基于BIM的装配式建筑精益建造研究

陈冰，齐军，孔永钦

（中国建筑第二工程局有限公司华东公司）

1 引言

装配式建筑由工厂生产，能最大限度地符合绿色建筑设计与施工，符合现代建筑业发展的需要。BIM模型是一个集成了整个装配式建筑的全部信息的资料库，同时也是参与建造过程中各方合作的一个平台，它可以把三维装配模型同时间、成本相结合，实现对工程直观、细致地管理。BIM技术可以为装配式建筑的发展提供技术支持，在工程实施过程中推广BIM技术，有效地解决了施工过程中各方之间的不协调问题。装配式建筑追求高效率、高标准化生产，以减少浪费和缩短工期为目的，而精益建造也是对这一目标的追求，对整个装配式建筑的整个生命周期都有一定的指导作用。

2 相关概念

BIM技术是以建筑的建模为核心，它可以对信息的收集、转换、储存、共享等进行信息的传输，从而对项目的可行性进行仿真，并对项目的进度、质量、成本进行控制。BIM系统可以迅速地产生各种方案，并进行模拟，分析各种方案的可信度，并进行比较，得出最佳的方案，它主要有以下几个功能：

①协作设计，各专业之间的信息沟通更加方便，可以在设计阶段进行需求分享，并进行设计，以减少因信息堵塞引起的误差；

②功能分析，应用BIM系统，可以分析建筑物的照明、耗能、造价控制、工程量计算等，从而改善模型；

③通过BIM技术进行分析，使各参与方能够从不同的角度进行分析，并进行动态的分析，以达到最佳的效果；

④4D进度控制和5D费用控制，5D就是在4D的基础上，引入了成本的维度，实现了实时的成本控制，避免了浪费。

精益施工是指结合建筑生产和建筑的特性，运用精益生产管理思想和建筑管理思想对工程施工进行全程管理，消除不增值的劳动，减少浪费，以顾客的利益为中心，使项目的价值最大化，从而形成一个完整的工程运作和交付体系。精益施工的概念在各个行业有着不同的定义，但是其核心内容却是一致的：精益制造是基于精益制造的理念，它引导着建筑施工的全过程，使建筑的各个环节在某种程度上趋向于工厂化生产，减少浪费，最大化满足客户需要[1]。

3 BIM技术在装配式建筑精益建造中的应用价值

3.1 数据采集

由于构件生产、物流运输、组装、安装等环节的不断增多，装配式建筑的管理变得越来越复杂。信息的不断增多，使企业的管理者很难对其进行有效地控制，必须通过计算机进行信息的采集、处理、调用和归档。建立以BIM为基础的三维数字模型信息共享平台，可以在不同的时间节点上建立一个包含工程项目各个阶段的空间模型和实体信息的数据库，并建立一个覆盖整个施工过程的信息共享平台，打破信息壁垒，缓解项目各方由于信息不对称而导致的矛盾。

3.2 信息传输

通过BIM技术的可视化、信息共享、跟踪等特点，可以大大提高装配式建筑的信息管理效率，尤其是在BIM技术的基础上，通过建立信息平台，可以实时、动态地进行信息的交互，使施工过程中的各个环节都能得到有效地协调，从而保证项目的顺利进行。在建筑精益施工中引入BIM技术，通过对信息交互方式的优化和提高，可以突破传统的死板管理模式。利用BIM技术的可视化优势，可以在设计阶段实时实时更新设计、施工、市场变化等信息，为实施项目动态协调管理奠定基础；在进行项目评价时，可以利用BIM技术对具体建材实施生产、质检、审批、运输、装配等全过程的历史追溯，为实施项目管理的综合评价奠定基础[2]。

3.3 数据集成

数据集成是保证系统正常工作和实现应用程序的支撑。比如在施工阶段，利用建模与数据进行仿真，分析和调整进度计划的合理性，提前避免工作面矛盾等问题。

3.4 实施应用

实施应用是将收集到的资料进行综合，在不同的阶段进行实际操作，从而达到对各阶段的生产和管理的可控性。比如，在工程建设中，可以对工程全过程进行进度控制，并根据工程进度的变化来进行相应的调整。同时，当工人的安装技术水平有所提升时，可以对工程进度进行相应的调整，从而达到节约工期、节约成本的目的。

3.5 协同作业

建立基于BIM技术的装配式建筑信息化平台是实现装配式建筑精益施工和BIM技术的有效结合。利用BIM技术的可视化、集成化、协同、模拟化等优点，将其应用于建筑的设计、生产、物流、运输、装配等各个环节，可确保其高效地执行。通过建立基于BIM的信息管理平台，根据施工进度需要，选取相应的BIM模型进行分析、汇总，并将其数据转化为数据表，从而更直观、更有效地实施精益项目管控。BIM信息平台的建立有利于加强各个参与主体的协作，其中，参与方的紧密协作是实现产品质量的重要前提。通过建立BIM信息平台，实现了项目信息的高度一体化管理，通过与时间、进度、成本的深度关联，建立了5D-BIM模型，可以将项目进度、成本、质量、材料等信息进行集成，从而实现项目的一体化管理，为工程的顺利进行打下坚实的基础。

4 BIM技术在装配式建筑精益建造中的案例

万达临港重装备产业区H23-01地块商住项目购物中心位于上海市泥城镇鸿音路以西，在建蓄芳路以东，未建长空路以南，云端路以北。项目总占地56943.44㎡，总建筑面积为22.123万㎡，其中地上15.01万㎡（住宅地上7.25万㎡，购物中心地上7.17万㎡，公共配套地上0.586万㎡），地下7.12万㎡，工程为一集商业综合体、住宅、公共配套的大型工程。本工程商业综合楼为装配整体式混凝土结构，装配式建筑面积为136184㎡。PC结构形式为装配整体式框架结构，预制率为40.43%。预制构件种类为：预制框架柱、预制框架梁、预制楼层次梁、预制叠合板、预制楼梯。

4.1 设计阶段

与传统建筑设计、施工分离的设计模式特征相区别，精益设计将传统设计模式从分离到整合，从而推动设计与施工的融合。通过多个部门的合作，使设计的科学性和效率得到了很大的提升。既要满足需求的个性化要求，又要确保设计的规范化，并对目标客户进行分析，使其具备与之相适应的功能。在这一阶段，平行团队进行沟通、协作、联合设计、使用BIM筛选方案，以及对具体的设计方案进行预估。在BIM平台的基础上，各设计团队对模型进行了综合，并对其进行了仿真，并对其进行了相应的调整，使其达到了预期的效果。在设计阶段，工作人员联合设计，运用BIM模型，实现建筑、结构、机电一体化的设计。通过各专业设计人员的协同设计，使设计方案更具科学性，满足了各参建单位的工作需求，从而降低了设计不合理、施工难度大而导致的返工，从而大大加快了工程进度。

4.2 构件生产阶段

由于本工程所需要的预制件是在预制工厂生产和加工后才能运送到施工和安装现场，因此，在产品的生产过程中，精益管理对工程的整体成本控制起着不可忽视的作用。本项目建立并实施了准时制造系统，并利用BIM平台对装配过程中的实际情况进行实时了解，并根据需要及时做出相应的调整。通过BIM预制构件标准化图库，可以获得构件的平面、立面、剖面和详细的说明，通过BIM的三维建模，可以将构件的全部设计参数显示出来，从而为企业的生产制造提供可靠的数据支持。

合理的零件制造能节约存货，减少管理费用。由于构件数量众多、数量庞大，因此在制造过程中必须遵循合理的制造次序和需求，这就需要供应商与承包商的协作。要通过BIM的工作流程来确保供求的均衡。尽量减少库存，包括建筑构件，供应商原材料库存等。合理的生产计划是保障供求关系的根本，在实施过程中，应对员工或车间的生产能力进行全面的评价，并做出相应的规划。原材料或制品应按规定的顺序摆放，并将标签标识的一侧面向通道，以方便识别部件。

4.3 构件运输阶段

在预制件工厂完成后，承建方将根据运输距离、运输环境、装卸搬运、运输车辆等因素，确定出主要运输路线和后备运输路线。GIS定位系统可以实时将位置信息传送到BIM信息管理平台。为了避免在运输过程中发生碰撞和损坏，在每个平板车上都安装了一个固定的运输架，并且在运输架、运输架和车身之间进行加固。由于所有的预制件在出厂之前都会粘贴上二维码或者RFID芯片，所以在到达现场进行检测时，可以通过BIM系统的数据对其进行检测。

4.4 吊装安装阶段

在预制件吊装前，利用BIM模型进行装配仿真，以避免由于实际装配后的设计冲突造成的返工浪费。施工企业可通过BIM系统实时掌握材料的采购与安装进度，并对装配过程中的问题进行及时地查找和纠正。同时，还需建立一套完整的质量管理体系，将技术要求上传至BIM平台，并设立领导小组，对工程质量进行了监督，并采取了多种质量控制手段，保证了工程的质量。

吊装总体顺序：预制柱吊装→预制主梁吊装→预制次梁吊装→预制叠合板。构件吊具的选择：预制楼梯、预制梁和预制板采用平衡梁吊具起吊就位。构件的起吊点按设计要求进行，保证构件能水平起吊，避免磕碰构件边角。构件起吊平稳后再匀速移动吊臂，靠近建筑物后由人工对中就位。对于多点起吊构件，为保证各点受力均匀，采用动滑轮，避免实际吊装受力与计算模型不一致，同时采用手拉葫芦进行吊装。

4.5 运维阶段

在运营期，要对已经交付的产品进行运营管理，主要是通过BIM技术实现对产品的远程可视化监测。建立运行阶段的BIM数据库，可以查看设计、生产、施工三个阶段的构件、设备的相关信息，并对现有的资料进行对比，找出存在的问题，进行零件、设备的维修、人员的记录。

5 结语

因此，基于精益思想的装配式建筑必须要进行信息化管理，而BIM技术的融合是其关键所在，所以BIM技术在装配式建筑中的运用也是建筑行业的发展方向，它能极大地提高生产效率。