裝配式建筑中的BIM技術(shù)研究及應(yīng)用——以中建彩虹灣項(xiàng)目為例

吳　偉　王　承　梁　銘　王海龍　彭　杰

(1.上海中建東孚投資發(fā)展有限公司，上?！?00122；2.華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上?！?00041)

?

裝配式建筑中的BIM技術(shù)研究及應(yīng)用
——以中建彩虹灣項(xiàng)目為例

吳偉1王承2梁銘1王海龍1彭杰1

(1.上海中建東孚投資發(fā)展有限公司，上海200122；2.華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200041)

建筑工業(yè)化是以現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)方式設(shè)計及建造房屋。BIM技術(shù)作為新興的建筑技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工程項(xiàng)目的信息化建設(shè)，通過可視化及虛擬模擬的手段使得項(xiàng)目全過程透明化，增加項(xiàng)目各參與方對項(xiàng)目的把控能力，控制風(fēng)險。本文通過對裝配式建筑應(yīng)用特點(diǎn)分析，以中建彩虹灣項(xiàng)目為依托，研究了BIM技術(shù)基于裝配式建筑設(shè)計、構(gòu)件加工、構(gòu)件組裝、信息集成等應(yīng)用。

工業(yè)化;裝配式;BIM技術(shù);信息集成

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.06

1　前言

建筑工業(yè)化，指通過現(xiàn)代化的制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理的大工業(yè)的生產(chǎn)方式，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散的、低水平的、低效率的手工業(yè)生產(chǎn)方式。它的主要標(biāo)志是模塊標(biāo)準(zhǔn)化、部品集成化，設(shè)計裝配化和施工機(jī)械化[1]。傳統(tǒng)建筑建造方式中設(shè)計與施工階段的相對分離，導(dǎo)致在傳統(tǒng)建造過程中會出現(xiàn)各種各樣的問題，而在項(xiàng)目全過程中利用BIM技術(shù)將能有效的改善由于信息傳遞過程脫節(jié)導(dǎo)致的工程問題。在本項(xiàng)目中將BIM技術(shù)和PC技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，利用自開發(fā)平臺將PC構(gòu)件的設(shè)計、加工、施工、安裝等過程信息進(jìn)行集成并同時提供給各參與方進(jìn)行使用，提高了項(xiàng)目所有參與方對項(xiàng)目的理解及項(xiàng)目活動實(shí)施效率。同時，BIM也可以為預(yù)制構(gòu)件的加工施工帶來很大方便，它能夠生成精準(zhǔn)深動的三維圖形和動畫，讓工人對施工順序有直觀的認(rèn)識，從而加快施工進(jìn)程，減少因不必要返工而導(dǎo)致的金錢、時間浪費(fèi)，提高施工整體的質(zhì)量與精準(zhǔn)程度，促進(jìn)預(yù)制構(gòu)件在施工過程中的順利組建[2]。

2　工程概況

彩虹灣項(xiàng)目(圖1)地塊位于上海市虹口區(qū)江揚(yáng)南路與安汾路十字東南角，是寶山、閘北、虹口三區(qū)的交匯點(diǎn)，東至涼城路口(雙向四車道)，南至虹灣路口(雙向二車道)，西至江揚(yáng)南路路(雙向六車道)，北至安汾路口(雙向四車道)。周邊配套較為齊全，一公里內(nèi)有五個大型超市，十五個教育機(jī)構(gòu)，七個醫(yī)療機(jī)構(gòu)，項(xiàng)目距人民廣場及陸家嘴金融中心有20 分鐘車程。

圖1　彩虹灣項(xiàng)目周邊示意

圖2　彩虹灣項(xiàng)目效果圖

項(xiàng)目總用地面積80 507.2m2，容積率不大于3.1。用地性質(zhì)為居住用地，產(chǎn)品主要是住宅。項(xiàng)目要求做50%的裝配式住宅，其中3#， 4#， 5#， 6#， 11#， 12#， 13#做整體裝配式設(shè)計。項(xiàng)目地塊內(nèi)地勢平坦，內(nèi)部有少量現(xiàn)狀建筑物。本項(xiàng)目屬于上海中心城區(qū)，周邊開發(fā)成熟，配套設(shè)施齊全(圖2)。

3　BIM應(yīng)用

建筑工業(yè)化顛覆傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式，利用BIM信息技術(shù)為載體，將設(shè)計施工環(huán)節(jié)一體化，使得設(shè)計環(huán)節(jié)成為關(guān)鍵，并將BIM技術(shù)融入制造環(huán)節(jié)以及信息集成環(huán)節(jié)，加深BIM對構(gòu)件全過程的管理理念[3]?；贐IM技術(shù)可視化優(yōu)勢，將設(shè)計構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)、建造階段的配套技術(shù)、建造等規(guī)范及施工方案前置進(jìn)設(shè)計方案中，從而設(shè)計方案作為構(gòu)配件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及施工裝配的指導(dǎo)文件。

3.1模塊化設(shè)計

裝配式建筑設(shè)計的關(guān)鍵在于模塊化設(shè)計(圖3)，設(shè)計中的單個標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品越多，在工廠進(jìn)行預(yù)制加工過程中，其需要預(yù)制的模具越少，單個模具可重復(fù)性越高。本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)預(yù)先建立BIM模型，由設(shè)計師直接從BIM模型抽取標(biāo)準(zhǔn)模塊，利用BIM技術(shù)快速進(jìn)行統(tǒng)計(圖4)，這樣模塊化設(shè)計將既能保證入住的需求，又能滿足預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，減少預(yù)制模具的數(shù)量。在滿足整體布局不變的情況下，使得相同梁板柱的重復(fù)使用率最高，從而降低前期開模成本，僅此一項(xiàng)，整個項(xiàng)目減少1 500萬左右的模板制作費(fèi)用(圖5)。

圖3　模塊化設(shè)計理念

圖4　模塊化墻體統(tǒng)計

圖5　項(xiàng)目PC構(gòu)件庫

3.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計

本項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)(圖6)設(shè)計上采用inventor軟件，將2D圖紙轉(zhuǎn)換成3D模型，并通過ADSK格式傳遞給Revit，既能滿足BIM模型的延續(xù)，也可以將鋼筋導(dǎo)入到數(shù)控機(jī)床中，通過疊合板式混凝土結(jié)構(gòu)體系，俗稱“三明治方式”，將預(yù)制和現(xiàn)澆有機(jī)的整合。一方面減輕了運(yùn)輸壓力，又能保證房間的隔音，防漏水等求。通過BIM的應(yīng)用，進(jìn)行戶型與業(yè)主需求的最大化滿足。

3.3性能化分析

為保證項(xiàng)目設(shè)計的合理性及綠色性，利用BIM軟件輔助進(jìn)行了項(xiàng)目的性能化分析(圖7)，主要為風(fēng)氣候分布，日照輻射，全年日平均溫度，全年日最高溫度，全年日最低溫度，全年直射太陽輻射，全年散射太陽輻射，全年日相對濕度，全年平均風(fēng)速，全年平均云量，氣候簡況，建筑物的能耗定性分析。全角度多方位的分析為單體建筑朝向、舒適度等供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐[4]。

3.4VR技術(shù)應(yīng)用

將BIM精裝修模型導(dǎo)入VR展示平臺(圖8)，在項(xiàng)目設(shè)計階段即讓小區(qū)業(yè)主體驗(yàn)不同戶型不同裝修風(fēng)格下的居家情況，同時VR技術(shù)也更好的讓設(shè)計人員了解建筑的用材用料，體驗(yàn)設(shè)計開間的進(jìn)深關(guān)系，改變傳統(tǒng)房地產(chǎn)行業(yè)銷售時定制樣板間的費(fèi)用，本項(xiàng)目中利用VR技術(shù)直接減少定制樣板間費(fèi)用近80萬元。

圖6　節(jié)點(diǎn)圖(二維節(jié)點(diǎn)、Inventor節(jié)點(diǎn)、Revit節(jié)點(diǎn))

圖7　性能化分析示意

3.5構(gòu)件信息管理平臺

為更好的管理項(xiàng)目PC構(gòu)件從設(shè)計至加工運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝到維護(hù)全過程，本項(xiàng)目就獨(dú)立開發(fā)了項(xiàng)目PC構(gòu)件管理平臺，管理平臺很好地集成了各參與方所關(guān)注的BIM數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的信息管理、物流追蹤、質(zhì)量檢測、進(jìn)度管理、可視化分析等功能。

構(gòu)件信息管理(圖9)：利用PC構(gòu)件管理平臺集成項(xiàng)目所有參與方最為關(guān)注的信息(設(shè)計、深化、生產(chǎn)、物流、安裝)做到了項(xiàng)目全過程的信息透明，便于甲方實(shí)時關(guān)注和管理項(xiàng)目進(jìn)展。

構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)測(圖10)：質(zhì)檢人員手機(jī)掃描二維碼，填寫質(zhì)量監(jiān)測表，并對問題構(gòu)件拍照上傳至平臺，BIM模型中自動高亮顯示缺陷構(gòu)件，并提醒修理人員修復(fù)缺陷構(gòu)件，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照上傳，完成構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)控流程。

物流追蹤(圖11)：平臺采用RFID技術(shù)對PC構(gòu)件批量掃描，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、進(jìn)場、安裝等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行掃描，并實(shí)時在平臺變更構(gòu)件狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對PC構(gòu)件的物流追蹤管理[5]。

進(jìn)度管理(圖12)：根據(jù)施工計劃編制PC構(gòu)件進(jìn)度計劃，包括生產(chǎn)日期、出廠日期、進(jìn)場日期、安裝日期等。在過程中記錄實(shí)際完成日期并和預(yù)計的計劃進(jìn)行對比，通過BIM模型直觀掌控項(xiàng)目施工安裝計劃，直觀反映項(xiàng)目進(jìn)度計劃。

圖8　VR技術(shù)應(yīng)用

圖9　構(gòu)件信息集成

圖12　進(jìn)度管理

圖13　A360溝通平臺　　　　　　　　　　　　　　　　　圖14　無人機(jī)拍攝技術(shù)

3.6云數(shù)據(jù)利用

本項(xiàng)目參與方較多，為保證項(xiàng)目的溝通的及時性和有效性，同時保證加工現(xiàn)場、一線安裝工人對項(xiàng)目的理解，保證項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組對現(xiàn)場情況的把控，項(xiàng)目利用A360軟件(圖13)可以查看構(gòu)件及圖紙信息，并在Glue中將檢查現(xiàn)場情況，同時通過GPS和無人機(jī)拍攝技術(shù)(圖14)及程序控制定期抽查施工現(xiàn)場場地布置和大型機(jī)械運(yùn)作情況，并在拍攝完成后，將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場WIFI基站將數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)端控制中心。

4　總結(jié)

BIM技術(shù)和PC技術(shù)的結(jié)合將能優(yōu)化裝配式建筑過程，提前將設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題集中反應(yīng)并解決，同時相關(guān)BIM技術(shù)也能輔助設(shè)計方設(shè)計的合理性及經(jīng)濟(jì)性，在提高設(shè)計效率的同時保證設(shè)計質(zhì)量。BIM技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的結(jié)合能提高一線產(chǎn)業(yè)工人對構(gòu)件的理解，從而降低加工出錯，提高PC構(gòu)件的加工效率。施工過程的模擬能保證施工過程全程的可視化，對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的模擬能保證施工的準(zhǔn)確性和高效性，降低周期，提高工程質(zhì)量。自有開發(fā)PC構(gòu)件管理平臺將集成項(xiàng)目各參與方關(guān)注

的PC構(gòu)件數(shù)據(jù)，做到PC構(gòu)件全程信息追蹤，全程管理，輔助提供相關(guān)報表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

[1]李榮. 預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)助力民用建筑節(jié)能和產(chǎn)業(yè)化[N].中國建設(shè)報， 2011-08-05(2).

[2]齊寶庫. 基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問題研究.施工技術(shù).

[3]熊誠.BIM技術(shù)在PC住宅產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用[J].住宅產(chǎn)業(yè)， 2012(6)： 16-20.

[4]潘毅群. 實(shí)用建筑能耗模擬手冊.中國建筑工業(yè)出版社.2013.9.ISBN9787-112-15510-1.

[5]游戰(zhàn)清， 劉克勝，張義強(qiáng)，吳谷.無限射頻識別技術(shù)(RFID)規(guī)劃與實(shí)施.北京：電子工業(yè)出版社.2005.

Research and Application of BIM Technology in Assembly Building——An Example of Cai Hong Wan Project

Wu Wei1, Wang Cheng2， Liang Ming1， Wang Hailong1,Peng Jie1

(1.CSCDongFuGroup，Shanghai200122，China;2.EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstitution，Shanghai200041，China)

Construction industrialization uses modern industrial production methods to design and construct buildings.As a new construction technology，BIM technology can realize the informatization construction of the project，and by means of visualization and virtual simulation，it realizes the transparency throughout the whole process of the project and increases the controlling ability over the participants so as to prevent risks.Based on the characteristics of the assembly building application and Cai HongWan project，this article studies the application of BIM technology during the whole process of assembly building design，component processing，construction and maintenance.

Industrialization； Prefabricated； BIM Technology； Information Integration

吳偉(1981-)，女，上海中建東孚投資發(fā)展有限公司技術(shù)研發(fā)部BIM組長。主要研究方向：綠色建筑、裝配式建筑、BIM新技術(shù)研發(fā)及推廣;
王承(1985-)，男，碩士，華東建筑設(shè)計研究院有限公司數(shù)字化技術(shù)研究咨詢部BIM經(jīng)理。主要研究方向：項(xiàng)目BIM全生命周期應(yīng)用;
梁銘(1978-)，男，上海中建東孚投資發(fā)展有限公司上海區(qū)域公司副總經(jīng)理，注冊建筑師。主要從事上海區(qū)域公司項(xiàng)目的建筑規(guī)劃評審及BIM技術(shù)的應(yīng)用推廣。

TU17

A

1674-7461(2016)04-0033-07