基于BIM 的装配式建筑全生命周期安全管理分析

吴泽

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

0 引言

建筑装配式生产是我国建筑行业现代化发展的重要方向，而利用信息技术使建筑项目各阶段、各专业主体之间在更高层面上共享资源，最大限度地提高装配式建筑的准确性和可靠性，是建筑行业发展的趋势。

1 BIM 技术与全生命周期管理

BIM 技术能够对建筑工程设计、建造与管理进行数据化、信息化处理，利用数据化工具实现项目设计、运行和维护的全生命周期过程中实现共享和传递。通常来说BIM 技术具有将建筑的可视化的特点，对建筑工程来说，传统的施工图纸需要工作人员自行想象，而BIM 技术构成的三维模型能够将各种构件的大小、位置进行标注，使工作人员更好理解。在装配式建筑全生命周期管理中，BIM 技术的应用领域不断扩大，已经逐步实现信息共享，最大限度降低了工程管理难度，不过BIM 技术本身需要建筑企业在整体规划层面上进行调控，才能提高建筑信息的全方位共享。

2 BIM 在装配式建筑全生命周期安全管理中的作用

装配式建筑采用在工厂生产预制构件后运送至工地现场安装的方式，与传统施工方式相比，装配式建筑建造的全过程更为系统、合理，也要求装配式建筑在设计、生产、运输和安装过程中形成一个整体，实现对装配式建筑全建设流程的管理，才能满足现代建筑行业的需求。由于装配式建筑的建设活动是一个较为复杂的过程，需要科学合理的系统与工程管理模式与之匹配，在整个过程中通过信息、物流、资金等各个参与部门的协同合作构建生产建设网络。而BIM 技术可以从装配式建筑的设计、生产、建筑到运营维护，直至回收的全部过程贯穿始终，全方位掌控建筑全生命周期的所有项目。并且我国政府和建设部门也提倡将BIM 运用到建设生产供应链中。

BIM 在装配式建筑全生命周期安全管理中，最为基础的环节是建立BIM 模型，建筑构件的操作与应用都是在此模型上运作的。一般情况下，项目设计阶段由设计单位创建模型。在生产施工阶段则是由生产和施工单位在设计模型上进行完善和调整，并在施工期间不断优化施工信息。最后将竣工的模型提交给运营维护单位，运维部门就能在竣工模型的基础上，制定相应的运营维护计划和管理方案。并且在建筑生产过程中，建筑构件可能来自于不同的企业，并运用到不同的项目中，这就需要为BIM 模型的创建、使用和管理提供统一的标准，保障在建筑施工、构件定位与安装的信息都可以在BIM 中使用。此外，要注意建筑全生命周期安全管理是动态的，并非一成不变的，需要根据不同阶段的具体项目任务制定相应的流程信息。

3 BIM 在装配式建筑全生命周期安全管理中的实际应用

3.1 规划设计

在传统建筑施工中设计与建造往往处于对立关系，设计人员更关注建筑的功能、形式、美观，而施工人员则是注重生产、运输和安装。装配式建筑采用标准化设计方式，在设计阶段就充分考虑到后期的生产建造，将设计与施工紧密联系。这就要求在规划设计阶段不仅要考虑建筑的功能、美观等内容，也要与构件安装、生产部门进行沟通，提前满足建筑全生命周期安全管理的需求。

在实际的规划设计中有两个方面需要关注。一方面是基于BIM 设计的建筑模数，也就是为后续生产、安装提供辅助的模块。对建筑施工而言，建筑模数是实现标准化、规模化、精细化生产，使用不同制作方法、不同材料构件具有通用性和互换性，并能够精确安装定位的技术手段。装配式建筑的模数化设计需要实现模数协调，从建筑和构件设计中协调，也要从设计、制造、施工等生命周期环节进行协调。例如用于定位柱、梁、承重墙体和楼板等结构体构件，这类装修模数将基本模数网格和分模数网格相互结合，可以精确定位外围护结构、内隔墙、设备等框架，使每个构件在空间位置上都有相应的模数网格对应，避免出现定位偏差而出现构件冲突或安装缝隙等问题。另一方面是构件的尺寸与定位，为了使模数网格包含所有装配式建筑构件，构建占用的模数空间尺寸需要有相应模数数列标准，例如梁、板等构建的构件尺寸需根据标志、制作和实际尺寸三者共同测定后才能得出，使预制构件能够满足构件之间的误差，符合结构变形、生产施工误差等因素。此外，BIM 技术在建筑模型和构件设计时也应当考虑到后期拆除回收利用的可能性。

3.2 生产运输

装配式建筑构件生产主要是钢构件与混凝土构件两种。钢构件制作包括放样、号料、切割等工艺，采用自动化生产线，使各项工序的制作尺寸符合相关规定即可。而混凝土构件的生产过程较为复杂，需要经过模具制作与拼装、钢筋及预埋件加工、构件制作和标识等多项步骤。首先，模具制作是装配式混凝土构件的关键环节，其将直接影响构件质量、生产周期和成本。模具可选用多种材料制成，一般采用钢模具。模具的尺寸必须满足一定精度，试生产的预制构件符合各项指标后才能投入生产，侧模和底膜要具有足够的强度和刚度，并且在浇筑振捣过程中混凝土出现膨胀，模具也会随之涨起，这就要求实际制作的模具尺寸应比构件尺寸小1～2mm。其次是钢筋及预埋件的安装，采用中心线定位的方式进行固定放置，按照相关规定控制误差。最后是钢筋加工，在实际生产中混凝土预制构件会将钢筋骨架加工完毕，将预埋件、预埋管线、吊钩吊钉以及钢筋骨架连接完成后一同入模，来确保钢筋加工的质量和效率。此外，预制构件的质量关系到整个建筑的质量，在生产完成后需严格检验构件的质量，从材料、构件制作过程和构件本身进行检验。

运输前需运用BIM 在地图上模拟运输路线，对道路、桥梁、隧道等有限高、限宽要求的路段详细规划，筛选出一条常用的运输路线并配有一至两条备用路线。在实际运输中采取相应的保护措施可以避免构件在运输过程出现损坏或被污染。

3.3 施工安装

与传统现场浇筑建筑相比，装配式安装对施工精度的要求，构件安装工作也将在施工中占据较大比重，施工环节相比设计与生产环节，各部门的联系更为紧密。为达到装配式安装对施工的毫米级精度要求，离不开BIM 技术的辅助。首先是预制构件的堆放和使用，过往施工场地中运输车辆来往不断，构件材料在施工现场随意堆放从而延误施工流程的情况并不少见。而BIM 技术不仅可以利用其信息共享优势，协调管控各车辆和构件的堆放，而且在构件中安装定位设备，可以精确查看预制构件的情况，达到精细化管理的效果。在实际施工中依托于BIM 技术对构件施工流程进行管控，通常情况下预制构件的出厂顺序与吊装顺序应当一致，例如混凝土预制构件应从预制墙柱开始，到叠合梁，再到叠合板。不同类型的预制构件有各自的施工工艺，BIM技术主要是通过建立施工现场模型，根据构件位置提供三维视图，通过对模型实际效果与预估计划的对比，引导施工单位开展工作，能更好地保障工程的整体质量。并且BIM 还能对施工进度和施工方案进行安全管理，预先计算出每个施工环节所需的时间，为工程建设做好准备。而施工方案是利用信息技术中的大数据、云计算，针对施工中出现的问题或状况，通过大数据或专家系统进行对比、评估和分析，给出最优的解决方法，以此降低施工的错误率。

3.4 运营维护

运营维护是运用BIM 技术整合人员、设施、技术等资源，对装配式建筑规划、管理，满足使用者需求的阶段。运营维护管理分为资产信息、维护、应急处理和生态能源四部分。建筑工程中的财务、技术信息都会被收纳到BIM 的数据库中进行保存，是运营维护与后期交付的必要文件。维护则是运营维护部门运用BIM 技术建立的设施设备信息收集和维护管理计划，一旦设备出现问题，能够及时进行维修。应急处理是对自然灾害和人为隐患构件的防范机制和解决方案。而生态能源则是运用BIM 收集统计整个施工流程中水、电、环境影响等情况，为节能减排和环境保护提供科学依据。此外，BIM 系统会与物业管理部门进行连接，以便后续监督各项设备与构件的情况。

3.5 拆除回收

拆除回收往往被建筑行业所忽视，与传统建筑不同，装配式建筑全生命周期安全管理是包括拆除回收阶段的。建筑到了使用年限或处于某种目的需要改扩建拆，都可以运用BIM 技术。传统拆除方式多是会产生大量的建筑垃圾和废弃物的毁坏性拆除，将为社会带来严重的环境负担。而利用BIM 技术可以通过模型设计，制定拆解、切割、去污、加固等优化构件的方式，部分加工过的构件可以再次应用与其他建筑建造中，实现建筑资源的循环利用，最大限度地节约资源、保护环境、减少污染。利用BIM技术实际拆卸施工中，根据结构类型、构件质量、连接方式、经济效益等因素对拆卸要求和拆卸程度进行规划。例如混凝土浇筑构件的建造过程不可逆，经济成本较低，构件拆卸再利用难度较大，就无须运用BIM 进行构件拆除设计。拆卸流程应从内到外、自上而下的方式进行，以机械设备为主，人工辅助进行拆卸。

4 结论

装配式建筑已经逐渐成为我国建筑工程中主要的建筑形式，装配式建筑全生命周期安全管理可以依托于BIM 技术，从前期规划设计、生产运输到施工安装和运营维护，直至最后的拆除回收，BIM 技术都能对建筑构件、施工流程进行管控，进一步延长装配式建筑的生命周期，促进我国建筑行业的发展。