基于EBIM云平台的预制装配式建筑施工管理研究

白旭军

(山西铧兴工程检测有限公司 山西太原 030032)

1 引言

目前，我国房屋建筑产业规模不断扩大，在国民经济中的地位日益增强，但其建造模式仍以现场浇筑的传统建造方式为主，存在建造效率低、资源能耗高、工业化水平低等问题[1－2]，已不符合我国经济高质量发展阶段的历史要求。建筑工业化和信息化是我国建筑行业转型升级的必经之路，也是节能减排的有效途径。在欧美、日本、韩国等发达国家中，广泛采用“预制装配化施工技术”，能够实现生产标准化、产业规模化、智能机械化以及管理信息化，成为新兴的建筑模式。相比之下，我国的预制装配式建筑仍处于起步阶段，在信息化方面的研究有待突破[3]。

相比于传统的现浇模式，预制装配化建筑构件种类多、数量多，安装精确度要求高，施工过程中要有更为严密的预制构件施工信息动态管理。基于集成EBIM工程数据模型，可将施工过程信息与模型对象相关联，形成具有多维度的EBIM模型，促进工程生产的高效运行，工程进度可视化，有效缓解工期偏差[4－5]。EBIM的信息共享机制可有效避免工程沟通和工程管理过程中存在的信息冗余和信息失真问题，进而提高管理效率，降低施工误差，实现施工质量和施工安全目标[6]。依赖终端设备和PC端设备相结合的EBIM云平台，施工技术人员可以远程监控施工进度和指导施工，实现施工过程、施工管理的信息化和智能化。

目前，国内将EBIM技术应用在装配化结构设计中的研究逐渐增加，但仍然处于探索阶段，有待进一步的工程经验积累和丰富[7－9]。王仑等[10]针对EBIM技术的工程应用现状，指出EBIM技术在预制装配式建筑全生命周期中都具有显著的应用价值；董娜等[11]将EBIM技术应用于预制装配式建筑(Prefaricated Concrete，PC)的结构设计中，指出EBIM技术可以有效提高出图质量，施工阶段可以在设计模型的基础上进行EBIM模型集成；谢天圣等[12]提出了设计企业EBIM构件库建设的基本管理方法，从施工标准化角度给出了具体的构件族库实例；张海东等[13]从装配整体式混凝土结构产业化施工的角度，从实施标准、构件库管理、可视化安装及过程状态追踪等一系列EBIM解决方案，描述了装配式混凝土结构工程中的应用。

本文基于绍兴越城区曲屯1号地块预制装配式房建项目，建立三维EBIM协同平台，实现施工阶段中项目的进度管理、质量管理、综合管线信息化管理以及二维码管理，研究成果可为预制装配式建筑的施工提供更全面的判断和决策。

2 工程概况及EBIM模型的建立

绍兴越城区曲屯1号地块项目位于绍兴市越城区，东至解放大道，南至梅山路，西至曲屯路，北至地限线。曲屯1号地块2标建筑面积119 226 m2，地上面积76 893 m2，地下面积42 333 m2。其中高层区共5栋主楼，15＃、20＃为地上26层，地下2层；19＃为地上26层，地下1层；21＃为地上24层，地下2层；22＃为地上24层，地下1层。地上结构形式为装配式剪力墙结构，装配率为50%。本文以该项目为例，各个专业独立建立EBIM模型，采用中心文件、文件链接的协同方式建立项目综合EBIM模型，具体分为:建筑、结构、空调—风、空调—水、水、电、气体、自喷及轴网，其中预制构件的爆炸分解如图1所示。

图1 标准层爆炸视图(装配式剪力墙结构)

3 预制装配式建筑EBIM协同管理平台

以EBIM三维信息模型作为集成平台，将虚拟数字模型与工程实际模型相关联[14]，并将集成大量资料数据的数值模型上传至EBIM云平台，项目参与各方可基于EBIM云平台共享和管理数据信息，实现信息沟通的高效率、信息传递的高保真、多方合作的协同化和实时化。为建立反映现场建设的数据库，在EBIM云平台中施工一线技术人员需将施工合同、施工进度、施工质量、施工设备和材料、设计变更与表单、各种会议纪要等资料上传，以便于参建各单位各部门的浏览、下载和分析；同时也可以利用各种监控终端上传视频、语音等，记录施工过程，实现技术人员对现场的指导。在竣工阶段，可向建设方提交一份EBIM模型的工程数据资产。

本文通过对建立的装配式剪力墙结构住宅楼进行数据集成应用，基于EBIM云平台建立协同管理平台，如图2所示。EBIM云平台采用“云端＋终端”的结构模式，建设期所设计的数据(EBIM模型、图纸、现场采集的数据、变更表单资料等)均上传和存储在云平台，整个项目的各参与方均能参与以BIM模型为中心的数据信息的高效沟通之中，并通过各个应用端口进行数据现场采集和展示，端口形式主要为EBIM云平台分移动端、个人电脑端、网络端。其中移动端通过手持移动电话、iPad等设备进行现场EBIM模型应用及数据收集，个人电脑端主要作为管理端口进行模型和现场数据的集中展示及分析，网络端主要作为平台权限设置及数据展示。

图2 BIM协同管理平台

针对建设项目多方参与共同管理的特点，项目定制开发了集成EBIM模型的轻量化及移动应用。轻量化即通过对EBIM模型进行数据压缩，实时上传至EBIM云平台，参与各方通过各端口进行模型数据的浏览；移动应用将EBIM模型移到施工现场，方便对现场的质量、进度、安全及变更的管理，实时动态反馈现场施工问题，为施工过程提供指导，为质量验收提供依据。

另外还设定了以BIM模型中构件为对象的几大特色管理功能，包括:实时创建话题讨论；流程化及标准化的Word＆Excel表单审批管理、进度管理、材料及设备追踪、数据实时查询及定位、二维码等管理、支持所有格式文件的项目关联数据文件按照参与方权限的查询、分类管理及共享。

4 EBIM技术在施工中的具体应用

4.1 基于EBIM模型的进度管理

项目进度管理是指在科学合理分析工程进度目标的基础上，协调质量目标与造价目标，编制相关的实施计划，并在实施中及时对比、检查实际进度与计划进度是否存在偏差，若两者不一致时则采取相应的工程措施进行工期控制，以实现进度目标。装配式建筑往工业化方向发展，其设计、制作、运输、施工到运营维护的整个生命周期，都有众多的参建方，沟通协调时信息传递链条多、对时效性要求高，传统的工程进度管理模式往往缺乏弹性和滞后，导致实际进度和计划进度不一致，不利于施工工期的控制。

为实现对现场的吊装施工进度管理趋于精细化的管理，保证施工过程的连续性，达到提高工作效率的管理目标，在预制装配式建筑EBIM模型的基础上，导入Project文件中的时间信息，形成4D虚拟施工进度模拟，以直观和全面地为使用者提供施工信息。如图3所示，在EBIM云平台中，使用者可以方便地调用各个构件的状态信息，并能在导入的Project文件中修改构件的时间参数，比如计划开始时间和实际开始时间、计划结束时间和实际结束时间、施工持续时间等，并动态模拟和演示施工进度，达到施工工序的可视化浏览。由于工程实际模型与EBIM模型通过唯一的构件二维码进行统一和关联，现场施工技术员通过扫描构件二维码查询和对比实际施工进度与EBIM模型中的计划进度。当出现进度超前时，模型发出红色预警；当出现进度滞后时，模型发出黄色预警；当进度一致时，模型则发出绿色预警，工程技术人员可根据预警信息及时调整进度计划。

图3 施工进度模拟

4.2 基于EBIM模型的质量管理

传统装配式建筑设计的施工图纸，是基于过程的设计表达方式，对于一个预制构件的表达是通过点、线表示的，前后并无关联性，而基于EBIM的装配式建筑的模型建立，是在组件设计的概念基础上，面向对象的设计方式，存储数据的方式是模块化的，每个组件将承载了整个生命周期的工程数据信息。

EBIM信息模型具有可全方位展示装配式建筑模型结构构造细节的功能，通过模型浏览，可以获取每一个构造的精细信息，也可从模型中选取复杂部位和关键节点进行吊装工序模拟，以可视化的预建造漫游，实现对现场技术人员和施工工人的技术交底，增强其对施工工艺、施工环境的认识，提高施工质量和装配式构件安装效率，达到EBIM模型指导施工的目的。钢筋专业深化是装配式建筑复杂节点的构造表达重点内容，EBIM软件强大的可视化能力，可以提供直观和全面的三维钢筋排布展示，对节点处的碰撞检测也更为便捷，能够根据检测结果及时调整、优化和修改钢筋间距、钢筋直径、钢筋数量等参数，提高施工质量和降低现场施工难度，如图4所示。

图4 节点钢筋深化

4.3 基于EBIM技术的综合管线信息化管理

传统的二维图纸进行设计时，设计过程分阶段、分专业，各专业间的设计图纸不可避免地存在冲突，而且在二维图纸的基础上进行管线协调需花费大量的时间去发现错、漏、碰、缺，究其原因就是基于过程的设计方式，图元之间并无关联，承载的信息非常有限，二次修改的工作量太大。利用管线综合在三维可视化下准确展现各专业之间的空间布局和管线走向，提前检查碰撞点并对管线重新排布，并提前生成预留孔洞，减少碰撞冲突和现场返工，如图5所示。BIM建立的过程中，对与预制构件相协调的管线信息，要在预制构件进场之前就要做好技术交底工作，并且对于每一个构件应录入相关信息，保证后续综合管线安装工作顺利进行。

图5 综合管线优化布置

4.4 基于EBIM技术的二维码管理

从装配式建筑EBIM模型导入到EBIM云平台之后，对于每一个预制构件就已经设定了唯一ID号，并且分配了一个基于ID号生成的二维码，通过移动端扫描可自动获取该预制构件的数据信息。此二维码应用性较强，支持多种类、多格式数据信息关联。考虑到预制构件的过程动态性，二维码除了具备唯一性，还具有动态信息可扩展性，集成过程数据信息[15]。

打开构件二维码管理界面，用户可以反查到打印过的二维码，查看二维码的详细信息，包括:构件编码、构件名称、打印时间、打印人、定位模型、二维码详情。对于预制构件EBIM模型在施工阶段不同状态下的二维码信息集成，如表1所示。

表1 EBIM＆二维码各阶段数据集成应用

以本项目预制叠合板为例，对施工阶段叠合板的工程数据信息集成应用方面从以下几点进行说明，包括EBIM模型、图纸、工艺视频、资料、表单及现场图片等。通过二维码扫描直接定位查看BIM模型中预制构件及其相关构件的属性信息。扫码查看与叠合板深化设计的施工图纸，照图施工具体到每一个预制构件。叠合板的施工工艺视频，通过手机扫码就可以进行现场的施工交底。与叠合板相关的全部工程资料以及相关施工工艺工法、规范规程均可关联到叠合板动态二维码。扫描二维码查看构件关联的工程表单，可获取包括叠合板进场的检验批质量验收表、安装检验批质量验收表等模板，现场直接填写并提交审批。施工质量和安全管理方面的现场图片均可扫描关联到对应的叠合板中。

5 结束语

与传统的现场建造方式相比，预制装配式建筑具有较好的综合社会效益和经济效益。将EBIM技术应用到预制装配式结构的施工中，可有效利用EBIM模型中详细而精细的建筑信息，以指导预制构件的施工过程管理。

依托绍兴越城区曲屯1号地块预制装配式房建项目，建立了装配式剪力墙结构多专业的EBIM协同平台，有效地加强了各参建方的数据传输及协同共享，避免传统工作方式的信息不对称、信息孤岛现象，为各参与方提供一个高效率信息沟通和协同工作的平台。

EBIM技术在预制装配式房建项目中可实现进度管理的动态纠偏，质量管理的精细化，综合管线的可视化和二维码的动态追踪，为预制装配式建筑的施工提供更全面的判断和决策。