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基于BIM技术的装配式建筑施工管理与控制研究

2024-11-21 84 上传者：管理员

摘要：随着建筑业的不断发展，装配式建筑作为一种新型的建筑方式，具有施工速度快、质量可控、环保节能等优点，已经逐渐被广泛应用。然而，装配式建筑施工过程中存在着一定的风险，如质量问题、安全问题、进度问题等。为控制这些风险，该文基于BIM技术，对装配式建筑的施工管理与控制进行研究。通过对案例分析和实地调研，提出一些有效的控制措施，包括加强施工现场管理、优化施工流程、提高工人技能水平等。该文的研究成果可以为装配式建筑的施工管理与控制提供一定的参考。

关键词：
BIM技术
人工技能
施工控制
施工管理
装配式建筑
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我国装配式建筑处于起步较晚，发展较快的阶段。20世纪50年代，我国就已经借鉴苏联和欧洲国家的技术，初步发展机械化和工厂化。20世纪80年代到21世纪初，由于城镇化进程加快，大量的廉价劳动力进城务工，加上混凝土机械的发展，导致装配式建筑的发展进入低潮。随着我国人口老龄化的发展，适龄劳动力减少，建筑行业呈现招工难的情况，另外，新科技的发展也为装配式建筑打下基础。同时，建筑领域环保的要求越来越严格。

Liang等[1]提出了一种基于建筑信息建模（BIM）技术的预制住宅设计优化方法，刘平等[2]提出了通用型预制构件管理方法提高了预制构件信息化水平，结果表明BIM技术的应用为项目各参与方提供了一个高效、经济的信息集成与共享的平台，有效提高了项目质量与管理水平。

1、装配式建筑的概述

装配式建筑通过在工厂内预制构件和模块，然后将它们运输到现场进行组装的先进建筑方法。这种方法通过优化生产流程和提高质量控制来加速施工进度，并减少了现场施工中工期的延误和材料的浪费。装配式建筑在节约时间和成本的同时，还提供了更高水平的质量保证和可持续性。它在设计上灵活多样，可以根据不同的需求进行定制，同时在环境友好性和资源利用效率方面也表现出色。由于这些优势，装配式建筑已经成为现代建筑业的重要发展方向，为建筑行业带来了创新和持续发展的动力。

2、装配式建筑施工过程中存在的风险和难点

2.1设计风险

由于传统的建造模式是设计和施工之间的联系，而装配式建筑则是设计方、生产方、装配方三者之间的联系，装配式建筑需要在工厂内进行构件制作，因此需要进行精确的设计和制图。如果设计得不合理或者是制图有误，将会导致工厂制作的构件无法正确安装。

2.2生产风险

由于每个项目的要求不同，所以在生产装配式建筑时需要根据客户的要求进行加工，如果工厂没有正确理解客户需求，可能会导致构件造型不符、尺寸不准等问题，进而影响项目的竣工验收。另外，装配式建筑需要通过机器自动化生产，如果工厂没有严格的质量控制程序，那么可能会出现构件尺寸不符、材料质量差等问题。

2.3运输风险

由于装配式建筑需要将构件从工厂运输到现场，所以在运输过程中可能会遇到交通拥堵、天气恶劣等不可预测的情况，可能会受到碰撞或者振动等影响，导致构件出现裂纹或者损坏，影响施工进度。

2.4施工风险

对于装配式建筑而言，每个构件都必须精确地设计和制造才能正确组装。如果在安装过程中出现错误，可能会导致构件不符合要求或无法使用。这种情况下会产生重新制造或更换构件的额外成本，并且会延误整个项目进度。此外，装配式建筑可能会涉及高空作业、大型机械使用和其他危险操作。如果安装不当、施工人员技能水平不高或者不遵守安全规定，会导致构件安装不稳、施工质量不高等问题，导致构件落地或者倾斜，造成严重的人员伤害甚至死亡事故。

3、装配式建筑施工管理与控制的解决方案

为了有效地解决装配式建筑施工过程中存在的风险和难点，需要从施工管理和控制的角度出发，提出一些解决方案。

3.1采用BIM技术进行设计和施工管理

采用建筑信息模型（BIM）技术[3-7]对装配式建筑进行设计和施工管理是一种高效而综合的方法。BIM技术通过数字化的三维模型，整合建筑设计、结构工程和机电设备等各个方面的信息，实现了全过程的协同管理。在装配式建筑中，BIM技术发挥了关键作用。首先，BIM技术提供了一个全景的、三维的建筑模型，为设计团队提供了更直观、清晰的空间认知，有助于优化构件的布局和设计。同时，BIM可以实现模块之间的无缝集成，确保各构件在设计阶段的协同性和一致性。

其次，BIM在施工管理方面大大提高了效率。通过BIM，建筑团队可以进行工程进度的详细规划和协调，实现施工现场各项工作的精确掌控。BIM还能帮助识别潜在的冲突和问题，提前解决设计和施工阶段的矛盾，从而避免工期延误和额外的成本。另外，BIM在后期运营和维护上也有巨大潜力。通过将建筑信息模型延伸至整个建筑生命周期，BIM可以提供准确的资产信息，协助建筑设施的日常管理和维护工作，实现建筑的可持续运营。

3.2加强物流管理

利用BIM技术加强物流管理是通过整合建筑信息模型和物流管理系统来实现的。首先，BIM可以提供准确的建筑模型和施工计划，为物流管理提供可靠的数据基础。通过BIM模型，可以对建筑材料和设备进行数字化管理，包括物料清单、供应商信息以及交付时间等。其次，BIM技术可以优化物流路径和物资储存布局，通过模拟和分析不同的物流方案，选择最佳的运输路径和储存位置，提高物流效率和空间利用率。此外，BIM还可以与物流管理系统集成，实现实时监控和跟踪物资运输过程，及时发现和解决物流问题，确保物资按时到达施工现场，从而提高项目进度和效益。利用BIM技术加强物流管理能够优化供应链、提高物流效率，并在施工过程中实现资源的最佳利用，从而降低成本、提高效益。

3.3提高工人技能水平

利用BIM技术提高工人技能水平，通过为他们提供培训和使用BIM工具的机会来实现。首先，工人可以接受BIM培训，学习如何使用BIM软件来查看、编辑和分析建筑模型。这种培训可以帮助工人更好地理解建筑设计和施工过程，提高他们对项目的整体把控能力。其次，工人可以通过BIM模型参与协同工作，与设计师、工程师和其他相关人员进行沟通和协作。通过参与BIM项目，工人可以了解建筑设计和施工的各个方面，拓展自己的技能和知识领域。最后，BIM技术还可以提供模拟和虚拟现实的学习环境，让工人在模拟的施工场景中进行实践和演练，提高他们的技能水平和应对复杂工程问题的能力。利用BIM技术提高工人技能水平不仅可以通过培训和实践提升他们的技术能力，还可以促进团队协作和知识共享，提高整个建筑行业的专业水平。

3.4加强施工现场安全管理

首先，BIM技术可以用于创建精确的三维模型，这些模型不仅展现了建筑物的结构和布局，还能够模拟施工过程中的各种情况。在施工前阶段，团队可以利用这些模型进行安全评估和冲突检测，识别潜在的危险和安全隐患，并采取相应的措施加以解决。其次，BIM技术可以帮助施工团队规划和优化施工流程。通过模拟施工过程，团队可以确定最佳的施工顺序和方法，避免不安全的操作和作业方式，提高施工效率的同时降低安全风险。此外，BIM还可以用于实时监控和管理施工现场。利用传感器和监控设备，可以将实时数据反馈到BIM模型中，监测施工过程中的各种参数和指标，及时发现异常情况并采取应急措施，确保施工现场的安全运行。

总的来说，BIM技术为施工现场安全管理提供了全方位的支持和工具，通过精确模拟、规划优化和实时监控，能够帮助团队预防事故，提升安全意识，最大程度地保障工人和设施的安全。

4、工程具体运用

4.1项目概况

该项目位于青岛市黄岛区海港路以东，滨海大道以南。工程总建筑面积近10万m2，由4栋高层住宅，1栋商业网点，3栋商业别墅及地下车库组成，其中3#、4#、5#楼为26层装配式住宅，高度为78.4 m，建设规模为55 001.85 m2，装配率达到50%。

4.2设计阶段应用

通过BIM软件前期深化，将设备与管道在有限空间内，进行多专业管线综合排布，布置整齐规范，美观大方。通过精心规划与设计，确保了管线布置的条理清晰，实现了管线繁多却井然有序的效果，优化前后对比如图1、图2所示。排布上，注重错落有致，确保层次分明，走向合理，以此保证管线交接点的处理得当，进而实现安装的美观性与功能性兼具，满足了高标准的施工要求。

在建筑设计中，对于有限层高的空间优化至关重要。为最大化地节约空间并增强建筑的空间感，基于BIM技术进行净高控制检查，确保管道布局与建筑设计示意图和最终施工产品紧密衔接，是确保项目成功的关键。通过统筹安排各类管线的位置，确保其既满足使用功能的需求，又实现经济效益的最大化，同时符合审美标准。这样的布局策略旨在实现成本节约以及整体观感的提升，从而打造出既实用又美观的建筑环境。

本工程共计管线碰撞1 493处，其中重大碰撞236处，通过BIM模型及时与建设单位、监理单位、设计单位等进行问题处理和解决，大大提高了工作沟通效率，节省了时间。

图1 管线优化前

图2 管线优化后

4.3生产阶段应用

构件生产阶段需要进行详图绘制和生产工艺规划，在这一阶段，BIM技术可以辅助实现三维建模、自动化生产等功能，从而提高构件生产的效率和质量。此外，在构件生产前期，BIM技术也可用于物料的考量和管理，通过对材料信息的录入和跟踪管理，能够更好地保证构件生产的质量和效率。

4.4运输阶段应用

确保构件在装载过程中受到适当的保护，使用吊装设备和垫片，避免构件发生损坏或变形。其次，选择合适的运输工具和路线，考虑构件的尺寸、重量和特殊要求，采用平板车、低平板拖车或专用运输车辆，并避免遇到限高、限宽和限重的路段。在运输过程中，保持构件稳固固定，采取防滑、防震措施，以及在需要时进行护栏、防护罩等防护措施。最后，实施实时监控和跟踪，确保运输过程安全可控，及时应对可能出现的意外情况，确保PC构件安全到达目的地。

4.5施工阶段应用

BIM技术为施工场地提供了详尽的三维立体规划，涵盖生活区、办公区、材料加工堆放场地及现场道路的全面布局，这一规划直观呈现了施工现场的全貌（图3、图4）。通过BIM技术的应用，能够确保施工现场运输道路的畅通无阻，极大地方便了施工人员的管理与调度，从而有效减少了二次搬运的需求，并显著降低了施工现场事故发生的概率。这一技术的应用，不仅提高了施工效率，还显著增强了施工现场的安全性与可管理性。

图3 施工现场图

通过BIM软件可对吊装构件进行吊装计算，并且根据计算的数值可确定吊具及钢丝绳的受力是否满足要求，同时对现场作业人员进行了安全生产教育和技术交底，确保掌握岗位的安全操作技能。

根据BIM模型的板墙排版模型出具砌体施工图，施工人员可按照排版图进行施工作业，并进行砌块明细材料统计，精确控制各个区域砌体材料用量，避免了材料的二次转运，也减少转运过程中可能产生的砌体损坏。

通过施工模拟，优化原有的施工组织计划，将4处较大波峰及1处较大波谷结合实际施工，最终优化为一处合理波峰，避免不必要窝工待工，保证了资源和进度的合理规划应用。

以BIM模型为核心，项目管理过程中的所有数据均可与模型进行关联，在轻量化浏览模型技术的基础上提升数据的更大价值。

图4 5#楼主体BIM图

5、结束语

本文对装配式建筑施工管理与控制进行了研究，提出了一些解决方案和建议。首先，本文介绍了装配式建筑的概念和特点，分析了其施工过程中存在的风险和难点。然后，本文从施工管理和控制的角度出发，提出了一些解决方案，包括采用BIM技术进行设计和施工管理、加强物流管理、提高工人技能水平、加强施工现场安全管理等。

参考文献:

[2]刘平,黄钰杰,王浩宇.BIM技术在装配式混凝土建筑中的应用[J].混凝土,2022(4):138-141,146.

[3]任星辰.装配式BIM技术在建筑全生命周期中的应用[J].铁道工程学报,2022,39(6):90-94.

[4]丁少华.基于BIM的装配式建筑全产业链项目管理模式研究[J].建筑经济,2021,42(8):67-71.