裝配式建筑綠色施工中BIM技術綜合應用研究

摘 要 建筑信息模型（BIM）是以工程建設為對象的一項新興的工程實施（技術）理念，具備三維可視化、協(xié)同作業(yè)、數(shù)據(jù)共享、全生命周期和數(shù)據(jù)繼承等較為突出的特點?；谘b配式建筑綠色施工理念，分析BIM在新工藝、新技術應用過程中以及在方案優(yōu)化設計、施工準備、施工管理中的綜合應用。結果表明，BIM技術的有效應用，能夠在施工過程中發(fā)揮積極成效，有效提高施工效率和項目建設管理水平。

關鍵詞 BIM;裝配式;綠色施工;效率

引言

近年來我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度加快，裝配式建筑物作為工業(yè)化中的典型結構形式，已經(jīng)成為建筑施工中的全新模式，但是，目前在裝配式建筑施工的過程中，受到諸多因素影響還存在環(huán)境污染與資源浪費等問題，對其可持續(xù)發(fā)展造成不利影響。因此，在裝配式建筑施工發(fā)展的過程中，應積極引進綠色建筑理念，遵循節(jié)能環(huán)保的工作原則，發(fā)揮先進技術的積極作用，為后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展夯實基礎[1]。同時BIM技術在一定程度上能夠提高裝配式建筑勞動效率和施工質(zhì)量。

1BIM技術概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是面向工程建設的新興工程實施技術，是實體工程的三維化展現(xiàn)、數(shù)字化表達，是保證各專業(yè)協(xié)同作業(yè)的統(tǒng)一公共數(shù)據(jù)條件，是各分析軟件的公共載體，是可以進行工程全生命周期管理的信息數(shù)據(jù)基礎[2]。

在BIM設計階段，主要通過三維設計軟件（如Revit，Bently，Catia等）對工程進行三維模型設計及參數(shù)數(shù)據(jù)確定，同時采用工藝、結構、機電分析軟件等進行輔助設計、碰撞檢測、荷載計算、造價分析等，最終確定滿足要求的工程設計方案。當前應用較為廣泛的是工程三維設計、碰撞檢測、設計方案的可視化數(shù)值分析等。

在BIM施工階段，應用BIM設計成果，結合工程施工階段的主要特點，進行BIM施工應用，對工程施工進行有效的指導和管理;當前應用較為廣泛的是三維設計方案展示、三維化信息管理、虛擬建造、施工工藝三維動態(tài)展示等。

2裝配式建筑PC構件優(yōu)化設計

裝配式建筑中，PC構件的應用較為常見，也是最容易誘發(fā)環(huán)境污染、資源浪費的部分，在此情況下，就應該優(yōu)化PC構件的優(yōu)化設計，采用有效措施解決問題。要求按照現(xiàn)場的具體吊裝位置、塔吊設備的吊裝能力等適當?shù)臏p輕預制樓梯的重量，并將預制陽臺改變成為疊合的陽臺，在降低預制構件重量的情況下，減少原材料的使用數(shù)量，同時還能有效的預防出現(xiàn)質(zhì)量的通病。需要注意的是，預制樓梯部分、飄窗部分、空調(diào)板部分與陽臺部分的過程中，要求結合外墻的保溫厚度、空調(diào)位置和百葉的尺寸等因素，正確地進行預制處理。深化設計的工作中，應該將CAD技術與BIM技術應用其中，優(yōu)化建模處理，在預制PC構件的每個安裝節(jié)點，均需要建模，通過精密的方式提升設計精確度，預防土建與安裝工作的協(xié)同問題，同時還能形成施工可視化的模式，有效的控制工程建設質(zhì)量，預防出現(xiàn)返工現(xiàn)象或是原材料浪費的問題，形成節(jié)能環(huán)保的工作機制。

3裝配式建筑綠色施工中BIM技術的應用意義

裝配式建筑中采用綠色建筑的理念，應該積極采用先進的BIM技術，將BIM-CICS理論融入其中，構建出計算機集成制造系統(tǒng)，搜集各種裝配式建筑工程的數(shù)據(jù)信息與設計內(nèi)容，并將各種信息有機整合，形成智慧建設的理論模式，將BIM技術的三維建模功能充分發(fā)揮出來，通過各種技術的應用，可建立相應的裝配式建筑施工總體模型，明確是否存在能源或是資源浪費的問題，并提出具體的整改建議與意見，有效解決當前的能源浪費問題，達到最終的節(jié)能環(huán)保工作目的。

4BIM在裝配式建筑綠色施工中的綜合應用

某污水處理廠提標改造工程對象為專業(yè)地下污水處理設施，設置了地下兩層結構。上層為空箱結構，作為巡視操作層，下層為水池結構，空箱頂板上覆土約0.5～2.0m，進行綠化，形成大片綠地景觀。結構內(nèi)含有生物反應系統(tǒng)、高效反應系統(tǒng)、深度處理系統(tǒng)，同時包含鼓風機房、配電房、泵房等?；娱_挖總面積約15萬m2，基坑尺寸263m×289m，東西向最長處約289m，南北向最寬處約263m?；悠矫嫘螤羁傮w呈矩形，基坑開挖深度12.8～15.8m。

4.1 BIM在方案優(yōu)化設計中的應用

項目頂板區(qū)域設計采用預制裝配式疊合板+預制梁，梁節(jié)點處采用現(xiàn)澆模式。通過BIM建模發(fā)現(xiàn)，鑒于結構荷載需要，結構配筋導致主次梁與柱子相交節(jié)點處鋼筋過密，混凝土骨料無法通過，現(xiàn)場澆筑及振搗無法到位，施工難度大，質(zhì)量難以保證[3]。項目通過BIM建模，優(yōu)化節(jié)點處的配筋方案比選，采用節(jié)點預制方式，將方案優(yōu)化為頂板區(qū)域，采用預制裝配式疊合板+現(xiàn)澆梁，主次梁預制節(jié)點與預制裝配式頂板。通過工程實體外采用與原設計1∶1等比例大小的構件建造3m×2m單跨的實驗結構，對構件進行壓載試驗。實驗數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后的設計方案相關結構荷載滿足原設計方案要求，效果良好。通過BIM模擬建設方案中相關構建的吊裝等施工過程，提前發(fā)現(xiàn)了施工中存在的難點，對難點進行針對性方案優(yōu)化。鑒于吊裝的難度，優(yōu)化預制節(jié)點構件，在保證質(zhì)量的前提下，取消疊合板四邊胡須筋，增加挑梁，從而方便了吊裝，縮短了工期，效果顯著[4]。

4.2 BIM在施工布置中的應用

項目中設計規(guī)模25萬t/d，工程涉及50萬m3的土方，施工區(qū)域平均落深14m，施工過程中有大量的工程車輛進出場地，在有限的施工時間內(nèi)，預計每小時有45車次的通行頻率。因此，合理布置施工現(xiàn)場和進出通道，將對工程施工效率產(chǎn)生重大影響。項目在施工布置前期，利用BIM模擬現(xiàn)場設施布置，合理設置入坑通道和施工便道;結合場地和便道設置，布置各項工種的加工區(qū)域，促使場地整體布置更加合理，施工過程更加流暢。

裝配式建筑綠色施工過程中預制構件的進場速度、預制構件的堆場設置、構件短駁及吊裝等，都將影響工程的施工效率。通過BIM模擬建設，結合塔吊的覆蓋范圍，預先設計合理的預制構件堆場布置方案，提高場地利用率，減少了二次搬運。對場地布置進行模擬，合理規(guī)劃了施工材料臨時堆場及加工場地。鋼筋、模板及預制構件等結構材料堆放在擬建建筑物外沿施工道路側，施工時配備一臺25t汽車吊配合施工。

在前期施工策劃階段，通過BIM建立施工臨時設施用地的規(guī)劃模型，更加直觀地對比選擇最優(yōu)化布置方案，充分利用大臨場地，保障工程需要。通過BIM模擬還建立了各施工階段不同場地的布置模型，有效結合工程進展，合理布置施工設施、設備，劃分工作區(qū)域，保證了施工需求，提高了工作效率。

4.3 框架結構梁柱節(jié)點連接

框架結構梁柱節(jié)點的連接方式一直是裝配式建筑設計中首先要解決的問題之一。因為梁柱節(jié)點處鋼筋密集，預制構件鋼筋避讓困難，且后期澆筑混凝土也容易不密實，因此，本項目中梁柱節(jié)點連接方式采用鍵槽式連接方式，即預制梁端預留鍵槽，鍵槽內(nèi)現(xiàn)澆混凝土，通過鍵槽內(nèi)鋼筋與框架柱連接形成整體，該連接方式簡單有效，但是在實際中如何實施應用，采用BIM技術對該節(jié)點進行模擬。

通過BIM技術模擬裝配式構件預留鋼筋和現(xiàn)澆部位鋼筋的位置關系和鏈接，提前優(yōu)化設計方案，減少了施工過程中的構件錯位和碰撞。

采用BIM技術進行設計，需要對復雜的節(jié)點優(yōu)先進行三維模擬，分析其可實施性，然后決定節(jié)點形式，根據(jù)施工圖傳遞的模型，直接進行構件深化設計，保證了數(shù)據(jù)傳遞的正確性。同時，還將BIM應用到立面深化設計中，裝配式建筑的立面需兼顧裝配式標準化的特點，因此，選用三維模型模擬立面效果，更加直觀，更加準確。

4.4 BIM在施工管理中的應用

預制裝配式建筑綠色施工，要遵循綠色理念，采用預制裝配方式，減少工程結構施工時的模板使用，減少支撐排架的搭設，增加機械施工作用，減少勞動力的使用，實現(xiàn)在建設過程中人力資源、物力資源的節(jié)約，減少對周圍環(huán)境的影響。

在BIM施工階段，結合工程施工階段的主要特點，利用BIM的三維設計方案展示功能、施工工藝三維動態(tài)展示功能、模擬建造等功能，直觀展示相關施工細節(jié)。在裝配式施工過程中，施工的重點及難點通過BIM模型，實現(xiàn)對施工人員及管理人員進行有效的技術交底，提高施工效率。在項目施工中，現(xiàn)澆柱柱頂預留插筋定位和柱梁節(jié)點頂部灌漿是該工程階段的難點，通過BIM模擬預制構件吊裝的施工流程、柱梁節(jié)點頂部灌漿流程、模擬盤扣式支撐體系搭設過程，精準又直觀地展示了該階段的施工全過程，并針對工程施工中的重點及難點進行了反復研討和交底，減少了吊裝中的誤差，提高了吊裝的精確性和安全性，從而提高了施工效率，減少了施工成本。

5結束語

綠色建筑背景之下，裝配式建筑工程施工的過程中，應遵循科學化、環(huán)保性的工作原則，將先進的預制PC構件生產(chǎn)技術、BIM技術等融入其中，節(jié)約能源的消耗量，有效地降低成本費用的支出，強化各方面的綠色環(huán)保工作力度，將綠色施工技術與理念的優(yōu)勢充分發(fā)揮，以此提升整體工程的施工建設效果和水平，達到預期的工作目標。

參考文獻

[1] 張孟陽.BIM技術背景下綠色建筑與裝配式建筑融合發(fā)展的趨勢研究[J].建筑工程技術與設計，2019，（20）：13.

[2] 馬祥.BIM技術背景下綠色建筑與裝配式建筑融合發(fā)展的趨勢研究[D].山東：青島理工大學，2018，（45）.

[3] 陳慧群.BIM技術在建筑施工中的應用實踐分析與研究[J].居業(yè)，2018，（5）：11.

[4] 曹新穎，晏陽芷，暴穎慧，等.基于BIM的裝配式建筑信息協(xié)同研究[J].建筑經(jīng)濟，2019，（9）：85-89.

作者簡介

楊龑（1992-），學歷：本科，助理工程師，研究方向：裝配式建筑工程設計。