIM+無人機技術、BIM+智能監測技術、BIM+VR 技術、BIM+射頻識別技術。BIM 技術涉及七大領域：BIM 模型維護、場地分析、建筑策劃、方案論證、可視化設計、協同設計、性能化設計。

1.3 裝配式建筑施工信息云同步

隨著互聯網技術的飛速發展，線上施工信息匯總已成為一種實用的數據匯總方式，對建設單位、監理單位、施工單位都有積極作用。對建設單位來說，線上施工信息匯總能較好掌握工程項目的進展情況，為工程項目的實施和管理提供有力的數據支持；對監理單位來說，可以通過線上施工信息匯總，掌握工程項目的施工進度、質量及安全管理情況等，為監理工作提供重要依據；對施工單位來說，線上施工信息匯總是工程進度、質量等關鍵數據的重要來源，為提高工程管理水平提供了重要保障（見圖1）。

圖1 施工云同步

2 裝配式智能建造轉型化應用

隨著科學技術的發展，“BIM+”逐漸成熟并被廣泛應用，為裝配式建筑的智能化發展帶來新的機遇。BIM 為智能建造提供設計、生產、施工等全生命周期數據信息，將精細化的BIM 模型同物聯網、人工智能相結合，實現項目協同數據化、項目管理系統化、工程建設組織化，打造智能建造管理新模式。

2.1 BIM+裝配式智能建造

以BIM 技術為背景，根據BIM 技術在建筑產業應用的深度，首先進行信息技術的匯總整合并形成數據庫；其次對工程數據進行分析、優化、修正并形成工程信息庫；最后將此信息庫運用于工程管理、企業管理及產業管理，充分發揮BIM 技術和管理的優勢。實現項目全壽命周期的細微化管理和智能化管控。BIM 在裝配式建筑智能建造過程中應用的整體思路見圖2。

圖2 BIM 在裝配式建筑智能建造過程中應用的整體思路

2.2 BIM 在裝配式建筑智能建造設計過程中的應用

本文以華夫筒施工為例分析BIM 技術應用。華夫筒是一種主要應用于工業建筑中，作為潔凈室設置及防微震等功能的結構部件（見圖3），在國外已廣泛應用。然而，由于華夫筒的施工難度大、技術要求高，施工過程中容易出現各種問題，因此如何快速、高效地解決施工難題，提高施工質量與效率需要進一步探討。

圖3 裝配式建筑-華夫筒（圖片來源：作者自攝）

2.3 BIM 在裝配式建筑智能建造生產過程中的應用

項目采用高裝配率的快速建造體系，應用BIM技術結合鋼結構全生命周期管理系統輔助生產，進行工廠預制、智能運輸、現場裝配，為能116 d 完成高標準建設任務提供保障[3]?；赗FID 無線射頻技術對預制構件的采購、切割、加工、運輸、安裝狀態進行管理，實現構件全生命周期追溯可視化，實現構件管理數據化。

2.3.1 預制構件生產

以鋼結構全生命周期管理平臺為基礎，將輕量化BIM 模型通過NC（數控）數據與加工設備對接，BIM 模型數據信息導入全生命周期管理系統，工廠生產前通過BIM 模型進行生產模擬，根據預制構件的用量信息進行組織排產。

2.3.2 預制構件管理

將BIM 技術融入裝配式模型即導入智能建造管理平臺，智能化自動形成相應的固定二維碼[4]。在不同階段進行掃碼記錄，得到相應構件從生產、養護、運輸、使用、檢驗的全過程信息，并將收集的全部數據回傳至智能建造平臺，達到信息在建筑整個周期的留存，實現構件全生命周期的監管。對現場、平臺、模型全流程數據，實現構件狀態的實時掌控。

2.3.3 標準大區塊養護

在混凝土施工過程中，養護是關鍵環節，若施工過程中養護不當，混凝土容易出現開裂現象。尤其在北方地區，冬季天氣寒冷、溫度低，混凝土的澆筑溫度也比較低，為了確?；炷两Y構的耐久性和安全性，應對混凝土進行有效養護。

傳統的養護方式是以人工養護為主，這種雖然能保證混凝土施工質量，但存在很多缺陷，會費時費力，不能及時發現并處理問題。在施工過程中人工養護的標準也較難控制。因此某些企業為了節約成本往往采用一些不正規的方法進行大區塊的養護工作。

標準大區塊養護是一種比較先進的技術手段。它不僅能保證混凝土澆筑質量、降低施工成本，還能避免在大體積混凝土澆筑時由于溫差過大出現裂縫現象。但這種方法在工程竣工后還需要進行定期的檢查和維護工作（見圖4）。

圖4 標準大區塊養護

標準大區塊養護能保證混凝土澆筑質量，降低施工成本，并通過現場傳感器傳輸信息到計算機系統上能有效提高施工效率、降低勞動強度。所以在施工過程中采用標準大區塊養護技術能有效提高施工質量并降低成本。

標準大區塊養護技術應用到工程中主要有以下優勢：①標準化的施工流程使施工工藝更加規范、科學，操作更加便捷、安全，便于質量控制；②標準化的養護流程能有效避免混凝土出現裂縫現象；③大面積的養護能保證混凝土結構在冬季施工時不會出現凍害問題。

2.4 BIM 在裝配式建筑智能建造施工過程中的應用

在智能施工過程中，可以使用移動互聯網技術進行監控和管理。根據要求，該系統可以在施工現場進行實時監控。同時，還可以與工地施工人員的專業工作設備進行結合，及時發現和處理事故隱患。智能系統施工工序見圖5。

圖5 智能系統施工工序

智能施工將人工智能和物聯網技術引入建筑施工管理中，從根本上改變了傳統的監管模式，大幅提高了安全監管水平，實現了安全生產標準化管理。智能施工在建筑施工中的應用，能夠及時發現和處理建筑施工過程中的危險情況，使施工單位在建筑施工過程中能夠安全、高效地進行作業，在智能施工的過程中，可以通過無線網絡和監控設備對施工現場進行實時監控，并通過視頻監控系統和現場報警系統對危險情況進行實時報警[5]。當安全事故發生時，建設單位可以在第一時間采取應急措施，并及時通知相關部門。隨著建筑行業的快速發展，建筑工程數量不斷增加。由于多種原因，施工現場存在較多不安全因素，導致存在安全事故隱患。智能施工可以通過對施工現場的監控和檢測，及時發現并處理事故隱患，從而為建筑工程提供一個良好的環境。

2.4.1 智能監控化管理

在建筑施工過程中，若存在施工人員違規操作、機械設備故障等問題，可能致使建筑結構發生坍塌，對周邊的人員造成較大傷害。因此，如何在施工中及時發現和處理危險事故至關重要。

為預防安全事故的發生，建設單位應建立建筑安全監測預警體系，在施工過程中對可能出現的危險進行預警和檢測。

2.4.2 BIM 模擬大場地結構整體吊裝

隨著我國裝配式建筑的發展，建造施工中應用整體吊裝的施工方式也逐漸成熟。這種整體吊裝技術的應用，能夠大大提高工程質量和進度，同時降低工程成本[6]。但是在實際應用中，整體吊裝技術也存在著一定的安全隱患。由于整體吊裝技術難度較小但局限性大，在施工過程中可能會出現意外事故。因此，運用BIM 技術進行整體吊裝模擬分析，可以盡可能避免整體吊裝過程中出現意外事故。

整體構件的吊裝，對于起重設備和吊具的要求較高。在施工前，應根據設計要求、施工現場情況、所需起重設備和吊具的類型，以及當地天氣等因素，選擇能夠滿足吊裝要求的起重設備和吊具，同時應該考慮到施工現場的安全和環境保護等問題（見圖6）。

圖6 整體構件的吊裝（圖片來源：https∶//img.mp.itc.cn/upload/20170622/fc6c97d897b74ac7aebc5a7cbe300a9b_th.jpg）

吊裝要根據所選擇的起重設備和吊具進行合理的設計，保證其能夠滿足吊裝要求。在設計時，要綜合考慮場地面積、重量、結構形式等因素，確保起重設備和吊具能夠適應現場環境。構件在吊裝過程中可能會遇到一些復雜情況，需要采取一些特殊措施，例如，可以采用多臺起重機聯合作業的方式，以提高起重效率；或者采用自動化技術、智能化控制等手段，以提高工作效率和安全性。整體式構件的吊裝還需考慮成本、工期、技術難度等多方面的因素，在選擇起重設備和吊具時，要充分考慮這些因素對工程進度和質量的影響。同時，還應該考慮施工現場的環境因素，如天氣狀況、風力等，這些因素都可以在BIM 相關軟件中進行數值輸入，從而進行施工模擬，得出相關的參考資料，使相關實驗無需在實驗室或現場進行，尤其是破壞性實驗，可進一步減少相關成本。

3 結語

通過分析“BIM+”、裝配式建筑進行的智能建筑新模式，實現了裝配式建筑數據信息的共享模式，建立了新的全壽命周期的應用流程及管理體系，進一步推動了裝配式建筑智能建造的實施及推廣的可行性，符合“十四五”規劃的要求，具有一定的推廣示范價值。還能加快建筑建造行業產業升級、推動建筑業高質量發展。