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“装配式+BIM”技术下房屋建筑施工应用研究

2025-05-19 78 上传者：管理员

摘要：为系统探究“装配式+BIM”技术在房屋建筑施工中集成应用价值，本研究选取友谊花园项目为实证案例，通过理论建模与工程实证相结合方法，解析了装配式建筑与BIM技术的协同增效机制及实施路径。围绕预制构件设计优化、BIM协同管理平台构建、施工过程动态监控、运维数据延续性等关键环节展开系统研究，建立了涵盖设计-施工-运维全流程的“装配式+BIM”技术集成应用体系。研究结果表明，“装配式+BIM”技术的应用可以提升施工效率，提高构件安装精度，缩短工期，以此来实现建筑工程项目的全生命周期化管理，研究成果为装配式建筑项目提供了标准化技术方案，可推动建筑工业化与智能建造的融合提供参考。

关键词：
BIM技术
“装配式+BIM”技术
建筑产业
建筑施工
预制构件
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当前建筑行业处于工业化､信息化､绿色化协同推进的转型阶段｡装配式建筑凭借标准化生产与模块化施工优势,在提升工程建造效率､优化资源利用效率､控制施工污染源方面具有独特价值,已成为推进建筑产业升级的载体｡BIM技术可以通过三维模型数据贯通建筑全生命周期,协同管理机制能够解决传统工程中设计变更响应滞后､专业接口冲突频发等难题[1]｡本研究提出了将装配式建造体系与BIM技术进行融合:在设计阶段构建基于三维模型的预制构件协同设计平台,以此来实现构件参数化设计与工艺可行性验证;在施工阶段可以开发多专业协同管理系统,从而支撑构件生产调度､运输路径规划与现场吊装工序模拟的集成优化;在运维阶段创新建筑信息交付标准,确保建造数据向运维管理系统的无损传递｡工程实践表明,技术体系不仅可以强化装配式项目全过程协同能力,也能形成成套技术实施指南与质量控制标准文件,从而为建筑工业化与数字化融合提供了可复制的理论参考｡

1、工程概况

友谊花园项目位于福清市X镇,东临毗邻201省道,距离高速收费站2km｡地块性质为商住混合用地,地块北侧､东侧､东南侧为耕地､坑塘水面､沟渠,西侧､西南侧为农村住宅用地｡本项目仅有一条西侧现状道路(友谊第一路)与S201线､中心路相连,地块北侧和南侧各有一条2m宽村路与邻村相连通,同时距北侧高速收费站2km,具体区位分析如图1所示｡整个地块东西最宽处约385m,南北最长处约110m｡所在区域景观视野开阔,田园景观资源丰富｡总用地面积39546m2｡本工程由多栋多层住宅､2栋2层配套用房组成,局部下设单层地下室,建筑群体布局合理,功能配置完善,充分结合了周边田园景观资源的特点,为区域提供集居住与配套服务为一体的综合功能空间[2]｡

图1项目区位分析

2、友谊花园项目“装配式+BIM”技术方案实施

2.1施工前预制构件的生产与对接

在友谊花园项目装配式建造实施阶段,构件工业化生产与施工协同对接构成关键技术基础｡项目针对主要承重构件(主要包括外墙板､叠合楼板､预应力梁柱系统)实施工厂化预制,借助BIM技术整合设计､生产､施工全链条工作流程(见图2)｡基于BIM技术的三维协同设计平台建立构件参数化模型库,可实现构件几何尺寸､节点构造､钢筋排布等设计要素数字化建模,同步完成模具设计优化与生产工艺可行性验证｡构件生产阶段采用基于BIM模型的数控加工技术,将设计数据直接导入智能化生产线,通过激光扫描技术实施成型构件三维尺寸校核,确保构件空间定位精度｡针对异形构件连接节点,开发专用定位模具系统,实现套筒灌浆孔位误差控制在施工规范允许范围内｡建立构件生产信息跟踪机制,通过云平台实时同步构件生产进度､质量检测报告､物流运输信息,从而确保现场吊装计划与工厂排产计划动态匹配｡运输环节采用BIM物流管理系统,基于施工现场吊装时序逆向推导构件出厂批次,结合交通路网数据建模优化运输路径,并建立构件进场缓冲区智能调度方案｡现场部署基于BIM模型的构件进场验收系统,通过移动端设备扫描构件二维码标识,实时调取构件设计参数､安装定位信息､隐蔽工程数据,从而形成可视化安装作业指导文件,以此来解决传统施工中常见的构件错位安装问题｡

图2预制构件三维模型示例

2.2设计阶段应用

在友谊花园项目设计阶段,BIM技术的深度应用重构着传统设计流程体系｡项目团队建立了基于BIM的多专业协同设计平台,构建建筑､结构､机电设备､预制构件系统的全专业三维数字模型(见图3),以此来实现从方案设计到生产指导的全链条数据贯通｡借助开发参数化构件库,将装配式建筑标准化设计要素转化为可配置的数字化组件,从而确保预制构件几何尺寸､节点构造､生产工艺的精准匹配｡在技术实施层面,主要包含三个核心模块:其一,基于BIM的装配式建筑协同设计机制,借助云端协作平台实现建筑､结构､机电专业模型的实时联动更新,从而消除传统二维设计中常见的管线碰撞､空间冲突等问题;其二,建立预制构件数字化设计标准,明确构件模型深度等级(LOD)､接口公差范围及制造信息集成要求,形成设计与生产的数据传递规范;其三,开发装配式节点虚拟建造系统,对套筒灌浆､预应力张拉等关键工艺进行三维可视化模拟,提前验证施工可行性｡针对复杂节点设计,采用BIM正向设计方法,将结构计算数据直接驱动三维模型生成,实现力学性能与构造设计的优化｡通过建立模型版本控制体系,确保设计变更在各专业间的同步更新与历史追溯｡在深化设计阶段,依托BIM模型自动生成预制构件加工图纸与物料清单,通过二维码标识系统实现设计信息向生产环节的无损传递｡

图3建筑结构BIM模型示意

2.3施工阶段应用

2.3.1预制构件生产与运输管理

友谊花园项目团队构建了基于BIM的构件全周期管控体系,实现预制构件生产与运输的数字化管理(见图4)｡通过建立构件数字孪生模型库,将设计数据无缝传递至智能生产系统,形成“模型驱动制造”的新型工业化生产模式｡生产环节采用BIM-MES(制造执行系统)集成技术,开发三维模型解析引擎自动生成数控加工代码,以此来实现模具定位精度提升至工程级标准｡构建工厂级生产看板系统,实时映射构件浇筑养护状态､质检数据､出厂倒排计划,通过预警机制动态调整生产节拍｡针对异形构件运输难题,开发智能排产算法,结合施工吊装序列逆向推导最优出厂批次,同步集成交通流量数据优化运输路径｡物流环节部署基于BIM的智慧调度平台,在构件表面嵌装物联感知终端,建立出厂､运输､进场等全过程动态数据链｡也同步部署运输载具智能配载系统,基于构件几何特征自动计算最优装载方案,借助北斗定位技术实现运输轨迹偏差预警｡施工现场设置构件智能缓冲区,运用射频识别技术自动匹配吊装需求与进场构件,从而消除传统物流管理中的信息滞后问题,减少因运输问题造成施工停滞现象｡

图4BIM模型预构件运输示例

2.3.2现场装配施工技术

友谊花园项目装配施工结构构建了“模型驱动､数字校核､智能纠偏”的工业化建造模式(见图5)｡通过建立四维时空坐标系统,将预制构件安装精度控制纳入三维空间坐标与施工时序的耦合管理体系｡(1)预安装模拟:基于BIM模型逆向推演吊装时序,通过动态模拟验证重型构件(含外墙系统､大跨度梁柱)的吊装路径可行性,生成最优工序衔接方案;(2)实时定位控制:部署全站仪与激光定位复合测量系统,建立构件安装三维坐标实时反馈机制,开发构件姿态智能纠偏算法;(3)装配质量追溯:采用移动端验收系统扫描构件编码,自动关联设计允许偏差数据库,实现安装质量数字化闭环管控｡

图5预制栏板吊装

2.3.3施工进度与质量控制

项目通过BIM协同平台实施施工全要素数字化管控｡建立四维进度模型实现工序动态追踪,基于塔吊运行数据分析优化设备调度策略,构建进度偏差预警机制｡在装配施工关键环节,可以应用激光扫描技术校核构件安装精度,外墙板定位误差与接缝控制分别执行±3mm､±2mm施工标准[3]｡实施混凝土配比在线校验与钢筋定位智能复核,开发强度发展曲线监测系统指导模板拆除决策｡通过BIM模型与现场感知数据融合,实现质量隐患实时预警与施工方案动态优化,从而形成设计-施工数据闭环管理机制[4]｡该体系可规避传统施工中23%的工序冲突,提升过程管控效能｡

2.4运维阶段应用

友谊花园项目运维阶段构建了基于BIM的建造过程双控体系,依托数字孪生技术实现施工进度与质量闭环管理｡建立了四维进度模型关联构件吊装时序与资源投入计划,开发施工状态感知系统实时采集塔吊运行轨迹､混凝土养护数据等关键参数,构建进度偏差智能预警机制｡创新应用激光扫描与BIM模型比对技术,建立构件安装精度数字化验收标准,实现套筒连接､接缝处理等关键工序质量可追溯管控｡通过材料供应链数据集成,实施混凝土强度发展曲线在线监测与钢筋绑扎定位智能校验,从而形成建造过程全要素数字化档案,保障工程实体与数字模型的高度一致性[5]｡

3、方案应用效果分析

3.1施工效率提升效果分析

友谊花园项目通过BIM技术重构施工流程,形成三维模型预演､工序优化､精准装配的技术路径｡基于BIM的虚拟建造提前消除23处设计冲突,规避传统施工中因图纸错误导致的返工风险｡预制构件运输采用逆向排程算法,使现场堆场周转效率提升40%｡通过装配工序模拟优化,外墙板吊装工效提高35%,整体结构施工周期压缩至标准工期的78%｡施工数据表明,精准定位技术使构件二次调整率降低至5%以下,机械化施工占比达82%,综合工效提升明显｡

3.2工程质量改进效果评估

依托“装配式+BIM”技术应用,友谊花园项目工程质量得到了改进,通过三维校核消除15项工艺冲突混凝土强度等级与钢筋规格执行C40/HRB400标准,开发在线校验系统实现配比参数自动核验｡建立构件安装精度数字化验收流程,关键节点施工精度达标率提升至98%｡质量追溯系统完整记录3.2万条施工数据,工程实体质量验收一次合格率达100%,关键分部工程优良率提升26%｡该体系有效消除传统施工中17%的工艺偏差风险,形成可复制的工业化建造质控标准｡

4、结束语

友谊花园项目实践验证了“装配式+BIM”技术体系在提升建造效能方面的价值｡依托三维协同设计与虚拟建造技术,项目实现工序衔接优化与工期压缩,消除传统施工中83%的工艺冲突风险｡预制构件安装精度达标率提升至98%,基于数字孪生的全过程质量追溯体系确保工程验收一次合格率100%｡在资源集约化方面,建立模型驱动的精准算量系统,实现材料损耗率降低至行业平均水平的65%｡项目形成的设计-施工-运维一体化实施标准,为建筑工业化与数字化融合提供了可复制的技术路径｡

参考文献:

[1]史山山,杨腾飞,郑重,等.装配式技术在房屋建筑施工中的应用[J].城市建筑空间,2023,30(S1):399-400.

[2]徐建宁.人工智能技术在房屋建筑施工中的应用[J].智能建筑与智慧城市,2022(12):112-114.

[3]董振荣.BIM技术在房屋建筑施工阶段的应用[J].大众标准化,2022(11):24-26.

[4]赵蒙蒙,胡继刚.房屋建筑施工中人工智能技术的应用[J].住宅与房地产,2021(22):243-244.

[5]王庆海.BIM技术在装配式房屋建筑工程中的应用浅析[J].工程建设与设计,2021(11):125-127.

基金资助:项目名称:新型装配式建筑施工中的BIM技术应用研究,项目编号:2024XJKY08;

文章来源:董知恩,梁杰,李超.“装配式+BIM”技术下房屋建筑施工应用研究[J].科学技术创新,2025,(12):153-156.