基于BIM的装配式建筑全产业链项目管理模式研究

作者:丁少华
单位:上海临港新兴产业城经济发展有限公司
摘要:本文在装配式建筑和BIM技术的契合性分析基础上,以临港重装备产业区H36-02地块项目为依托,在传统建造模式(DBB)背景下,研究BIM技术在装配式建筑在设计、生产到施工的全产业链项目管理组织架构、数据传递机制及工作流程,为未来类似装配式建筑的项目管理实施提供借鉴。
关键词:BIM装配式建筑全产业链项目管理RFID
作者简介:丁少华,男,生于1962年,上海人,高级工程师,研究方向:装配式建筑、BIM技术应用。
基金:上海市科学技术委员会科研计划项目“公共建筑群信息化智能建造平台研究与智能运维技术工程示范”(18DZ1205701);上海市科学技术委员会科研计划项目“公共建筑群智能运维技术研究”(18DZ1205707)

1 引 言

在建筑工业化的发展背景之下,装配式建筑具有节能环保、节约人工和产业化程度高的优点成为了新的发展热点,作为一种新型绿色建造方式,装配式建筑强调标准化、工厂化和装配化,有利于摆脱粗放型的传统生产方式,进而实现工程建造方式的工业化,以及建筑产业的现代化。

然而我国装配式建筑在管理模式上仍面临着管理效率低下的问题,主要体现在全产业链信息传递割裂和参建方之间的协同管理效率低下。而BIM技术因其实时性和交互性等优势,为探索装配式建筑的全新管理模式提供了新的契机。BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型,它是在建设工程及设施全生命期内,对其物理和功能特性进行数字化表达,并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。利用信息建筑信息模型技术,可以实现以三维可视化为特征的建筑信息模型信息集成,从而可以有效地提高装配式建筑从设计到运维的全产业链信息共享和管理效率,实现装配式建筑的精益化项目管理,推动装配式建筑的发展。

本文以BIM技术为载体,探索装配式建筑全产业链的项目管理模式,构建组织架构、打造数据传递机制,梳理各阶段工作流程,以改善传统设计、生产和施工各阶段间的割裂状态,实现信息在全产业链中的高效传递和各参建方的协同管理,并通过项目实例对管理模式进行验证,助力一体化数字建造。

表1 装配式建筑参建主体信息流   

表1 装配式建筑参建主体信息流

2 装配式建筑参建主体与全产业链

2.1 参建主体

与传统建筑相比较,装配式构件的出现增加了构件供应商这一角色。构件供应商是衔接设计和施工的桥梁,是保障构件质量的关键,重要性不言而喻。因此从横向合作的角度出发,装配式建筑项目的实施对各参建主体之间的紧密协作提出了更高的要求。

2.2 全产业链

生产环节的引入将传统“设计—施工”建造模式转变为“设计-生产-建造”的全产业链模式,现通过梳理,将设计阶段分为方案设计、初步设计、施工图设计和PC深化设计4小阶段,生产阶段分为生产准备阶段、加工阶段和存储、运输阶段3小阶段,施工阶段分为施工准备、进场、存放阶段、构件安装、构件连接和验收5小阶段,共计12个阶段,如图1所示。全产业链的加长使得装配式建筑各参与方之间形成了大量的信息,现梳理如表1所示。由于传统管理模式下各个环节运行相对独立和割裂,全产业链中各参建之间产生的大量复杂的信息传递不流畅,上下游企业合作效率低下。

因此,传统的割裂式的管理方式难以满足这种全新的建造方式的管理需求,装配式建筑的管理方式亟需转变。从纵向的产业链管理角度来看,整个产业链的项目管理模式需要被重塑,从而打通上下游企业的信息壁垒,提升信息传递和企业合作效率,减少流程冲突和资源浪费。目前我国装配式建筑产业链尚未形成体系,缺乏科学管理机制和信息共享机制,这对装配式建筑全产业链的科学管理和信息传递效率提出了挑战。

图1 装配式建筑全产业链

图1 装配式建筑全产业链

 

3 装配式建筑和BIM技术的契合性分析

装配式建筑各参建主体在全产业链的项目管理中将产生、传递、交互大量复杂的信息。而“信息孤岛”现象是造成目前装配式建筑项目低效率和高浪费的主要原因之一。如图2所示,在项目的全生命周期中看,理想中的项目信息应是红色线条所示,随着项目阶段的推进不断增长,而在项目实际实施过程中,各阶段之间的割裂阻碍了信息的高效传递,在阶段衔接处出现的断点意味着信息的丢失。而日趋成熟的BIM技术可以改变传统基于纸质转换信息的机制,通过充分利用BIM技术的操作可视化、信息实时性和交互性等特性,建立基于全产业链的BIM信息协同管理平台,横向可以实现众多参建方的协同管理,纵向可以保障信息的高效传递。其次,利用BIM技术,可以在设计阶段提升装配式建筑设计效率、实现标准化设计,通过和RFID技术的结合,可以在生产阶段优化构件生产流程、加快构件生产进度,在施工阶段通过工序模拟和进度模拟优化施工方案和生产计划等。

图2 建筑工程中的信息回流

图2 建筑工程中的信息回流

 

综上所述,通过BIM技术可以有效地提高装配式建筑设计、生产和施工一体化的管理水平,使装配式建筑全产业链更加紧密,对于解决装配式建筑项目所存在的全产业链流程长产生的“信息孤岛”和参建方过多而产生的“管理效率低下”问题具有很高的契合性。

4 基于BIM技术的装配式建筑全产业链项目管理模式研究

4.1 传统DBB模式下BIM技术实施的难点

DBB模式是目前运用最为广泛的模式。在该模式下,业主作为管理的核心分别与设计、总包、监理单位签订合同,施工单位再采购合适的构件供应商。整个平行发包的管理模式,使得设计、生产和施工存在天然上的割裂,信息的流通和参建方之间的协同管理难度大,业主的沟通协调工作也会大大增加。因此业主会聘请独立的BIM咨询单位承担全过程的BIM咨询管理工作,通过BIM技术的运用来最大限度的减少该传统模式的缺点,提升项目的管理效率和信息集成度。以下将从项目组织管理、信息传递机制和工作流程等3方面来阐述在DBB模式下基于BIM技术的装配式建筑全产业链项目管理模式。

图3 基于BIM的装配式建筑项目管理模式

图3 基于BIM的装配式建筑项目管理模式

 

4.2 基于BIM的装配式建筑项目组织管理

围绕建设单位、设计单位、BIM咨询单位、构件供应商、总包单位、监理单位6大主体的组织架构,通过BIM协同平台的搭建,组建业主为核心,BIM咨询单位辅助的多主体项目组织管理模式(如图3所示)。在这种“业主主导—咨询辅助—全员参与”的项目管理模式下,BIM咨询单位将协助业主建立基于BIM的协同管理平台,整个装配式项目的信息都将存储在协同平台数据库中,各参建方通过该平台根据自身需求在BIM平台中选取所需信息,实现全产业链的信息交互和协同管理。

4.3 基于BIM的装配式建筑信息传递机制

装配式构件作为装配式建筑管理的核心,其信息分为几何信息与非几何信息,在全产业链中的信息传递机制如图4所示。在设计阶段,信息通过BIM模型的深化实现传递,模型深化设计完成后流转至生产和施工阶段时,模型几何信息不再变化,而过程中不断产生的非几何信息则通过物联网(RFID)技术与协同平台的挂接实现信息的传递。

4.4 基于BIM的装配式建筑项目管理工作流程

装配式建筑全产业链分为设计、生产和施工等3大阶段,具体协同管理流程详见图5。

在设计阶段,设计单位负责施工图模型的设计,并协同构件厂完成装配式构件深化模型的设计,BIM咨询单位负责创建贯穿全产业链的装配式构件编码体系,奠定装配式构件的“数字化”管理的基础。

在生产准备阶段,BIM咨询单位负责建立基于BIM的协同平台,并协助施工单位完成BIM模型与进度的挂接、编码的录入工作,实现RFID与装配式构件的挂接,为后续生产和施工过程的动态化管理做好技术支撑。

图4 基于BIM的装配式建筑信息传递机制

图4 基于BIM的装配式建筑信息传递机制

 

图5 基于BIM的装配式建筑项目管理工作流程

图5 基于BIM的装配式建筑项目管理工作流程

 

在后续构件生产至吊装阶段的动态管理中,构件厂商将负责构件生产状态的扫码确认及生产、出厂、运输资料的上传,施工单位将负责构件进场状态的扫码确认及进场、吊装完成的资料的上传,监理单位负责构件出厂、吊装完成状态的扫码确认及验收资料的上传。

业主全程主导,BIM咨询单位负责流程的策划与监督,设计、施工、监理及构件供应商全程参与,形成了基于BIM的全产业链的数字化管理体系,提升了项目的精益化、信息化和数字化管理水平。

5 基于BIM技术的装配式建筑全产业链项目管理模式应用案例

5.1 项目概况

以临港重装备产业区H36-02地块项目为案例进行应用。案例项目位于浦东新区重装备产业区和物流园区内,项目整体用地面积为84456平方米,其中地上建筑面积约170000平方米,地下建筑面积约43000平方米。本项目园区由总共24栋建筑组成,其中高层建筑7栋,多层建筑17栋,地上层数4~12层。本项目建筑单体上部结构体系均采用预制装配式结构,装配式建筑面积约170000平方米,单位预制装配率到达40%~45%。

5.2 设计阶段应用概况

本项目在设计阶段面临着装配式构件种类和样式繁多、出图工作量大的挑战,同时还需要保证装配式构件深化的精度及细度。因此设计单位利用BIM技术进行构件的标准化拆分设计,并协同构件供应商优化PC族库。通过BIM技术及协同平台,构件供应商可以在施工图设计模型的基础上直接调用所需信息进行深化设计,完成深化模型的更新,实现信息的集成和传递。最终创建包含桁架钢筋叠合板、预制双T板、预制框架梁等共计8类构件的族库,提升了设计效率和质量,实现类标准化设计,降低了装配式建筑设计误差。

同时,并在BIM咨询单位的协助下,通过编码打造装配式构件的ID,为实现构件全产业链的动态管理与信息跟踪打下基础。

5.3 生产阶段应用概况

生产阶段,构件供应商面临着设计图纸管理混乱、计划、生产及运输管理的挑战。因此,构件供应商根据施工单位的施工进度计划倒排自身的运输及生产加工计划,确保生产与施工的匹配,并通过BIM模型提取生产所需信息。借助RFID技术挂接模型与构件,实现从构件生产、出厂检验到构件运输3个环节的动态管理,在这个过程中,生产厂家与BIM咨询单位、总包单位和监理单位密切合作,分工明确,扫码更新构件动态,上传数据资料至平台,实现信息的集成与共享,使得各参建方能够准确掌握构件在生产阶段的信息,例如构件生产厂家负责出厂合格证书、产品质量保证书、混凝土强度报告等数据的上传。解决了“构件繁多易混淆、信息复杂易混乱”的问题,实现了生产过程中构件的精细化管理。

5.4 施工阶段应用概况

施工阶段,施工方面临构件管理易混淆和安装效率低下的风险。因此本项目施工单位在施工准备阶段,利用BIM技术开展4D模拟应用,实现进度的可视化管理,辅助装配式构件施工工期优化。同时利用BIM技术附加施工工艺、顺序等信息,进行施工过程的可视化模拟,优化装配式构件施工专项方案,提高安装准确性,降低建造和时间成本。

借助RFID技术,实现构件进场存放、安装及验收的动态管理,通过BIM的协同平台实现构件施工阶段的状态变化及资料同步,最终完成所有施工信息和资料的可追溯,实现全产业链的信息共享、整合和归档集成。BIM+RFID技术的运用保障了装配式构件的全过程追踪管理和信息协同,降低了施工过程中构件找错或丢失的风险,实现了质量、信息的可视化,有利于降低工期风险。

6 结 语

针对装配式建筑参建方之间协同管理和全产业链信息传递低下的问题,引用BIM技术到装配式建筑的项目管理实践中势在必行,也是我国建筑改革发展向精益化转变的必经之路。本文通过实际案例的运用,探索BIM技术与装配式建筑在项目管理的融合,体现BIM技术在装配式建筑中的应用价值,使装配式建筑从设计、生产到施工全产业链的更加紧密、合理,为未来类似装配式建筑全产业链项目管理实施提供新的思路和借鉴。

 

参考文献[1] 张家昌,马从权,刘文山.BIM和RFID技术在装配式建筑全寿命周期管理中的应用探讨[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2015(2):39-41.
[2] 戴文莹.基于BIM技术的装配式建筑研究[D].武汉:武汉大学,2017.
[3] 张玥,李卫东,刘美霞,等.我国装配式建筑产业链构建和运行机制探讨[J].住宅产业,2016(10):35-40.
[4] 李建成,王广斌.BIM应用导论[M].上海:同济大学出版社,2015.
Research on the Whole Industry Chain Project Management Mode of Prefabricated Building Based on BIM
DING Shaohua
(Shanghai Lingang New Industrial City Economic Development Co.,Ltd)
Abstract: The paper analyzes the compatibility of prefabricated buildings and BIM technology,then based onthe case study of H36-02 project of Lingang Heavy Equipment Industrial Zone,the paper studies BIM-based project management organization structure,data transfer mechanism and work flow in the whole industry chain from design,production and construction,which provides a reference for the implementation of similar prefabricated construction project management in the future.
Keywords: BIM; prefabricated building; whole industry chain; project management; RFID
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