基于建筑信息建模技术的装配式建筑施工问题及对策分析*

薛 茹 王新渊 史 科

(郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院，郑州 450046)

0 引言

装配式建筑发展优势是施工工期短、生产效率高、资源利用率高、保护环境、符合社会可持续发展理念;其施工特点是构件多、工序复杂、信息管理难度大且呈动态变化。而BIM(Building Information Modeling)以其动态信息化、可视化、全方位性、模拟性、协调性、优化性等特点，为装配式建筑施工提供了科学可行的技术支持;同时作为一种新型管理理念，甚至可以为建筑全寿命周期管理构建更为完善和高效的管理体系。国内外学者将二者的结合称之为建筑业信息化革命，并对其展开了广泛研究与应用探索。从目前研究情况来看，装配式建筑施工过程中仍存在较多问题，如何运用BIM技术解决并提

1 BIM技术在装配式建筑施工中的应用研究

1.1 基于BIM的装配式建筑施工进度管理模型及信息管理平台

装配式建筑施工的参与方多，信息交流繁琐，往复率高，而缩短信息传输路径，实现各方协同管理是BIM技术应用的最大亮点，基于BIM技术的进度管理模型及信息管理平台能够有效解决这一问题。琚娟［1］建立设计、施工数据信息交换流程，通过施工阶段对设计阶段基准模型重新完善与更新，使进度管理模型得到持续优化。李相荣［2］率先集成现有软件在进度管理方面的优势，构建4D进度管理系统，对施工进度管理提供技术手段支持。构件的全过程计划管理是施工阶段进度管理与控制的关键环节。于龙飞［3］将计算机集成建造系统与BIM技术相结合，构建涵盖构件施工阶段全过程控制系统框架，为BIM及计算机等信息技术应用于装配式建筑施工管理提供了新的思路。耿小平［4］构建的基于BIM施工协同管理模型，致力于打通现场管理与项目部、企业内部管理流程，实现三者之间信息动态互动。BIM技术信息化功能可以实现全过程信息化模型的建立及最终交付。王婷［5］将资料管理机构分为企业内部三个层级，综合运用大数据、BIM、云盘等，建立理论上基于BIM施工阶段资料管理系统，为参建单位构建信息录入与信息交流传输平台奠定基础性工作。

1.2 基于BIM的装配式建筑深化设计及智能加工

装配式建筑的设计要求流程精细化、设计模数化、生产自动化、配合一体化，否则将严重影响施工活动的有序进行，进而影响施工进度。BIM模型深化设计有效地提高了预制构件设计完成度与精确度，装配式建筑装配率提高对缩短施工工期大有裨益。Caroline M.Clevenger［6］等提出施工技术人员应该参与图纸深化设计，能够提高施工图纸精细化程度，大幅度减少施工中设计变更工作;部分现浇结构钢筋设计优化工作有利于提高钢筋绑扎工作效率，同时消除延长工期缴纳违约赔偿金的风险。全专业集成设计及装配是实现装配式成品住宅的前提，孙悦［7］等运用BIM技术并结合项目技术经济条件，在初步设计基础上进行全专业一体化深化设计，大幅度免去后期施工中设计变更工作。构件拆分程序与标准既影响到建筑整体结构稳定性，也在较大程度上影响整个生产计划与安装计划对接。信息化技术发展与应用为模具设计加工自动化与流水线生产数字化控制提供了可能，周冲［8］基于BIM技术结合计算机辅助加工技术，实现了预制模具加工、混凝土下料、振捣、后期养护翻转等全自动作业，最大程度地节约生产时间。可以看到，装配式建筑作为建筑产业化最具有代表性建筑形式，其建造过程集成了制造业、信息业等众多行业在内管理系统及手段，其发展的中心问题是如何实现产业集成，特别是在施工进度管理中实现信息集成。

1.3 基于BIM的装配式建筑场地布置及临时设施规划

场地布置及临时设施规划是现场生产活动有序开展的物质基础。BIM技术可视化使得多方案演示成为可能，而方案合理性可整体提高作业效率。李飞［9］探索了BIM技术场地布置方案评价流程，保证了场地布置方案合理性与科学性。在进一步提高精细化场地布置方面，贾泽辉［10］考虑现场物料重量、存放位置及其他建筑平面图因素进行塔吊型号、位置及附着方式选择，使其完全满足各阶段施工需求。王淑嫱［11］综合以上两位学者的研究，以实际工程为例，综合考虑设备选型、运输路线、现场出入口等因素，运用BIM技术进行方案预演，合理划分工作、生活、生产等六区，实现塔吊布置、构件仓储位置布局合理化，对整个现场生产活动有序进行奠定了基础。由此可见，随着BIM技术应用程度深入，完全可能实现施工现场管理从二维走向三维立体化管理。

1.4 基于BIM的装配式建筑主体工程进度计划模拟及控制

主体结构施工阶段在整个装配式混凝土结构建造工期中所占比例较大，此阶段工期控制直接决定了是否会发生工期索赔事件。高恒［12］针对主体结构施工提出基于BIM技术进度预测流程，实现了进度管理柔性控制。施工阶段分部分项工程穿插提效，能够实现人力、物力等资源最优化投入，国内外学者对此展开研究较多且有逐步细化趋势。美国学者Hyunjoo Kim［13］等基于 BIM模型优化工序，通过楼板、门窗等生产安装效率计算出与此相关工作的持续时间，形成主体结构与围护结构施工穿插安排，减少了建造过程重复性和多余程序。夏海兵［14］等对标准层吊装步骤进行精细化仿真模拟，查找可能存在的动态干涉，并用于指导现场装配，避免因施工经验不足导致效率低下。装配式建筑施工过程中用工量分配对提高劳动力使用效率具有十分关键作用，蒋爱明，黄苏［15］等运用虚拟施工技术协调各工作程序，使得作业人员数量与机械运转效率合理搭配。韩国学者Jang Sejun［16］提出运用虚拟建造技术与激光扫描定位技术对机电、暖通、给排水专业设备进行模块化吊装，避免传统分专业安装时工序不合理导致的空间冲突。设备安装过程工序优化减少了人员投入与资源消耗，缩短了安装时间，提高了装配式建筑安装专业施工效率。

1.5 基于BIM的可视化装配式建筑施工过程监控

装配式建筑施工过程监控是施工管理事中控制最有效的方法之一，也是追求施工项目效益最大化的重要途径。邱迪［17］针对预制构件数量多，各方进度管理协调难度大的问题，基于BIM技术提出了以构件管理为目标，供应链管理为核心的可视化管理系统，根据构件地理位置及生产状态形成可视化信息模型，对整个施工进度进行把控。Jane Matthews［18］结合工程实践经验，通过 BIM云端信息集成技术，改善现有进度监控与进度报告工作流程，对不同区域施工任务完成情况进行集成化信息采集，实现现场施工与模型虚拟建造高度同步，管理人员足不出户便可对施工现场工作进度作出判断，增强了进度管理时效性与可控度。金文［19］基于 BIM的进度管理模型，随时查看现场数据采集人员上传的进度信息及质量问题数据;可视化监控将质量问题与施工进度管理挂钩，分析不同施工队伍施工进度偏差与质量问题，以此确定对劳务队伍激励奖惩措施，问题跟踪控制有效提高质量缺陷、进度偏差问题闭环率。

2 基于BIM技术的装配式建筑施工存在的问题

综上所述，与国外相比，国内对BIM技术应用于装配式建筑施工研究和应用均不够成熟，但可以肯定的是，BIM技术发展与深入势必成为促进建筑工业化发展的必要手段，而要真正实现BIM技术在施工中的应用，充分满足现实和建筑工业化发展需要还任重道远。

BIM技术用于装配式建筑施工存在的问题包括：

1)相关技术标准并不完善。针对基于BIM技术的装配式建筑施工研究不够深入，尚未形成统一行业标准或规范，没有统一的实施方案，往往需要企业自身依据现有规范建立装配式建筑技术标准与BIM标准，结果是企业资源成本、人力投入回报并不能与市场需求挂钩，且政府一纸文件更可能使得整个企业前期研发工作无法继续;其次，数据交换体系不健全，施工阶段信息格式转换存在问题，造成信息流动过程数据逐步缺失。标准缺乏抑制了BIM技术与装配式建筑实践应用效果，实践匮乏反过来又阻碍了相关标准的制订与完善。

2)装配式建筑设计仍然遵循传统结构设计方法及流程，在预制构件拆分时往往需要对构件进行结构分析与受力验收，设计阶段成果无法直接满足施工阶段的需要。如何建立能满足现场施工需要的构件信息库，使得由单纯的构件设计过渡到建筑的整体设计，改革设计流程及方法，仍需设计及施工人员积极协作。

3)政府支持力度及施工企业推动力度不足。国家发布一系列政策推动装配式建筑发展，但对推进BIM技术运用方面并没有相应推动政策，政府也没有明确要求施工企业必须使用BIM技术，设计及施工企业依旧按照传统的二维设计、施工，致使BIM技术在装配式建筑施工中应用受阻。

4)BIM在设计与施工中应用相互脱节。BIM技术应用应该走向项目设计与施工合作发展的完美结合。目前基于BIM技术信息交互平台建设主建方不明确，各参建单位信息管理权限没有明确界定。尤其是装配式建筑施工需多方参与，协调工作难度较大，施工过程中若没有对建设项目信息集成，极易形成信息孤岛，致使参建单位信息分离。

3 BIM用于解决装配式建筑施工问题的对策分析

针对BIM技术在本土化装配式建筑施工过程中存在的问题，提出如下对策分析，以期为有关学者进一步研究提供借鉴，使得BIM技术发展更好服务于装配式建筑及其他建筑领域。

3.1 政府主导，企业辅助，发挥BIM技术先导作用

1)通过政府指导与行业协会引导，大力推动BIM技术在装配式建筑施工中的应用;BIM技术在装配式建筑中应用使得企业对相关问题更加清晰，需求愈发明朗，继而在需求及问题基础上针对性的完善BIM技术及装配式建筑相关标准。同时，通过装配式建筑与BIM技术相应法律、标准和规程出台，降低BIM技术应用成本，借助BIM的先导作用(设计阶段使用)推动其在装配式建筑发展中应用水平。

2)设计、施工单位与软件开发企业联合开展技术创新。设计与施工单位应着眼于BIM技术未来发展，由设计及施工人员组成科研团队，突破传统建筑的设计、施工方法及思路，专门分析解决应用BIM技术在装配式建筑施工阶段出现的问题，积极开发新的BIM应用软件，以期获得更高应用效益。

3.2 产学研结合，集成全产业链条优势

1)加大BIM技术人才培养力度。作为一项新技术，要推动BIM在装配式建筑施工中应用，需要复合型技术管理人才。施工企业在投入专项资金购买BIM软件外，要注重BIM技术人才培养力度，从熟悉BIM技术应用出发提高管理手段与能力。同时，作为培养高级专业人才的高校，也应增设相关课程，加强BIM教学、建设BIM中心等。全行业产学研纵向贯通方能实现BIM技术与装配式建筑最佳效益。

2)集成企业在装配式产业链条上的优势。应用BIM技术在施工工艺研发、过程咨询、建筑品质第三方检测等方面加强企业合作，实现装配式全产业链条跨组织联结，从而实现装配式全生命周期优化管理，从而避免单从施工现场管理寻求效益最佳。

3.3 借助信息技术，加快BIM技术推广应用

1)装配式建筑独特的构件采购运输管理模式，类似于物流管理、批量生产等，可以将及时化生产、精益建造、柔性制造系统、大规模定制等管理理念融入装配式建筑施工中，运用BIM技术实现装配式建筑工业化生产，使得生产速度、信息有效性、资源及时性等方面得到提升;同时，面对客户对住宅需求多样化和装配式建筑本身户型单调性，大规模定制理念在基于BIM技术的装配式建筑施工中应用，以其低成本与定制化的同时实现满足装配式建筑客户需求的多样化，增强了全产业链条灵活性与响应能力。BIM加信息技术的使用，使得在施工过程中根据客户户型需求改变原有设计方案及户型方案成为可能。

2)构建构件资源与施工信息互通的管理平台。装配式建筑施工管理效益最大突破口是实现设计、采购、施工一体化，将BIM与RFID技术结合用于构件的设计、采购及施工安装，将会大幅度推动装配式建筑的发展。设计阶段，将BIM模型中构件信息与生产厂商共享，使得设计数据直接转换为加工参数;采购进场阶段，通过构件中嵌入的RFID芯片了解构件详细信息，方便构件的采购与保管;施工阶段，通过查看芯片上构件的安装部位等关键信息，对安装工序进行检查，有效提高安装效率及施工质量。

3.4 以BIM技术为基础，推动装配式建筑智慧建造平台的建设

1)装配式建筑施工过程参与方众多，信息交流繁琐复杂。传统的单向双方沟通管理模式无法满足装配式施工信息交流的需求。BIM技术作为手段，可以将技术研发、技术咨询、整体设计、装配施工、构件生产、物流运输等一系列建筑企业连接起来，实现装配式建筑下跨组织链式网状联结，使得信息流动及时化、信息内容无损化、产业集成信息化。

2)BIM技术可以有力地支撑建设项目管理走向信息化、模型化。前沿技术开发将装配式施工特别是现场管理、机械管理、人员管理、物料管理、物联监测等无缝对接，将施工各岗位信息孤岛连接成链式网状矩阵，主系统加客户端的管理手段实现问题责任到人，问题整改闭环率极大提升。可见，在BIM应用基础上建设智慧建造平台是未来BIM技术发展的趋势。

4 结束语

基于现状分析与对策研究，BIM技术对推动装配式建筑发展的重要性不言而喻，下一步如何将BIM技术与装配式建筑施工深度融合，需要在政府强力推动情况下，通过行业引领、品牌效应、人才培育等，经过设计、施工及软件开发企业多方协作，共同努力，真正推动装配式建筑发展，进而促进我国建筑行业的工业化变革。