寇園園 ，劉 凱

（1. 山東科技大學 經(jīng)濟管理學院，山東 青島 266590；2. 山東省土木工程防災減災重點實驗室，山東 青島 266590；3. 山東科技大學 土木工程與建筑學院，山東 青島 266590，E-mail：kailiuyy@163.com）

隨著社會的快速發(fā)展和城市化進程的推進，對 建筑行業(yè)的要求越來越高。裝配式建筑構(gòu)件為工廠制作，建造速度快，精度和質(zhì)量好，能最大限制地滿足“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色建筑設(shè)計和施工要求，與現(xiàn)代化的建筑業(yè)發(fā)展相契合，得到了國家的大力支持。

我國的BIM技術(shù)發(fā)展比較晚，目前主要集中在設(shè)計階段，在裝配式建筑施工項目管理方面的應用相對較少。王巧雯[1]結(jié)合裝配式建筑和BIM技術(shù)的特點，分析了BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的應用價值，建立了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑協(xié)同平臺。蔣博雅等[2]利用Revit API和C#高級程序語言技術(shù)，建立了輕型裝配式建造過程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析流程。劉丹丹等[3]從創(chuàng)建模型、碰撞檢測、進度模擬、實時漫游4個方面，探討了BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計和建造過程中的應用。李強年等[4]構(gòu)建了制約因素的ISM模型，認為制約我國裝配式建筑發(fā)展的根本原因是缺乏專業(yè)人才。張健等[5]構(gòu)建了基于BIM平臺的裝配式建筑集成體系，推進了BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應用。陳敬武等[6]提出以BIM技術(shù)為信息化手段、精益建造為指導思想的裝配式建筑管理模式。董娜等[7]建立了裝配式建筑施工階段BIM技術(shù)的成熟度評價模型。王愛領(lǐng)等[8]構(gòu)建了一種基于灰色聚類的裝配式建筑的 BIM 應用能力評價模型。劉金典等[9]提出了一種新的基于BIM 技術(shù)和激光掃描的裝配式體系建造管理與質(zhì)量控制方法。曹新穎等[10]結(jié)合BIM技術(shù)和RFID技術(shù)的核心價值，建立了裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量管理體系。馮曉科[11]分析了 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工前期策劃、構(gòu)件管控、施工進度管理、場地動態(tài)布置、成本管理方面的作用。

然而，裝配式建筑的施工過程不同于普通現(xiàn)澆式建筑，它的施工場地不僅是工地，還有工廠，在這兩個方面的成本管理、質(zhì)量管理、安全管理和進度管理在BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)下能夠更好更快地實現(xiàn)。因此，從BIM技術(shù)對裝配式建筑施工過程中精細化管理的作用進行分析具有十分重要的理論和實際意義。

1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應用

裝配式建筑是指用預制的構(gòu)件在工地裝配而成的建筑，施工方式由傳統(tǒng)的濕作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦勺鳂I(yè)，由現(xiàn)澆式轉(zhuǎn)變?yōu)檠b配式為主[12]。由工廠制作預制構(gòu)件，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場經(jīng)驗收后進行吊裝和拼裝，節(jié)省了大量的施工時間[13]。裝配式建筑的施工過程可以用圖1清晰地表示出來。

圖1 裝配式建筑施工過程

針對于裝配式建筑的 BIM 模型既是一個包含了裝配式建筑所有信息的數(shù)據(jù)庫，也是參與裝配式建筑建設(shè)各參與方協(xié)同工作的平臺，在 BIM 平臺上，可將3D裝配式建筑模型同時間、成本結(jié)合起來，從而對建設(shè)項目進行直觀的施工精細化管理[14]。在施工過程中，利用BIM技術(shù)進行4D施工模擬，確定合理的施工方案來指導施工，降低施工過程中發(fā)生錯誤的概率，減少返工，保證其質(zhì)量管理、安全管理、進度管理，同時BIM模型還可以進行5D模擬，對施工各階段的費用進行實時監(jiān)控，來實現(xiàn)成本控制。將BIM技術(shù)應用在裝配式建筑的設(shè)計、生產(chǎn)和施工的各個階段，提高裝配式建筑全生命周期的生產(chǎn)鏈條更加緊密、合理，有利于推進城市化進程，有利于裝配式工程項目質(zhì)量得到保證，有利于轉(zhuǎn)變建筑業(yè)生產(chǎn)方式，有利于節(jié)約資源，減少環(huán)境污染[15]。

1.1 在成本管理方面的應用

裝配式建筑的成本往往比現(xiàn)澆式的建筑還要高出許多，主要原因是預制構(gòu)件的生產(chǎn)沒有實現(xiàn)規(guī)?；?，也就意味著預制構(gòu)件的生產(chǎn)未實現(xiàn)規(guī)模效益，而且要做成相同的構(gòu)件，預制構(gòu)件比傳統(tǒng)現(xiàn)澆做法費用更高，并且隨著PC率越高，所需的建安成本越高，再加上高額的運輸費用，使得裝配式建筑的成本相對較高。

1.1.1 BIM技術(shù)成本管理優(yōu)勢

BIM技術(shù)應用于裝配式建筑，對其成本管理方面有著大幅的改善?；贐IM技術(shù)的成本控制具有快速、準確、分析能力強等很多優(yōu)勢。

（1）快速準確精細。將可重復利用的構(gòu)建組成模塊庫，幫助形成構(gòu)建標準規(guī)?；?。并建立基于BIM的5D實際成本數(shù)據(jù)庫動態(tài)維護，準確性有很大的提高，匯總分析能力大大加強，速度快。根據(jù)BIM模型，可以迅速定位項目各部分的成本數(shù)據(jù)，以控制工程各部分實際成本。

（2）分析能力強，提高企業(yè)對成本的控制能力。運用BIM技術(shù)可以多維匯總分析更多種類、更多統(tǒng)計分析條件的成本報表，更加清楚地看到不同時間點對資金的需求，模擬并優(yōu)化資金籌措和使用分配。通過將BIM模型數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部進行共享，可以直觀地看到每個工程項目的實際成本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了企業(yè)對項目建設(shè)成本的總體把握。

（3）虛擬施工。通過BIM技術(shù)結(jié)合施工方案進行虛擬施工，可以利用BIM技術(shù)的可視化效果直觀了解施工的過程和結(jié)果，能在施工前識別并有效地解決大多數(shù)施工風險問題，可以較大程度地減少返工情況的發(fā)生。

1.1.2 具體應用

基于BIM技術(shù)，建立成本的5D關(guān)系數(shù)據(jù)庫，能夠快速實行多維度成本分析。在項目規(guī)劃階段，BIM 技術(shù)可以提高項目可行性分析的效率從而降低其成本；在項目立項決策階段，運用BIM技術(shù)和Revit等軟件對項目方案進行詳細的規(guī)劃，提高工程項目施工成本管理的有效性；在項目施工和安裝階段，BIM技術(shù)輔助裝配式建筑施工和安裝管理，提高項目施工和安裝的科學性和合理性。

有研究表明，工程量的計算時間在成本計算的過程中占用了至少 50%的時間，而利用 BIM算量的方法會節(jié)約近90%的時間，也減少了人為原因的計算錯誤。運用BIM技術(shù)識別模型中的不同構(gòu)件及模型的幾何物理信息，對各種構(gòu)件的清單類型和工程量進行匯總統(tǒng)計。運用BIM技術(shù)對裝配式建筑進行虛擬施工模擬，將裝配式建筑的生命周期以三維可視化的形式進行預演，而裝配式建筑成本也會以可視化形式展現(xiàn)在工程全生命周期過程中。

1.2 在質(zhì)量管理方面的應用

現(xiàn)階段我國的裝配式建筑大多采用的是坐漿——注漿的方式進行濕連接，由于實施工程中各個環(huán)節(jié)配合或者操作不當?shù)葐栴}，讓裝配式建筑的質(zhì)量埋下了隱患。在質(zhì)量管理方面，因為不能準確地預知完工后的質(zhì)量效果，加之各個專業(yè)工種相互影響，不能很好地協(xié)調(diào)溝通。

1.2.1 BIM技術(shù)質(zhì)量管理優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的二維質(zhì)量控制相比較，BIM技術(shù)的運用提高了裝配式建筑質(zhì)量管理效率，對裝配式建筑現(xiàn)場質(zhì)量做到實時有效的控制，明確質(zhì)量責任追溯。傳統(tǒng)二維質(zhì)量管理與BIM技術(shù)質(zhì)量管理的優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)二維質(zhì)量管理與BIM技術(shù)質(zhì)量管理的對比

1.2.2 具體應用

（1）建模前期協(xié)同設(shè)計。在建模前期，裝配式建筑項目建設(shè)各參與方基于 BIM 平臺可以共同參與項目模型的設(shè)計，加強了各方之間的交流合作，并可以在一個統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)庫中進行可視化的圖紙會審，既節(jié)省了項目成本，又提高了項目設(shè)計的效率。

（2）碰撞檢測。運用BIM技術(shù)對裝配式建筑的三維模型進行碰撞優(yōu)化，將生產(chǎn)的構(gòu)件與BIM模型數(shù)據(jù)庫進行比對，保證其生產(chǎn)質(zhì)量，并提高構(gòu)件在工地吊裝拼接的精確性和效率，消除可能在現(xiàn)場發(fā)生的構(gòu)件沖突和碰撞。

（3）施工工序管理控制。運用BIM技術(shù)，可以對不同工序活動制定專門的保證質(zhì)量的技術(shù)措施，控制工作流程，設(shè)置工序質(zhì)量控制點，尤其是注意易出問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)裝配式建筑施工工序的預演，加強實際施工工序管理和控制。

1.3 在安全管理方面的應用

與普通建筑相比，裝配式建筑施工具有一定的特殊性，如以吊裝作業(yè)為主、高空作業(yè)多等等，由此導致施工中的安全隱患問題較多[16]。傳統(tǒng)的方式無法準確地跟蹤裝配式建筑的動態(tài)建設(shè)過程，運用BIM技術(shù)，可根據(jù)裝配式建筑的動態(tài)模型進行時間和空間上的管理。

1.3.1 BIM技術(shù)安全管理優(yōu)勢

（1）可視化的管理。裝配式建筑在進行施工的過程中，3D模型提供可視化的項目信息，各參與方能時刻了解到項目的動態(tài)變化，通過可視化模型，能夠?qū)⒃谑┕み^程中易出現(xiàn)安全問題的危險源暴露出來，提前制定應對措施，進行安全控制。

（2）優(yōu)化施工方案。利用BIM技術(shù)可以對裝配式建筑進行安全檢查，在BIM平臺上模擬裝配式建筑吊裝、拼接等各項工序，進行綜合分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)在施工過程中的安全隱患，進而對施工方案進行優(yōu)化，有效地降低發(fā)生安全事故的概率。

（3）制定安全應急措施。BIM 技術(shù)不僅能夠建立可視化的三維模型，而且能夠進行4D施工模擬，按照實際的施工過程，對施工過程的不同階段進行不同的施工安全管理，可以在實際施工之前發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而制定好安全應急措施。

1.3.2 具體應用

傳統(tǒng)的工程項目安全管理存在施工安全策劃落后、缺乏對危險源針對性和動態(tài)的管理等問題。運用 BIM 技術(shù)對裝配式建筑施工現(xiàn)場的各項要素進行預設(shè)和控制，可以對施工現(xiàn)場進行科學化的安全管理，減少施工過程中的不安全行為，確保裝配式建筑項目效益的最大化。其中BIM技術(shù)在安全管理中的具體應如圖2所示，包括施工準備階段安全控制、施工過程仿真模擬、施工動態(tài)監(jiān)測和災害應急管理。

圖2 BIM技術(shù)在安全管理中的具體應用

1.4 在進度管理方面的應用

1.4.1 BIM技術(shù)進度管理優(yōu)勢

（1）構(gòu)件生產(chǎn)精細化。BIM 技術(shù)實現(xiàn)了裝配式建筑設(shè)計階段的精細化建模，將可重復利用的構(gòu)件建立自由組合的模塊庫，解決了裝配式建筑中構(gòu)件尺寸確定的問題。BIM技術(shù)的自動統(tǒng)計和加工圖功能，實現(xiàn)了裝配式建筑構(gòu)件工廠精細化生產(chǎn)。

（2）信息利用極大化。三維可視化模型可實現(xiàn)裝配式建筑信息的高度共享，降低項目信息過載或信息流失的影響，提高信息利用價值。施工方在進度計劃編制過程中，可以大量減少工作人員查看圖紙的數(shù)量和次數(shù)，加快進度計劃的編制速度，提高進度計劃的準確性。

（3）施工管理可視化。BIM 技術(shù)使裝配式建筑實現(xiàn)動態(tài)施工模擬，從而確定合適的節(jié)點搭接方案，在裝配式建筑的吊裝拼接過程中實現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控，運用BIM技術(shù)進行4D進度模擬，可提前發(fā)現(xiàn)施工階段中的潛在問題，以便在施工前期及時修改，提高裝配式建筑的施工管理效率。

1.4.2 具體應用

運用BIM技術(shù)進行施工進度模擬，通過4D模型進行施工進度檢查。BIM技術(shù)提供的建筑信息綜合模型和模擬裝配式建筑吊裝和搭接過程，不僅能夠?qū)ㄔO(shè)項目的施工過程進行控制，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對裝配式建筑的場地布置，合理的場地布置能夠節(jié)省很大的空間，也能夠加快裝配式建筑吊裝和搭接的速度。

2 裝配式工程案例分析

2.1 工程概況

本文以某海洋館為例，其主體為預制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該館的總建筑面積為49977.15 m2，地上建筑面積為 25419.27 m2，地下建筑面積為11444.75 m2，地下1層，地上3層，局部3.5層，總高度18 m，局部高度22 m。

2.2 應用BIM技術(shù)進行成本管理

運用Revit軟件，對該海洋館的建筑、結(jié)構(gòu)、MEP等進行可視化建模，如圖3~圖6所示。根據(jù)現(xiàn)實施工的需要創(chuàng)建項目族，根據(jù)設(shè)計方案將各族構(gòu)件進行拼接，在工廠按照族構(gòu)件的信息進行構(gòu)件的預制。三維模型能夠全方位全尺寸地反映真實工程，每個構(gòu)件都能夠清晰顯示出它所在的位置形狀以及大小，使得施工人員能夠準確地按照圖紙施工，降低了誤讀圖紙的可能性，間接降低了成本。

圖3 Revit建筑模型

圖4 Revit結(jié)構(gòu)模型

圖5 Revit MEP模型

圖6 Revit綜合模型

根據(jù)Revit模型能夠清楚地看到預制結(jié)構(gòu)的長度、體積等各類實際真實尺寸信息，如圖7所示，工廠按照三維模型中構(gòu)件的詳細信息對該海洋館的預制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行加工，能夠保證預制構(gòu)件的準確性及成本的透明化。既能準確地實現(xiàn)裝配式建筑的成本預算，又能夠減少甚至避免預制構(gòu)件工廠加工的錯誤，降低裝配式建筑構(gòu)件在工廠階段的成本。

圖7 Revit結(jié)構(gòu)框架明細

2.3 應用BIM技術(shù)進行質(zhì)量管理

將該海洋館的三維立體Revit模型導入Navisworks Manage軟件中，運用Clash Detective功能進行碰撞檢測，檢查模型的準確性，找出構(gòu)件之間的碰撞點，并進行修改，從而提高模型的精確度。碰撞類型為硬碰撞、軟碰撞和間隙碰撞3種。碰撞檢測顯示結(jié)構(gòu)和建筑之間的硬碰撞有1018處，結(jié)構(gòu)和MEP之間的硬碰撞有842處，建筑和MEP之間的硬碰撞有641處，MEP間隙碰撞有112處，如圖8和圖9所示。

圖8 結(jié)構(gòu)與建筑之間的硬碰撞

圖9 MEP的間隙碰撞

BIM 模型碰撞檢測后，導出 HTML格式的碰撞檢測報告，其包含每個碰撞發(fā)生的地點、類型、圖元的種類以及碰撞點的截圖照片等詳細的數(shù)據(jù)信息。而每一處的碰撞所包含的數(shù)據(jù)信息又是很龐大的，將這些數(shù)據(jù)按照圖元類別集成起來進行分析歸納，形成結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫。碰撞檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果具有時效性，根據(jù)模型的不斷完善，碰撞檢測的結(jié)果是不斷改變的。在BIM模型建立的過程中，碰撞檢測數(shù)據(jù)庫的信息集合不斷地被修改，數(shù)據(jù)庫的信息強度決定了BIM模型的描述和理解，也就決定了 BIM 模型的精確度。根據(jù)碰撞檢測的結(jié)果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接，以提高模型的精確度為目的，對每個碰撞點進行審閱和核準，然后返回Revit軟件中進行修改，每處修改過后都要標記其碰撞點的狀態(tài)為已解決。在完成所有碰撞點的修改后需要再次進行碰撞檢測，直至沒有碰撞點的生成，以此保證預制構(gòu)件的質(zhì)量以及拼裝過程中的施工效率。

2.4 應用BIM技術(shù)技術(shù)進行安全管理

運用Navisworks Manage軟件的TimeLiner功能對該海洋館模型進行可視化施工模擬分析，還原真實施工場景，進行預制構(gòu)件的預安裝，利用BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢識別具有威脅性的因素，借助BIM技術(shù)進行施工模擬，將具有危險性因素可能發(fā)生的時間和地點進行明確的劃分，從而從項目整體上把控和制定不同危險時間和區(qū)域的施工進度工作，做好預防準備工作，將可能誘發(fā)危險的不安全因素提前排除，保證裝配式建筑在實際安裝過程中的井然有序。

運用BIM技術(shù)，可以對該海洋館的虛擬施工過程進行實時安全監(jiān)管（見圖 10），安全監(jiān)控過程如圖 11所示。通過 BIM 技術(shù)和 Revit、Navisworks軟件對海洋館的三維模型進行碰撞檢測，提高模型的精確性，并進行精確的虛擬施工模擬，識別并掌握危險隱患控制點，對具有隱患的預制構(gòu)件部位、施工工序以及施工區(qū)域進行跟蹤采集和自動更新，經(jīng)過安全信息處理后，檢驗其是否符合安全標準再進行施工。

圖10 海洋館虛擬施工

圖11 施工模型安全監(jiān)控過程

2.5 應用BIM技術(shù)進行進度管理

可視化的4D施工模擬能夠直觀地顯示根據(jù)施工進度計劃該海洋館的完成情況。根據(jù)初步完成的施工進度計劃，運用 Navisworks manage軟件的TimeLiner功能以動畫和甘特圖并行的形式展示施工進度，如圖12所示。模擬該工程的施工全過程，隨著時間的推移，該海洋館會從基礎(chǔ)逐漸地形成完整的項目模型。并且在模擬施工的過程中，可以找到工期分配不合理的地方重新進行施工進度計劃優(yōu)化，施工人員能夠直觀地找到任何時間點的計劃進度狀態(tài)，提前做好工程所需的準備。在裝配式建筑真實的施工過程中，可以實時更新工程的實際進度信息，與計劃進度信息進行直觀比較，有利于施工人員在施工過程中的調(diào)整，減少或消除人員分配和材料準備不合理等問題，提高施工的效率。

圖12 施工進度甘特圖

3 結(jié)語

本文通過對 BIM 技術(shù)對裝配式建筑施工過程成本管理、質(zhì)量管理、安全管理和進度管理的分析以及實際案例的模擬應用，研究提出了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工過程精細化管理的概念，明確了BIM技術(shù)在裝配式建筑施工應用上的具體優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)工程項目管理方法的缺陷。BIM技術(shù)提高了裝配式建筑協(xié)同設(shè)計效率、降低設(shè)計誤差，優(yōu)化了預制構(gòu)件的生產(chǎn)流程，改善了預制構(gòu)件庫存管理，提高了裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)等工廠施工的效率。BIM 技術(shù)使裝配式建筑實現(xiàn)動態(tài)施工模擬，優(yōu)化了裝配式建筑施工方案，實現(xiàn)了數(shù)字化施工監(jiān)控，提高了裝配式建筑吊裝、連接等工地施工的效率。