装配式高层公寓的智慧化建造技术

装配式高层公寓的智慧化建造技术

高艳军 陈子琪  刘权铭

天津市水利工程集团有限公司

摘要：本研究探讨了BIM技术在装配式高层公寓建设中的应用，旨在通过智慧化建造技术优化项目管理和提高建筑质量。通过引入BIM技术，项目能够在设计初期阶段进行精确的模拟和预测，有效避免施工过程中的冲突和返工。研究结果显示，利用BIM进行碰撞检测、模型快速提量和深化设计，不仅显著提升了设计和施工的精度，也减少了工期和成本。此外，BIM技术的应用还促进了施工现场的安全管理和质量控制，通过实时数据监控，提高了工程管理的透明度和响应速度。本研究证实了BIM技术在提高装配式建筑项目效率和质量方面的重要性和有效性。

关键词：BIM技术, 装配式建筑, 智慧化建造, 项目管理, 建造质量

引言：

在当前建筑行业迅速发展的背景下，装配式高层公寓因其建造速度快和成本可控而受到广泛关注。本文探讨了BIM技术在装配式高层公寓建造中的应用及其带来的变革。通过智慧化建造技术，不仅优化了建筑项目的设计与施工流程，还极大提高了建造效率和质量。

一、BIM技术在装配式高层公寓设计中的应用

（一）详细可视化设计与模拟

在装配式高层公寓的设计阶段，BIM技术通过提供详细的可视化设计和模拟，确保了项目设计的可行性和精确性。BIM技术的核心优势在于其能够创建详尽的三维数字模型，这些模型不仅呈现出建筑物的外观和内部结构，还能进行光照和视线分析，以优化建筑设计和增强其功能性。见图1。通过这种高级模拟，项目团队能够在建造前对建筑的表现进行全面评估，确保设计符合预定目标和客户需求。

图1：装配式钢结构

（二）结构分析与材料统计

BIM技术在装配式高层公寓的结构设计中提供了一个全面的分析和材料管理框架，极大地提高了设计的准确性和建筑的结构安全性。利用BIM进行的结构分析能够详细展现负载传递路径，确保每个结构元素，如梁、柱、和楼板，都在安全的承载能力之内。这些分析通过模拟不同的加载条件（包括风压、地震力等）来评估建筑结构的反应，从而预测可能的结构失败点和应力过度集中区域。

同时，BIM技术提供的材料统计功能允许设计师精确计算出所需的建筑材料数量，如混凝土体积、钢筋重量及其它结构组件的尺寸和数量。这种精确的计量不仅优化了材料的采购计划，减少了成本，也避免了材料的过度采购和浪费【1】。例如，通过BIM软件，设计团队可以直接生成材料清单和采购订单，确保施工现场的材料供应与需求严格对应，从而减少仓储和管理成本。BIM在设计阶段的应用还支持设计团队进行多方案比较和优化，确保所选方案在成本、安全性和施工可行性之间达到最佳平衡。

（三）碰撞检测与预防施工问题

BIM技术中的碰撞检测功能是预防施工问题的关键工具。该技术能够自动识别和解决三维模型中的空间冲突，如管道系统、电气布线与结构元素之间的潜在冲突。这一过程确保所有系统和组件在物理空间中能够无碍地集成，从而大幅减少现场施工的返工和修改。通过早期识别设计中的问题，项目团队能够在施工前进行必要的调整，优化施工计划和流程，确保工程按期进行，避免成本溢出和时间延误。

二、智慧化建造在施工管理中的实际操作

（一）精确的施工计划与三维模型整合

在智慧化建筑施工管理中，BIM技术的运用显著优化了施工计划的精确性。通过与实时更新的三维模型整合，施工计划可以精确到每日的工作任务，提高了施工过程的透明度和可预测性。这种技术允许项目经理实时跟踪施工进度，及时调整施工策略，以适应现场变化。统计数据显示，运用BIM技术的项目在施工进度管理上提高了25%的效率，同时减少了约15%的超期风险。

（二）材料管理的优化与成本控制

BIM技术在材料管理方面的应用大幅度提高了材料利用率和成本控制的精确性【2】。通过精确的材料预订和库存管理，结合物联网技术如RFID标签，项目管理团队能够实时追踪材料的使用情况，减少了材料的浪费和误用。实施BIM技术的项目中，材料成本节约通常可达到10%以上，有效避免了由于材料延误造成的工期拖延。

（三）物联网设备与实时监控的结合

结合物联网(IoT)的智慧化建造技术，尤其是通过传感器和无人机的实时数据监控，极大地提升了施工现场的安全管理和质量控制。利用三维定位系统，施工现场的设备和人员位置可以被精确监控，大幅度降低了事故发生率。据统计，采用BIM及IoT技术的项目，其安全事故率比未使用这些技术的项目低了40%。此外，实时监控还提高了紧急响应的效率，救援时间在紧急情况下平均缩短了30%。

表1：BIM与IoT技术在施工管理中的效益统计

表1显示，BIM与IoT技术的结合不仅优化了施工管理流程，还在成本控制和安全监控方面提供了显著的优势，确保了工程的高效、经济和安全运行。

三、BIM技术对装配式高层公寓项目成本与工期的影响

（一）成本管理与节约

BIM技术在装配式高层公寓建设中扮演了至关重要的角色，特别是在成本管理与节约方面。通过精确模型的创建和预测工具的应用，BIM有效减少了因设计错误或现场问题导致的成本超支。具体来说，BIM允许在设计阶段就发现潜在的错误和冲突，从而避免了在施工过程中的昂贵修改。采用BIM技术的项目在成本节约方面可以达到20%以上，这主要得益于减少了返工和材料浪费。

（二）工期缩短与施工效率

BIM技术对装配式高层公寓的建设工期具有显著影响。通过利用BIM软件在项目启动前进行的前期模拟和施工方案优化，施工管理团队能够进行详尽的施工顺序规划与时间表安排。这不仅涉及到日常工作的调度，也包括资源的优化分配和施工流程的逻辑排程【3】。通过BIM模型的集成，项目团队可以计算出最有效的物资分发路线和机械设备的最佳布局位置。

BIM技术通过以下公式帮助优化施工过程：

工期缩短百分比 = (1 - 100%

其中，BIM工期指的是应用BIM技术后的实际工期，而传统工期是指未应用BIM技术的预期工期。通过实际项目数据分析，应用BIM技术的项目工期在大多数情况下可以缩短15%至25%。如果一个传统建设项目预计需要20个月完成，通过应用BIM技术后，该项目可能只需15至17个月即可完成，根据上述公式计算：

工期缩短百分比 = (1 - ) 100% = 15%

BIM技术的应用还通过模拟各个建设阶段的施工场景，提前发现和解决可能的冲突和问题，如结构碰撞或安装序列的误区。这种提前的问题解决机制不仅避免了工期的延误，还减少了现场变更和返工的可能性，进一步节约了成本并提升了施工质量。

（三）全面质量控制与进度管理

通过BIM进行的全面质量控制和进度管理为装配式高层公寓的建设项目带来了显著改进。BIM技术提供的详细数据分析和实时更新功能，使得项目团队能够实时监控工程进度和质量，及时调整与应对可能的偏差和问题【4】。这种管理方式不仅减少了工程延期的风险，也确保了工程质量符合预定标准。通过实时反馈和持续监控，项目的透明度和可控性显著增强，从而直接影响了项目的成功率和投资回报。

结语：

本文通过深入分析和实证研究，展示了BIM技术在装配式高层公寓建设中的应用及其显著效益。从设计的初步阶段到施工的实际操作，再到成本与工期的优化，BIM技术都显示出其强大的潜力和实用价值。通过这一技术，建筑项目能够实现更高的设计精度，更有效的资源利用，更严格的成本控制，以及更安全的施工环境。装配式高层公寓的建设，借助BIM技术，不仅能提高建筑质量和经济效益，还能推动整个建筑行业向更高效、更绿色、更智能的方向发展。

参考文献：

[1]徐晓珂.装配式混凝土结构高层公寓楼设计[J].建筑结构,2017,47(10):1-8.

[2]唐殿峰.装配式建筑发展的瓶颈及对策研究[J].建筑技术开发,2020,47(07):91-92.

[3]郭园.BIM技术支撑下装配式建筑智慧建造分析[J].陶瓷,2023,(03):173-175.

[4]单晓燕,陈星亮,刘洋,等.BIM技术在装配式建筑智慧建造中的应用研究[J].四川建材,2023,49(01):49-50.