基于BIM的装配式建筑智慧工地建设

詹敏慧，王慧珍

（江西理工大学，江西 赣州 341000）

1 相关概念与内涵

随着现代社会日新月异的发展，社会经济的进步让建筑行业也有了更好的继承和蜕变，其中，装配式建筑是目前国家大力提倡的一种建设方式。装配式建筑是指采用预制构件在工地组装拼接装配成形的建筑，是社会生产力发展的必然产物。近年来装配式建筑由于建造速度快，受气候环境制约小，节约劳动力，提高建筑质量，并且保护环境等优势，受到建筑行业人士的广泛关注[1]。装配式建筑通常有标准化的建筑设计，工厂化的部件生产，装配式的现场施工，一体化的建筑装修，并进行信息化的管理和智能化的应用，能够有效的保证建筑构件质量，提升建筑效率，加快施工进度，减少建筑垃圾的产生，降低施工现场工人的劳动强度，减少人力资源的浪费，是一种更加绿色环保的建筑模式。不管是在设计阶段、预制构件生产阶段还是施工阶段，装配式建筑都与传统的现浇式建筑截然不同。

建筑信息模型（BIM）是将建筑工程项目有关的信息数据及相关资料收集整理，以此作为建立模型的基础构建出建筑模型，并通过三维信息模型对建筑物进行仿真模拟，以便进行设计、施工、运营等各阶段的数字化管理。BIM不是单纯的数字信息的展现，更多的是建筑工程项目相关数字信息在设计、施工、管理等方面的应用，是一种便于多方协同合作的数字化方法，是一个创建和利用项目数据在其全寿命周期内进行设计、施工和运营的业务过程，并允许所有项目相关方通过数据互用使不同技术平台之间在同一时间利用相同的信息。这种方法能实现建筑工程的集成化管理，可显著提高建筑工程在其项目进程中的效率。

装配式建筑是一种集成化的建筑，BIM技术是其集成化的手段，而智慧工地就是将各种手段集成的应用。智慧工地主要指一种工程施工管理体系，是指在工程项目施工过程中运用BIM技术、VR技术、互联网技术、物联网技术、无线频射技术（RFID）、激光定位技术等信息化手段对工程进行管理，通过建立进度管理、质量管理、安全管理等多层面工作综合的集中化管理平台，也借助于信息共享的新型工作模式着手于监督工作、预警工作、维护工作的实施，建立促进工程施工高质量推进的综合性管理体系[2-3]。基于BIM的智慧工地有利于施工动态成本的控制、施工流程的优化、施工质量的提升、安全监督工作的落实、施工进度的控制等。

2 传统装配式建筑面临的问题

2.1 设计阶段与施工阶段割裂影响施工进度

在传统建筑的设计阶段，建筑、结构、安装等专业设计协同性不高，通常是在后期出现问题时再按相应专业反馈加以修改，设计管理相应集中在后期，而在装配式建筑模式中，在设计之初就需要整体考虑部件深化设计、部件生产及运输、施工现场拼装等问题[4]。工厂生产时部件分离是否合理，是否能被工厂顺利生产出来，现场组装难度能否降低，部件尺寸设计是否合理，生产运输是否方便，能否采用新型施工工艺，吊装拼接步骤是否协调，这些问题都是设计时需要提前考虑的，而这就需要设计单位与构件生产单位及施工单位积极交流、协调配合，以更好地深化设计。

2.2 了解相关施工工艺的从业人员较少且缺乏安全防范意识

建筑业工作内容多样，个体性较强，从业人员受教育程度及文化背景差异大，其所接收的职业培训较为依赖所在企业的培训制度。装配式建筑作为一种新型建筑模式，在国内应用范围内尚未完全展开，了解相关施工工艺的从业人员较少，传统建筑的施工人员对于装配式建筑的工作流程及工艺技术可能并不熟悉，而在建筑行业，对从业人员的专业技术能力又较为依赖，到目前为止，从业人员的专业技术能力对于建设项目的质量控制、进度控制、成本控制而言都是一个重要的影响因素。装配式建筑虽说对于传统建筑模式来说建造速度较快，但在施工现场的安装还是需要技术工人手动拼装，对于技术工人的专业有一定要求。拼装速度对施工进度有一定的影响，拼装操作更是对施工质量的影响较大，如有操作问题出现吊装偏差，可能需要整改导致施工进度停滞，同时也会波及施工成本。

建筑业作为劳动密集型产业，从业人员的安全防范意识也极为重要，80%的安全事故都是由于建筑从业人员的不安全行为引起的，因此加强建筑从业人员的安全管理是至关重要的，对技术工人及管理人员进行安全知识普及及安全防范意识的加强是安全管理中必不可少的一环[5]。相比传统建筑，装配式建筑技术工人尚不熟悉，此时新工艺的相关安全注意事项及施工现场安全知识的培训就更为重要。

2.3 构件生产、运输及施工管理需加强

装配式建筑在我国尚处于初步发展阶段，构件厂的构件生产缺乏精细化的质量管理，容易存在误差，往往等构件被运输到施工现场安装时才被发现，只能返工再重新运输，所造成的人工成本及时间成本难以弥补，且构件未能及时供应也会影响施工进度，构件生产方面的管理尚需加强。构件运输及施工现场管理也急需新技术辅助，以往的人工出厂及验收模式容易出现出库记录不清楚、验收数量有误差等问题，且施工现场堆放容易混乱难以找寻，大大增加施工现场管理的时间及成本[6]。

2.4 信息协同管理问题

与传统建筑模式不同的是，装配式建筑增加了部件生产单位，从设计阶段到施工现场对于各专业单位之间的协作有着更高的要求[7]。除了二维图纸所能展现出的信息，多维且能进行动态化反馈的数据模型能更好的加强各单位之间的信息交流，以提高工程管理效率及施工效率。

3 BIM技术在装配式建筑施工阶段的应用

在施工阶段中，可应用BIM技术对于装配式建筑加以模拟碰撞检测、施工安装模拟、施工现场组织和工序模拟、复杂节点施工模拟、现场装配信息化管理等。装配式建筑工地需进行预制构件现场管理，装配式建筑的预制构件品种众多，容易发生构件误用、错用、丢失等情况，运用BIM技术结合RFID技术可以在构件管理中起到良好的效果。现场装配阶段的管理是装配式建筑的施工阶段的重点，施工单位应用BIM技术可以实施装配式建筑的施工仿真及模拟，对于现场预制构件的吊装和施工过程提前进行软件模拟，优化施工流程；同时，也能够模拟施工现场可能出现的安全突发事件，从而健全施工现场的安全管理方案，消除安全隐患，尽可能的避免和减少发生质量安全事故的概率；还可以通过对施工现场和三维虚拟排布，对施工场地布置进行优化，可有效避免生产资料和储物空间的浪费，加快施工进度。基于BIM的信息化管理，还可以在“3DˉBIM”模型的基础上引入进度和资源维度，建立“5DˉBIM”模型，对质量、进度、成本实现动态管理。

4 BIM+新兴技术在装配式建筑智慧工地中的应用

4.1 BIM+物联网技术在装配式建筑智慧工地中的应用

物联网技术是通过二维码识读设备、无线频射（RFID）装置、红外感应器和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、监控、跟踪、定位和管理的一种网络技术。

物联网技术以其自身优势，在智慧工地建设中的运用也是举足轻重的。首先，物联网技术可以实现数据的智能采集，便于后期相关人员进行数据分析；物联网技术可以进一步划分权责，提高施工效率；物联网技术可以跟踪每个工作的具体过程，一旦出现问题时也能第一时间通过物联网找到问题在，并追究到个人，提高工作人员的工作质量和效率，为工程质量的提升打下良好的基础；通过物联网技术加强施工沟通，提升施工监督与施工指导质量；通过物联网技术，参与到建筑工程的各个部门可以通过物联网，第一时间掌握工程施工具体情况，并根据自身情况，对工程建设提出相应的建议，确保工程施工可以尽可能满足多方需求。

在装配式建筑建设过程中，可以运用物联网技术，如运用BIM技术结合RFID技术，可追溯预制构件，协助工地管理，在预制构件生产过程中在构件中安装嵌入式RFID芯片，在里面存储相关构件信息，运输人员和验收人员可直接读取并记录构件信息到建筑信息管理系统，进行电子信息的自动对照，通过芯片及信息管理系统，可追踪构件出厂、运输、入场堆放及安装信息，以此降低以往人工验收及物流模式下容易出现的构件堆放位置易错乱、验收数量有误差、出库记录不清晰等问题的发生，节省管理的时间和成本，提高施工现场的管理水平；也可运用此技术加强对材料资源采购及消耗的费用控制，对资源成本实行精细化管理，实现动态成本控制；还可应用于人员管理方面，建立实名制管理系统，运用IC卡识别、指纹识别、智能安全帽定位等加强对施工现场人员的管理。运用物联网技术，还可以对施工现场进行实时监控，通过手机、电脑、传感器等终端设备接收现场监控图像，收集和分析施工现场的监测数据，继而对施工现场进行统筹协调，实现高效管理。

4.2 BIM+VR技术在装配式建筑智慧工地中的应用

VR是指虚拟现实技术，是一项运用计算机进行三维模拟，使用户在感官上身临其境的技术。VR作为一项新型技术，运用还不够广泛，在工程领域中目前一般应用于装饰装修漫游、场地漫游等展示项目，在进行市场宣传、销售策划等方面应用良好，确定了VR技术与BIM技术协同发展的重要方向，但在装配式建筑市场还运用较少[8]。

目前装配式建筑尚未普及开来，传统建筑施工人员可能不熟悉装配式建筑的工作流程及工艺技术，可利用VR技术也就是虚拟现实技术多感知性、存在感、交互性、自主性的特征，对施工工作人员进行工艺培训。虚拟现实技术比传统视频教学有着更优越的视觉感官，能更加真实的模拟出施工现场环境，让施工工作人员身临其境，比起二维模式的平面展现，这种三维展示能更好的展现出工艺的操作要点，便于施工工作人员对其进行更加清晰的观察，拥有更详尽的认识。虚拟现实技术能给人更强烈的感官触动及记忆刺激，有助于形成良好的培训效果，也可以帮助施工人员更直观的理解施工工艺与施工方案。不止装配式建筑的安装操作流程，VR技术也可以应用于其他工艺如钢筋节点绑扎、模板安装等工艺的培训，相关专业技术人员对于施工操作班组的技术交底，以及施工人员和管理人员的安全教育工作，提高施工中的安全防范意识，有利于加强工程的安全管理和质量管理。

4.3 BIM+激光定位技术在装配式建筑智慧工地中的应用

基于BIM技术的同时，可以利用激光扫描定位技术对建造活动进行跟踪以及进行建筑尺寸精细化质量控制。对于装配式构件进行激光扫描，获得被测构件的点云数据，再与建筑信息管理系统中所保存的构件信息进行比对，计算不同节点的构件是否有误差，最后再将检测数据上传管理平台。利用激光定位技术可以对构件进行精细化的质量管理，控制构件误差，同时也可用于构件安装位置的控制，在塔吊吊装装配式构件时进行安装节点的监测，通过与BIM平台中信息的比对，确定构件安装位置，使构件更准确的落在安装位置，有利于施工进度的控制。

5 结语

本文阐述了BIM技术在装配式建筑各阶段的应用，以及基于BIM采取新兴技术在装配式建筑建设中的应用。借助BIM、VR、RFID、物联网、激光定位等技术，可以有效地提高装配式建筑的设计、生产和施工水平，有利于装配式建筑工地进行精细化的成本、质量、进度控制，为装配式建筑的建设提供有效的智能管理方案。