裝配式建筑施工進(jìn)度問題及基于BIM的對(duì)策分析

張 萌 邱小秦 蘆新月

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工學(xué)院 河北滄州 061000）

0 引言

裝配式建筑，亦稱工業(yè)化建筑、模塊化建筑，采用預(yù)制這一現(xiàn)代化施工方法，相比于以現(xiàn)澆工藝為主的傳統(tǒng)建筑，增加了具有模塊化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化接口的預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝環(huán)節(jié)[1]。裝配式建筑施工工期短、資源利用率高、符合綠色建筑的理念，但是項(xiàng)目參與方多、施工工序復(fù)雜，而BIM（Building Information Modeling）技術(shù)以其可視化、參數(shù)化、協(xié)同化、動(dòng)態(tài)信息化等特點(diǎn)，能夠有效解決這一問題。

針對(duì)于裝配式建筑，預(yù)制構(gòu)件管理及現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)節(jié)中的施工問題均影響施工進(jìn)度，研究裝配式建筑施工進(jìn)度管理問題不能僅從進(jìn)度計(jì)劃編制和進(jìn)度計(jì)劃控制的流程出發(fā)，需綜合考慮預(yù)制構(gòu)件及安裝技術(shù)等多種具體因素。而目前尚缺乏對(duì)影響裝配式建筑施工進(jìn)度的因素及對(duì)應(yīng)解決方案的系統(tǒng)性分析研究，本文通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)裝配式建筑施工的文獻(xiàn)分析，系統(tǒng)地論述了裝配式建筑施工進(jìn)度問題，旨在為我國(guó)裝配式建筑理論研究提供一個(gè)全新的思路。

1 裝配式建筑施工進(jìn)度存在的問題

1.1 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)

裝配式建筑采用裝配化的施工方式，預(yù)制構(gòu)件模型由多參數(shù)進(jìn)行控制，因此對(duì)其設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的精確度有很高的要求，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖無(wú)法快速精確地更新一系列修改的參數(shù)，影響施工進(jìn)度及安全性。另外，預(yù)制構(gòu)件的拆分是設(shè)計(jì)的第一步也是關(guān)鍵的一步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式無(wú)法充分地考慮構(gòu)件的可生產(chǎn)性、可運(yùn)輸性、可吊裝性及可安裝性[2]。例如，自動(dòng)拆分出的預(yù)制墻板，需要滿足模臺(tái)和運(yùn)輸車輛的形狀尺寸要求和施工現(xiàn)場(chǎng)起重裝置的重量要求。

1.2 預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)與堆放

裝配式建筑，將部分現(xiàn)場(chǎng)工作轉(zhuǎn)移到工廠，生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)化接口的預(yù)制構(gòu)件，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行組裝澆筑，因此在生產(chǎn)和施工過(guò)程之間出現(xiàn)了新的脫鉤點(diǎn)：由于施工單位不易直接控制預(yù)制構(gòu)件的供應(yīng)進(jìn)度，從而可能導(dǎo)致構(gòu)件供應(yīng)不及時(shí)或者供應(yīng)過(guò)剩的現(xiàn)象。其次，由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，難以及時(shí)確定預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)方式及最優(yōu)堆放場(chǎng)地布置。例如，高層建筑項(xiàng)目，預(yù)制構(gòu)件吊裝最理想的狀態(tài)是能夠備料一層[3]，但由于項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件由多家工廠供應(yīng)，易出現(xiàn)供應(yīng)進(jìn)度不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑標(biāo)準(zhǔn)層施工周期延長(zhǎng)。

1.3 鋼筋碰撞和構(gòu)件碰撞

在初步設(shè)計(jì)階段，圍護(hù)、主體等各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分別由不同的設(shè)計(jì)人員完成，而且傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖在傳遞項(xiàng)目參數(shù)時(shí)存在一定的誤差，因此導(dǎo)致在節(jié)點(diǎn)區(qū)域和構(gòu)件搭接的復(fù)雜區(qū)域可能出現(xiàn)碰撞問題。包括實(shí)際的鋼筋硬碰撞，例如在型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)處，鋼筋數(shù)量眾多，且因?yàn)樾弯摰拇嬖?，造成縱向鋼筋與型鋼碰撞；也包括由于間距影響工作面的軟碰撞，例如套筒與外伸鋼筋位置不協(xié)調(diào)。這些問題通常在具體施工中才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

1.4 偏位鋼筋糾正

裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)安裝，目前多采用較為成熟的套筒技術(shù)。在實(shí)際情況中，疊合板就位及板鋼筋和管線鋪設(shè)完成之后，澆筑上層混凝土?xí)r會(huì)出現(xiàn)外伸鋼筋偏位的現(xiàn)象[3]，為確保下方構(gòu)件的外伸鋼筋順利對(duì)準(zhǔn)上方構(gòu)件的灌漿套筒，需要對(duì)豎直方向偏位的板面預(yù)留外伸鋼筋進(jìn)行復(fù)核和大面積糾正，用水泥砂漿填充鋼筋與現(xiàn)澆混凝土之間的縫隙，導(dǎo)致施工進(jìn)度的延后。

2 基于BIM技術(shù)的對(duì)策分析

（1）充分發(fā)揮BIM技術(shù)可視化、參數(shù)化和協(xié)同化的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的初步自動(dòng)拆分和深化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)控制，包括：三維建模、明確結(jié)構(gòu)自動(dòng)拆分標(biāo)準(zhǔn)并將其數(shù)據(jù)化、預(yù)制構(gòu)件建立、節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化等[2]。再將預(yù)制構(gòu)件模型作為基本元素，將滿足實(shí)際要求的幾何尺寸、材質(zhì)等信息作為參數(shù)，利用族創(chuàng)建功能中的拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令建立構(gòu)件族模型[4]，以達(dá)到信息可視化表達(dá)和快速準(zhǔn)確系統(tǒng)地修改變動(dòng)參數(shù)的效果。

（2）目前，BIM-RFID集成技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行跟蹤管理應(yīng)用較為廣泛，馮曉科[1]等已通過(guò)某小區(qū)建造項(xiàng)目的實(shí)例證明了該技術(shù)的適用性。利用RFID技術(shù)進(jìn)行實(shí)際時(shí)間及進(jìn)度的信息化采集：實(shí)時(shí)記錄預(yù)制構(gòu)件的出廠、進(jìn)場(chǎng)、吊裝等時(shí)間信息，及時(shí)反饋預(yù)制構(gòu)件信息，以便盡快發(fā)現(xiàn)供應(yīng)進(jìn)度中存在的問題，并根據(jù)多方的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。另外，應(yīng)用BIM-RFID集成技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬，再綜合考慮堆場(chǎng)容量、構(gòu)件運(yùn)輸及起重裝置占用等實(shí)際要素，可以及時(shí)確定預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)方式及最優(yōu)堆放場(chǎng)地布置。

（3）由于鋼筋碰撞等問題通常在具體施工中才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，因此，能夠應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)信息及相關(guān)工具方法進(jìn)行施工前的模擬分析，對(duì)有效控制施工進(jìn)度起到了極為重要的作用。在項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)階段引入BIM技術(shù)，應(yīng)用Revit軟件和Navisworks軟件，建立虛擬模型，對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)拼裝，加強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)域和構(gòu)件搭接復(fù)雜區(qū)域的軟硬碰撞檢查，經(jīng)“檢測(cè)→修改→檢測(cè)”的重復(fù)過(guò)程，不斷完善設(shè)計(jì)，直到碰撞檢測(cè)的結(jié)果為零[4]，起到了有效的施工預(yù)測(cè)作用。這一技術(shù)目前應(yīng)用也較為廣泛，劉丹丹[4]等已在裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)建造項(xiàng)目中成功加以應(yīng)用，解決了實(shí)際問題。

3 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑的不足與發(fā)展方向

（1）預(yù)留鋼筋的偏位包括兩方面問題：①套筒與預(yù)留鋼筋位置不協(xié)調(diào)，水平方向偏位；②澆筑上層混凝土?xí)r外伸鋼筋豎直方向偏位。第一類問題可以通過(guò)優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件廠的模具、進(jìn)行施工前的碰撞模擬，在一定程度上提升定位精度；而施工現(xiàn)場(chǎng)目前多存在的是第二類鋼筋偏位現(xiàn)象，只能通過(guò)施工人員的經(jīng)驗(yàn)操作加以避免或糾正。

（2）由于我國(guó)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前側(cè)重于將BIM技術(shù)或BIM-RFID等集成技術(shù)與管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，并未實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的全自動(dòng)化生產(chǎn)[5]，我們需借鑒國(guó)外自動(dòng)化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，研究出符合我國(guó)實(shí)際的預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線。

（3）目前國(guó)內(nèi)建筑工程的生產(chǎn)流程正因BIM技術(shù)的變革而進(jìn)行提升與轉(zhuǎn)換，未來(lái)終端使用者會(huì)因?yàn)锽IM技術(shù)的引入而更具多樣化，例如物業(yè)管理、軟件信息服務(wù)、技術(shù)培訓(xùn)等行業(yè)，均可因此進(jìn)入到工程產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，但就目前情況而言，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)雖然在大力推動(dòng)BIM技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，但在短期內(nèi)仍因BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善、專業(yè)技術(shù)人員缺乏等問題阻礙BIM技術(shù)全面、高效地推行。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為加工參數(shù)，解決了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖難想象、易遺漏及效率低的問題[1]；BIM技術(shù)輔以RFID技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行跟蹤管理以及對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行最優(yōu)堆放場(chǎng)地布置的效果，還可以對(duì)構(gòu)件安裝精度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制[6]，真正地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工一體化，在施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量管理方便都起到了有效的作用。

因此，基于裝配式建筑施工進(jìn)度問題分析與對(duì)策研究，BIM技術(shù)能夠有效地推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展，但未來(lái)需要進(jìn)一步研究預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化與自動(dòng)化問題，需要進(jìn)一步引導(dǎo)企業(yè)由BIM技術(shù)理論研究轉(zhuǎn)為實(shí)踐，真正地做到全面推行BIM技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。