基于BIM技术的装配式建筑智能建造技术研究.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 3月Mar.2024第6卷 第3期Vol.6 No.30 引言传统的建筑方式因其低效率、高能耗、周期长等缺点已经无法满足现代建筑的需求1。近年来，建筑建造时的人工成本逐渐增加，因此发展智能化、信息化的装配式建筑成为建筑业的主要方向2-3。基于 BIM 技术的装配式建筑智能建造技术能够提高建造效率、降低成本、减少资源浪费，为建筑业的转型升级提供了新动力4。何梦瑶等5分析了绿色发展背景下装配式建筑和 BIM 技术的结合对建筑持续可持续发展的影响。汪俊等6分析了装配式建筑构件智能生产中 BIM 技术的应用效果，为装配式建筑提供了方向。本文以某装配式住宅小区为例，从装配式施工、装配式构件制作和安装方面，分析了 BIM 技术在装配式建筑智能建造中的应用效果，为类似项目提供了指导和借鉴。1 工程概况某装配式住宅小区共有 4 栋居民楼（1 4#）和 1栋商业楼（G1#），居民楼中 15 层高和 28 层高均有 2栋，小区总建筑面积为 52 082.93 m2，地下面积和地上面积分别为 15 972.25 m2和 36 131.68 m2，项目各建筑均为装配式建筑，装配率大于 65%。1 4#楼上部结构类型均为剪力墙结构，但 1#楼收稿日期：2023-11-14作者简介：倪子渊（1983），男，山东威海人，本科，工程师，研究方向：建筑工程。通讯作者：司丽媛（1984），女，山东济南人，本科，工程师，研究方向：建筑工程。基于 BIM 技术的装配式建筑智能建造技术研究倪子渊，景玉文，司丽媛（济南四建（集团）有限责任公司，山东 济南 250000）摘 要：以某装配式住宅小区为例，从多个方面分析了 BIM 技术在装配式建筑智能建造中的应用，并通过 BIM 技术平台搜集和监测成本信息和进度信息，分析装配式建筑中 BIM 技术的应用效果。研究结果表明：基于 BIM 模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安装的机械化，减小了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果。通过 BIM 技术减少的工程总费用达到 472 万元，表明 BIM 技术在装配式建筑的建造中有较大的应用价值，通过 BIM 智能建造技术能够优化装配式施工工艺，增大装配率，减小工程成本，将工程项目的效益最大化。BIM 技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。关键词：装配式建筑；BIM 技术；智能建造；工程成本；施工工期中图分类号：TU17;TU741文献标识码：A文章编号：2096-6903(2024)03-0034-03基础为筏板基础+天然地基，800 mm 为筏板厚度；2#楼基础为筏板基础+钻孔灌注桩，900 mm 为筏板厚度；3#楼基础为筏板基础+钻孔灌注桩，1 150 mm 为筏板厚度。G1#商业楼上部结构和地下室均属于框架结构，基础为独立基础。项目各建筑相关参数如表 1 所示。2 项目难点装配式建筑智能建造中 BIM 技术的应用2.1 BIM 施工模型的优势装配式建筑的主体建造、设备安装和后期管理均是在不同阶段、不同时间进行的，每部分工作要求细致且复杂。以 BIM 模型为基础进行设计构件、生产构件、运输构件等全生命周期的精细化管理，可以实现施工过程中现金流、信息流、物资流的高效管理，将碎片化的管理进行整合。通过对 BIM 施工模型的可视化挖掘，能够以最佳方式布置装配式构件，并协调各专业关键点进度与施工安排。BIM 技术实现了装配式建筑施工全流程的自动化管理，不同供应商生产的构件或设计各构件之间的协调，构件的追踪登记、材料使用量的计算等信息全都以BIM 模型为基础统一管理。智能建筑与设计施工楼编号地下层数/层地上层数/层建筑高度/m1#21546.22#31546.23#22885.24#22885.35地下车库207.7G1#028.85表 1 各建筑相关参数2024年 第3期 35 基于 BIM 施工模型，通过碰撞检测可在施工前发现潜在的问题，从而减少工人现场修补与调整时间并降低出错率，实现装配式建筑施工全流程的数字化、集成化与系统化管理，有效提升施工效率、安全、质量和管理水平，并且为后续的检修、维护、改造、升级等提供了重要的前期数据支持。局部管线 BIM 模型深化示意图如图 1 所示。为了高效管理和排布装配式建筑的施工进度计划，以 BIM 三维模型为基础整合各施工阶段的时间信息，输出为动态的四维可视化模型。通过施工进度管理软件建立施工任务、进度计划表，其中包括各项工作的起始和结束时间，输出为详细的进度计划文件，并保存为与 BIM 软件接口相匹配的文件格式。将特殊格式文件输入至 BIM 软件中，与 BIM 模型相结合形成动态可视化四维模型。BIM 三维模型中涵盖了建筑中各构件的物理信息和尺寸信息，如墙体的厚度、材质、颜色等，所用模型结合进度计划中的时间序列能够真实、形象地反映出建筑的施工步骤和场景，具备强大的动画演示功能。2.2 基于 BIM 技术的构件制造相比传统的现浇法施工，预制装配式混凝土建筑施工具有施工速度快、节能环保、质量保证、设计灵活性和成本效益高等优点。在装配式建筑的设计建造过程中，构件的制作起到关键性的作用，但由于装配式建筑构件尺寸较多、构件种类多样，因此制作构件时信息的输入和管理十分重要。通过 BIM 技术，将建筑的各个部分拆解为形状、大小均标准化的构件，如预制板、预制梁、窗、门等。在建立 BIM 模型时，需要建立完善独属于每个构件的信息 ID，信息 ID 内包括构件的编号、尺寸信息、材质信息、位置信息等，通过这些信息，可以有效地管理和图 1 局部管线深化示意图表 2 基于 BIM 技术的装配式施工造价减小情况图 2 基于 BIM 技术的装配式建筑施工进度分析结果追踪构件的生产、运输和安装过程。在完成 BIM 模型后，可以将模型数据导入到生产设备中，进行构件的工业化生产。在这个过程中，可以借助信息化技术，如计算机等，实现从最初设计、工厂制作以及现场安装的全过程信息化、智能化的管理。2.3 结合 BIM 模型的构件装配装配式建筑在施工时类似于搭积木，将提前在工厂制作好的构件运送到施工场地，并根据图纸将各个构件连接牢固。通过 BIM 技术建立三维建筑模型，根据 GIS 地理信息系统以及无人机设备对施工现场中生产车间、材料存放仓库、机械设备等位置进行规划排布，结合施工进度时间序列，达到模拟 4D 施工生产的目的。它能够支持较为生动直观的动画交底，实现装配式建筑的数字化智能生产，达到提高管理质量、施工速度以及降低工程成本的目的。在实际施工开始之前，通过 BIM 模型的虚拟装配，可以模拟实际施工过程，提前发现和解决装配中的问题，提高现场装配的效率和成功率。对于该装配式住宅小区，在施工时根据建立的BIM 模型对工程量进行统计，对相关安装工程进行模拟，并组建 BIM 综合信息管理平台，实现多专业、各阶段的协同施工，集成整理大量多源异构数据，对构件的预制、现场的装配、安装以及验收进行指导。基于BIM 模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度施工成本优化类别节省费用/万元装配率控制241外墙立面施工82配电间施工16给排水管道优化25外墙板施工优化79叠合板施工优化29倪子渊，景玉文，司丽媛：基于 BIM 技术的装配式建筑智能建造技术研究智能建筑与工程机械 36 第6卷上提高了工程安装的机械化，减少了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果，为城市建筑智慧数字化建设提供示范。3 基于 BIM 技术的建筑智能建造效果分析基于 BIM 技术的装配式施工造价降低值如表 2 所示。从表 2 中能够看出，通过 BIM 技术减少的工程总费用达到 472 万元，其中在施工装配式建筑时通过BIM 技术控制装配率时所减少的工程成本最高，为 241万元。通过 BIM 技术可视化对内外墙施工进行优化，所减少的工程费用为 82 万元。配电间施工部分仅减少16 万元。由此能够得出，BIM 技术在装配式建筑的建造中有较大的应用价值，通过 BIM 智能建造技术能够优化装配式施工工艺，增大装配率，减小工程成本，将工程项目的效益最大化。装配式建筑施工进度分析结果如图 2 所示。在图2 中，A、B、C 曲线分别表示最早开工、最晚开工以及结合 BIM 技术得出的施工计划曲线，项目总工期为720 d。从图 2 中能够看出，在整体上 3 条曲线均呈现为 S 形，项目施工速度呈现出初期缓慢，中期较快，后期缓慢收尾的趋势。在项目的前半个阶段内，结合 BIM 技术的施工进度 C 曲线位于 A、B 两曲线之间，表示该工程进度在工期进度要求之内。当在项目的后半个阶段内时，C 曲线超过了 B 曲线，这表示该曲线代表的完成工作量大于计划工作量，即表示施工进度超前，通过 BIM 技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。4 结束语以某装配式住宅小区为例，从装配式施工、装配式构件制作和安装方面分析了 BIM 技术在装配式建筑智能建造中的应用效果，主要得出以下 3 个结论。第一，BIM 三维模型中涵盖了建筑中各构件的物理信息和尺寸信息，结合进度计划中的时间序列能够真实、形象地反映出建筑的施工步骤和场景，具备强大的动画演示功能。基于 BIM 模型的装配式工业化和信息化施工，在很大程度上提高了工程安装的机械化，减小了人力成本，达到了精细化与可视化的施工目的以及“实模一致”的施工效果。第二，通过 BIM 技术减少的工程总费用达到 472万元，其中通过 BIM 技术控制装配率时所减少的工程成本最高，为 241 万元。通过 BIM 技术可视化对内外墙施工进行优化所减少的工程费用为 82 万元。第三，结合 BIM 技术的施工进度 C 曲线超过了 B曲线，这表示该曲线代表的完成工作量大于计划工作量，即表示施工进度超前，通过 BIM 技术不仅能够降低工程成本，还能够缩短施工工期，实现降本增效。参考文献1 孙玉芳,吴霞,何孟霖,等.基于BIM+物联网技术的装配式建筑全过程质量管理研究J.建筑经济,2021,42(5):58-61.2 刘自昂,郭婧娟.基于BIM的装配式建筑施工成本控制研究J.建筑经济,2022,43(3):40-46.3 庄智严.BlM技术在建设工程施工管理应用研究J.中国建设信息化,2022(13):56-57.4 新磊,鞠东鹏,程荣国,等.基于BIM的医院建筑智慧运维技术及应用J.中国住宅设施2022(12):57-59.5 何梦瑶,李伟丽,冯雨欣,等.绿色建造背景下BIM技术与装配式建筑融合研究J.科技创新与应用,2023,13(13):181-184.6 汪俊,陈艳颜.基于BIM的装配式构件生产与智能化管理应用J.广东建材,2023,39(11):146-150.