基于BIM技术的装配式建筑安装过程管理方法

朱 辉 余绍绅 符 吉

装配式建筑不同于传统现浇钢筋混凝土结构，它是根据设计图纸优化设计后进行房屋构件的工厂化生产，然后运输到施工现场进行装配的一种建筑类型，能够有效缩短现场施工工期。在建筑行业可持续发展理念影响下，信息技术在建筑安装中的应用越来越广泛，以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术为主要依托能够全面管理安装过程中的信息，以此实现安装过程中的集成化管理，提高建筑安装的工作效率。

BIM 技术是一种三维可视化信息技术，能够在不同项目阶段提供可介入和修改的三维信息，在装配式建筑多个预制构件安装过程中协调并有效整合各阶段的信息数据，从多个维度进行可视化分析和管理；在建立三维工程模型的基础上依次导入每个安装阶段的方案，并在图纸和信息较为完备的前提下对工程作出更全面的指导，实现工程信息的及时分享。本文在此基础上研究装配式建筑安装过程的管理方法，及时把控安装过程中出现的问题，提出解决方法，实现安装阶段的有效管理。

1 装配式建筑安装过程的管理方法

1.1 动态布置建筑安装场地

在安装现场准备作业时，工厂预制构件的堆放和管理是安装过程管理中最为重要的一个环节。根据安装计划和建筑楼牌号等进行预制构件分类，利用信息技术将整个需要安装的场地进行有效的动态布控和实时监测，使得预制构件和建筑主体关联，再结合不同位置的场地布置进行对应构件的堆放[1]。将所在建筑主体的堆放区进行标号，利用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）扫描技术记录信息，并通过不同构件的具体安装时间预测其存放时间和空间形态。当构件全部完成堆放场地的动态安置后，在三维模型场地模拟作用下调整多个重叠的位置，如多次设定模拟预制阳台与墙体构件的拼接手法和组合方式。另外，在保证堆放容量和构件进场的基础上合理摆放多个楼层构件，配合扫描技术全面跟踪需要吊装和安装的顺序，保证可以实时查询构件的内部信息，与模拟平台形成相互对应关系，以此完成全方位的预制构件安装跟踪。

1.2 基于BIM 技术跟踪预制构件的安装监测

装配式建筑与传统建筑的差异体现在构件的生产和制造阶段，预制构件的质量会直接影响装配式建筑的质量。因此，进入安装阶段前必须全方位跟踪和检查预制构件，并借用BIM 技术的碰撞安装技术实现主要构件的监控信息采集和整合。现场安装管理人员在BIM 平台的可视化操作下，能够实现预制构件从出厂到进入安装现场的全过程管理与监测。预制构件在生产中已设定信息标签，其名称、编号等信息均已在可视化平台中备份，管理人员根据对应名称即可在操作软件内直接搜索到有关构件的信息数据，实现构件安装阶段的全面跟踪[2]。构件进场时，管理人员要根据规划的场地按照生产批号等分别堆放预制构件。安装前，管理人员需要在读卡器读取信息后传达各部分的验收信息，核实各位置的构件是否已及时进场，并将相关信息储存在跟踪平台内。预制构件组装完成后，可在便携式设备终端追溯构件的源头，以完成质量管理的收尾工作。

装配式建筑预制构件的安装质量会影响建筑的使用年限，因此装配式建筑对于预制构件的安装精度要求较高，借助BIM 信息化技术跟踪预制构件的安装质量，可以起到一定的动态监测作用[3]。传统建筑管理方式忽略了居民居住的舒适度，在管线排布上仅考虑节省空间和安装便捷，而装配式建筑中的所有预制构件都是在考虑了建筑使用空间、使用安全以及居住舒适度等多方面因素后设计的。因此，在预制构件安装过程中需要依据设计方案进行，以便达到预期的空间设计效果[4-6]。另外，借助BIM 技术可以有效记录配件的安装情况，监测施工过程中存在的问题，当安装出现失误时可以溯源查找原因并及时解决，避免出现预制配件浪费、安装施工无法继续的问题。

1.3 实时反馈信息，完成过程管控

BIM 技术跟踪预制构件安装全过程设定下，统计每日安装进度中的材料和劳动力，及时整合有效数据，在安装过程阶段反馈高质量的信息，完成过程管控。对应安装材料和工人数量整合安装所用的构件，在完成统一调度后输入装配式建筑信息模型，利用评价和核算功能进行建筑安装过程的质量审核，以此构建装配式建筑的基础模拟安装模型[7，8]。根据BIM 技术转换的数据信息安排具体安装项目，在各个阶段内分批次传递给管理者，完成虚拟调度和实际安装过程的进度对比参照，将安装模型中存在的偏差调整到实际安装进度。装配式建筑在安装过程中受多种因素影响，以外界环境的影响因素为例，在常态反馈信息中应根据参数变化进行不同阶段的安装调整，提取不同时间段内的特征取值，将出现的相似特征数据整合到同一集合内，区分具有差异性的安装数据，完成不同安装方案的微小调整，最终保证安装全过程的规范化。

2 实验结果分析

2.1 安装流程设定

为验证本次设计的管理方法在装配式建筑安装中具有实际应用效果，以某工业化小区为例，模拟该项目内的剪力墙、内隔板以及楼梯等构件的标准化管控安装全过程。测试共分为两个阶段。

第一阶段，测试安装过程中各预制构件的布置管理，通过对各楼层预制构件的合理摆放，验证本文管理方法的有效性。

第二阶段，测试在多个预制构件发出管理请求时，不同管理方法对信息处理的吞吐量效果，以此验证不同方法的管理效率。装配式建筑现场安装调度流程如图1 所示。

图1 装配式建筑现场安装调度流程（来源：作者自绘）

图中，设计部门将建造模型交给构件生产部门进行生产，通过BIM 可视化平台录入各个构件的信息，并导出各构件的信息报表。在整个安装过程中可以利用构件自身的信息数据跟踪不同部位的安装构件，以此确定各构件的安装流程是否严格遵循设计要求，确保安装质量达标。

2.2 安装模拟实施

综合安排各个预制构件的现场调度，在考虑堆场容量和构件运输的情况下，分批保留各楼层的预制构件，根据构件内部的生产批号依次导入协同监测平台，确保每个构件都能完成信息传递和及时更新。协同平台内保存了构件记录，能够保证信息数据和构件实体形成对应关系，在此基础上添加各个楼层的安装进度信息，利用本文方法对整个楼层进行构件拆分和单体堆放管理，从而确保综合施工场地的构件安装模拟实施效果。不同构件安装模拟管理过程如图2 所示。

图2 不同构件安装模拟管理（来源：作者自绘）

图中，各个预制构件在本文管理方法下能够按照不同的楼层区域进行拆分，并在主体楼层中按照顺序进行堆放。在整个装配安装过程中，构件能够和建筑实体之间形成良性的信息对应关系，从而有效提取不同构件的相关信息请求。BIM技术为三维技术软件，可以将人工绘制的二维图纸转化为三维设计图，还可以根据建筑物的设计特点自动生成剖面图。设计人员可以根据剖面图显示的问题修改图纸，能够节约修改时间，提高图纸质量，进而提升整个建筑工程的安装进度和施工进度，保障装配式建筑的安装工期。另外，利用BIM 技术能够以视频的形式记录施工过程中的数据，准确的记录建筑中管线的位置，为后续进行管线探测和建筑维修提供依据，保证工程质量，借助BIM 技术实现对施工技术的动态管理。

2.3 结果对比分析

为进一步验证本文管理方法能够提高安装效率，以多个预制构件进入安装过程中的请求为参考，引入两组传统管理方法进行处理。在测试平台中，模拟3组方法在不同构件数量管理请求下的吞吐量，以此判断不同方法的管理效率，推断在安装管理中对整体进度的影响。以每组1 000 个预制构件的信息量作为叠加测试条件，初始构件数量为3 000 个，在请求时间和请求内容相同的情况下进行10 组测试，具体的信息管理吞吐量如表1 所示。

表1 构件数据管理的吞吐量对比结果

根据表中内容可知，在依次增加构件数量的信息请求下，本文方法的吞吐量呈现上升趋势，说明在有效数据请求过程中，使用本文方法能够及时管理增加的数据。在上述情况下，两组传统方法的吞吐量增加效果不明显，且整体吞吐量不到本文方法的一半，说明在大量构件信息发出请求时，使用传统方法不能有效管理整合数据信息，导致整个装配式建筑周期延长。

3 结语

本文通过BIM 信息管理技术手段研究装配式建筑安装过程的管理方法，在动态监测安装过程的前提下进行预制构件安装的实时跟踪，整合分析提取的信息并根据分析结果进行调整。

实验结果显示，本文方法在不同的预制构件安装组合中能够有效提取信息数据，并且较好地完成装配式建筑的施工全周期安装跟踪管理，具有实际应用效果。