BIM技術(shù)在某裝配式建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工管理一體化的應(yīng)用

遲 軍

（廣州珠江實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 廣州 510060）

0 引言

建筑業(yè)的能耗是二氧化碳排放的主要途徑之一。我國政府對二氧化碳的排放力爭在2030年達(dá)到峰值，努力爭取在2060 年前期望實(shí)現(xiàn)碳中和。為了滿足碳排放要求，積極發(fā)展綠色裝配式建筑可以有效降低產(chǎn)業(yè)能耗，減少二氧化碳排放。BIM 技術(shù)的引入可有助于提高裝配式建筑設(shè)計(jì)、施工和管理效率。

林樹枝等人［1］利用BIM+協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配式建筑智能化管理。白庶等人［2］研究了BIM 技術(shù)在裝配式建筑應(yīng)用價(jià)值，利用BIM 技術(shù)可提高裝配式建筑設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)的效率。王巧雯［3］分析了裝配式建筑全生命周期中BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，通過BIM 技術(shù)提高裝配式建筑的協(xié)同效率。程亞茹等人［4］利用citespace 可視化軟件分析了知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和web of science 數(shù)據(jù)庫近11 年505 篇關(guān)于裝配式建筑的文獻(xiàn)，得出影響裝配式發(fā)展的主要因素為技術(shù)、成本、供應(yīng)鏈、市場認(rèn)知和政策規(guī)范等方面。齊寶庫等人［5］研究BIM技術(shù)在裝配式建筑后期維護(hù)的應(yīng)用，結(jié)果顯示BIM 可以為維修提供便利的三維信息，在后期維護(hù)應(yīng)用有巨大前景。

本文在總結(jié)已有裝配式建筑研究的基礎(chǔ)上，通過BIM技術(shù)及協(xié)同平臺，以實(shí)際項(xiàng)目為例，分析了其在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化制作、施工管理等流程的應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)

BIM 技術(shù)是把建筑項(xiàng)目各個(gè)階段數(shù)據(jù)文件通過三維可視化顯示出來，在裝配式建筑中有較大的優(yōu)勢，周彬［6］采用BIM 技術(shù)優(yōu)化施工吊裝的不合理時(shí)間節(jié)點(diǎn)，解決了施工過程中各交叉的問題。在裝配式建筑中運(yùn)用BIM 技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化族庫的建立可提高設(shè)計(jì)效率，快速拼裝出圖；建立精細(xì)化三維建筑模型，使預(yù)制構(gòu)件可在工廠高精度生產(chǎn)，減少預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場拼接誤差率；運(yùn)用BIM 三維模型還可指導(dǎo)現(xiàn)場施工，制定合理的施工流程，減少無效施工耗能。最后，運(yùn)用BIM 技術(shù)可以將建筑模型數(shù)據(jù)通過共享平臺分享給項(xiàng)目各個(gè)參與方，使裝配式建筑的設(shè)計(jì)、制造、施工及后期的維護(hù)相互串通，達(dá)到裝配式建筑全生命周期的服務(wù)。

2 裝配式建筑

裝配式建筑在我國具有廣闊的前景，張偉峰等人［7］分析了裝配式建筑的優(yōu)勢、制約因素和發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)化對策。裝配式建筑是建造方式的重大變革，是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要體現(xiàn)，是推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措，有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能、推動(dòng)化解過剩產(chǎn)能，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高住宅品質(zhì)的歷史使命。

裝配式建筑，是指采用工廠預(yù)制生產(chǎn)的構(gòu)件在施工現(xiàn)場裝配而成的建筑，也稱作為工業(yè)化建筑。由于裝配式建筑具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化、施工安裝專業(yè)化等特點(diǎn)，使裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑在設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)以及施工過程中都有顯著的差別。通過實(shí)現(xiàn)新技術(shù)替代的生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理的生產(chǎn)方式，來升級傳統(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，并通過建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化，施工機(jī)械化智能化和組織管理信息化，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造一樣像造汽車一樣建造房子，從而最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展之路。

3 項(xiàng)目案例分析

某項(xiàng)目位于廣州市天河區(qū)廣氮-奧體片區(qū)，項(xiàng)目旨在打造落實(shí)廣深科技創(chuàng)新走廊的總定位，突出“公園里的園區(qū)”理念，與智慧城融合發(fā)展，提升原廣氮-奧體片區(qū)的城市功能，建設(shè)成為集“產(chǎn)、學(xué)、研、商、居、文”于一體的新一代信息技術(shù)與文化創(chuàng)意價(jià)值創(chuàng)新園區(qū)。

項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)用地51 628.88 m2，總建筑面積230 285.12 m2，其中地下車庫面積71 577.27 m2。包含地下室、1#～21#住宅塔樓及其公建配套設(shè)施，地上住宅共21 棟塔樓，主要以14 層為主，部分13 層，本項(xiàng)目地上住宅塔樓要求裝配式設(shè)計(jì)應(yīng)用覆蓋率達(dá)到100%。本項(xiàng)目配備6 班幼兒園，并設(shè)有垃圾站及公交站等配套設(shè)施。

本項(xiàng)目將BIM 技術(shù)與裝配式建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，貫穿應(yīng)用方案階段至構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的全過程。運(yùn)用BIM 模型“所見即所得”的特性，將構(gòu)件信息與實(shí)體模型相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)并建造出符合工程需求的所有裝配式構(gòu)件深化圖紙，成本及施工周期遠(yuǎn)低于全國行業(yè)平均水平。在大大提高設(shè)計(jì)精度及設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，生成滿足廣州CIM（城市信息模型）標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)建模型，如圖1 所示，為廣州市未來建設(shè)現(xiàn)代智慧城市提供案例示范及數(shù)據(jù)支撐。

圖1 CIM整體模型Fig.1 CIM Overall Model

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目依托設(shè)計(jì)自身BIM 技術(shù)優(yōu)勢，采用BIM 正向設(shè)計(jì)模式進(jìn)行全過程設(shè)計(jì)，通過三維可視化、模塊化的設(shè)計(jì)，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型及平臺管理基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的無縫對接與協(xié)同共享，在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)空間優(yōu)化與專業(yè)協(xié)調(diào)，確保設(shè)計(jì)效果與品質(zhì)提升。領(lǐng)先的BIM 正向設(shè)計(jì)模式，結(jié)合自主研發(fā)的出圖軟件，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)施工圖均由BIM 模型導(dǎo)出，確保“圖模一致”，為施工及運(yùn)維階段的BIM 應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

以基本戶型為模塊，組合成多種平面圖，實(shí)現(xiàn)了戶型組合多種多樣，規(guī)劃布局多種多樣，滿足了建筑設(shè)計(jì)及規(guī)劃布局的多樣性及可變性的要求，如圖2 所示。核心筒接口統(tǒng)一，不同戶型在相同接口下可任意組合替換，做到自由拼貼。

圖2 典型樓棟BIM裝配式三維模型Fig.2 BIM Prefabricated 3D Model of a Typical Building

立面體量關(guān)系一致，模塊可替換，實(shí)現(xiàn)自由拼接。平面拼接關(guān)系統(tǒng)一，外輪廓形狀一致。立面對應(yīng)平面統(tǒng)一拼接，在保證立面大體量關(guān)系一致下，做到快速拼貼。

在戶型模塊、立面模塊化的基礎(chǔ)上，利用自主研發(fā)插件-優(yōu)比裝配式設(shè)計(jì)軟件，可以有效提高裝配式深化設(shè)計(jì)效率，檢查模型的精確性，利用工具集進(jìn)行一鍵生成裝配式深化構(gòu)件，最后可直接生成相應(yīng)圖紙并進(jìn)行分析優(yōu)化和調(diào)整，避免工程和進(jìn)度延誤，提高裝配式設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少浪費(fèi)。

外立面裝修分級制定建造標(biāo)準(zhǔn)，選取已入庫的各類材料部品，并在BIM 平臺上快速生產(chǎn)配置單，可協(xié)助業(yè)主推進(jìn)招投標(biāo)、概預(yù)算等工作。

實(shí)行裝配式建筑裝飾裝修與主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備協(xié)同施工，采用標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、模塊化的裝修模式，應(yīng)用集成廚衛(wèi)、輕質(zhì)隔墻等產(chǎn)品，應(yīng)用設(shè)備管線集成化技術(shù)，提高裝配化裝修水平。采用菜單式全裝修，滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求。

3.2 工業(yè)化生產(chǎn)

項(xiàng)目應(yīng)用的各種預(yù)制構(gòu)件通過該生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件在工廠批量生產(chǎn)，且成型模具和生產(chǎn)設(shè)備一次性投入后可重復(fù)使用，耗材少，現(xiàn)場裝配和連接使得勞動(dòng)力資源投入相對減少，從而提高了預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化程度，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化發(fā)展。PC 預(yù)制構(gòu)件在工廠嚴(yán)格經(jīng)過9 道工序制造而成，從清模、（鋼筋加工）、裝模置筋、預(yù)埋、布料振搗、后處理、養(yǎng)護(hù)、脫模吊裝、檢驗(yàn)、成品堆放，每一道工序都嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行，從而制造出高質(zhì)量構(gòu)件，如圖3、圖4所示。

圖3 構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)間Fig.3 Component Standardization Production Room

圖4 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件Fig.4 Standardize Components

3.3 裝配化施工

依托施工總承包平臺，基于裝配式國標(biāo)體系，搭建裝配式總包技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，采用EPC 管理模式，采用“裝配式+鋁?！斌w系，推廣BIM 技術(shù)應(yīng)用與試點(diǎn)“模實(shí)一致”施工，推行多項(xiàng)綠色施工手段應(yīng)用等，高質(zhì)量打造裝配式示范項(xiàng)目。

搭建裝配式總包技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，編制適用于廣氮裝配式項(xiàng)目的《裝配式建筑施工組織設(shè)計(jì)》、《裝配式建筑專項(xiàng)施工方案》、《裝配式建筑PC 構(gòu)件節(jié)點(diǎn)參考圖集》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化文件并在該項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用。

采用“裝配式+鋁?！苯ㄔ祗w系，在工廠批量生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場采用鋁模技術(shù)施工，實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化裝配建造。

推廣施工BIM 應(yīng)用。通過在設(shè)計(jì)BIM 模型基礎(chǔ)上，開展施工BIM 圖紙會(huì)審、管綜應(yīng)用、方案模擬、施工場布、細(xì)部深化、可視化交底、算量統(tǒng)計(jì)、進(jìn)度和成本管控等，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在施工階段全過程中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管控可視化和精細(xì)化水平（見圖5）。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件吊裝Fig.5 Standardized Component Hoisting

打造BIM“模實(shí)一致”施工示范。在設(shè)計(jì)BIM“模圖一致”基礎(chǔ)上，推動(dòng)BIM 模型向施工階段延伸應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)BIM 模型“模實(shí)一致”施工，為智慧城市綜合運(yùn)營夯實(shí)CIM 應(yīng)用基礎(chǔ)，打造廣州建設(shè)領(lǐng)域BIM 應(yīng)用和數(shù)字建造示范。

3.4 信息化管理

智慧工地是較為先進(jìn)的施工管理信息化提現(xiàn)［8］，采用BIM+智慧工地可以顯著提高現(xiàn)場精細(xì)化管理水平。BIM 信息化管理［9］不僅可以高效完成施工安全、進(jìn)度、質(zhì)量和成本等任務(wù)，還可以給建筑信息化管理提供新思路。應(yīng)用綜合項(xiàng)目管理信息平臺，如圖6 所示。依托BIM 協(xié)同技術(shù)打造的綜合平臺，實(shí)現(xiàn)在廣氮項(xiàng)目全過程應(yīng)用，覆蓋工程投標(biāo)、合同、工程管控、質(zhì)安管理、現(xiàn)場監(jiān)控、材設(shè)、造價(jià)、財(cái)稅、資料等，以及開發(fā)APP 巡檢功能等，將項(xiàng)目管理形成系統(tǒng)性、全業(yè)務(wù)鏈條集中信息化管理，有效打通公司各職能部門、分公司與項(xiàng)目部之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，形成有效管理鏈條，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)化和閉環(huán)管理，強(qiáng)化管理確責(zé)和提高實(shí)效，提升管理效率。

圖6 信息化管理系統(tǒng)Fig.6 Information Management System

依托廣氮項(xiàng)目施工總包管控開發(fā)平臺，采用編碼系統(tǒng)對BIM 模型信息進(jìn)行輕量化，存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中管理，系統(tǒng)針對多工種、多單位之間的協(xié)同流程和管理要點(diǎn)，以項(xiàng)目進(jìn)度管控和構(gòu)件跟蹤驗(yàn)收為核心，輔以模型管理、造價(jià)管理、構(gòu)件族庫、工程登記等，通過移動(dòng)端和電腦端進(jìn)行信息交互及全周期管理，實(shí)現(xiàn)裝配式項(xiàng)目信息化管理。

采用BIM 5D+智慧工地?cái)?shù)據(jù)決策系統(tǒng)，利用IoT及BIM 技術(shù)，將現(xiàn)場系統(tǒng)和硬件設(shè)備集成到統(tǒng)一的平臺，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總和建模形成數(shù)據(jù)中心，使項(xiàng)目管理層全面掌握生產(chǎn)過程，通過AI 技術(shù)，智能識別項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警，為項(xiàng)目管理層建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總、生產(chǎn)過程全面掌握、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)有效降低的“項(xiàng)目大腦”。

通過BIM 模型管理和應(yīng)用，開展場布模型建模、鋁模模型深化、重難點(diǎn)工序模擬、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)三維展示、裝配式構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)族庫建立、可視化交底等，建立了裝配式建筑現(xiàn)場施工信息集成化模型，輔助深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件拆分，指導(dǎo)工廠生產(chǎn)，保障了現(xiàn)場施工順利進(jìn)行，并為后期運(yùn)維傳遞“模實(shí)一致”三維模型，助力CIM 城市建設(shè)發(fā)展。

4 結(jié)論

裝配式建筑包含預(yù)制和裝配兩大部分［10］，通過BIM 信息化貫穿整個(gè)過程，可以有效降低建筑能耗。本文結(jié)合實(shí)例，分析了BIM 技術(shù)及協(xié)同平臺在裝配式建筑項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工管理等方面的具體應(yīng)用。通過實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，BIM 技術(shù)可提高設(shè)計(jì)效率，高精度三維模型同樣也提高了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，減少施工現(xiàn)場的拼接誤差率。BIM 三維信息化模型可以幫助施工單位科學(xué)合理地安排施工組織流程，有效縮短施工工期，降低建筑施工能耗。