BIM技術(shù)在裝配式建筑工程施工階段中的應(yīng)用研究

姜 磊

北京建工建筑產(chǎn)業(yè)化投資建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 101300

“十四五”時期是建筑業(yè)提質(zhì)增效轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，不斷將信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)與建筑施工相結(jié)合，提升建筑施工的效果、效率和效益，才是建筑行業(yè)發(fā)展的必然關(guān)鍵[1]。BIM技術(shù)具有可參數(shù)化、可視化、協(xié)調(diào)化的功能優(yōu)點，對于裝配式建筑施工現(xiàn)場的精細(xì)化管理具有重要的作用，能夠輔助項目管理人員、現(xiàn)場管理人員做好施工現(xiàn)場的管理，同時通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，還能夠輔助項目經(jīng)理決策。

1 傳統(tǒng)建筑施工與裝配式建筑施工區(qū)別

傳統(tǒng)建筑施工大部分是完成設(shè)計之后，再由施工單位按照設(shè)計單位圖紙進行施工，設(shè)計作為建造的前置環(huán)節(jié)需要完成后，才能進行建筑工程施工環(huán)節(jié)，這時候隨著項目的規(guī)模、參與方都比傳統(tǒng)發(fā)承包模式的多，設(shè)計與施工之間溝通協(xié)調(diào)工作多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)和信息不能及時、有效的互通，工作效率大大降低，這就給項目實施帶來了很大的風(fēng)險。而裝配式項目的施工，是將建筑工程的每個部分都按照固定的尺寸、模數(shù)和形狀拆分成標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件，然后在工廠預(yù)制建筑工程施工使用的構(gòu)件，施工現(xiàn)場僅僅是對構(gòu)件的吊裝、運輸以及拼接位置的施工，能夠極大的提升工作效率，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)借助機械化的手段實現(xiàn)裝配式施工構(gòu)件的快速定位、拼裝，與傳統(tǒng)建筑工程施工相比，兩者主要有以下幾點區(qū)別。

1.1 發(fā)承包方式不同

傳統(tǒng)施工項目的設(shè)計和施工一般有先后順序，設(shè)計圖紙需要完成圖審，圖審合格后方可進行招投標(biāo)，然后進行建造，設(shè)計和施工的分離導(dǎo)致工程質(zhì)量出現(xiàn)問題的時候容易扯皮，同時施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)變更事項，雙方溝通的時間成本高[2]。而對于裝配式建筑的施工，國家出臺了政策鼓勵使用工程總承包模式，這時候設(shè)計與施工為同一個主體進行協(xié)調(diào)，工程總承包人能夠統(tǒng)籌各專業(yè)、各環(huán)節(jié)的資源，尤其是在深化設(shè)計環(huán)節(jié)，能夠極大的提升生產(chǎn)效率。

1.2 施工相關(guān)方增加

傳統(tǒng)建筑工程施工的相關(guān)方涉及到設(shè)計單位、建設(shè)單位、政府等，而裝配式建筑施工除了以上環(huán)節(jié)外，還在設(shè)計圖紙完成后增加了深化設(shè)計環(huán)節(jié)，以便于將建筑工程主體拆分成為標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件，由工程生產(chǎn)加工，這時候如果設(shè)計單位不具備深化設(shè)計能力，需要另外尋找深化設(shè)計單位對結(jié)構(gòu)進行拆分，目前大部分深化設(shè)計工作由構(gòu)件生產(chǎn)廠家承擔(dān)，因此對于施工單位來說，從構(gòu)建深化設(shè)計到構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，需要協(xié)調(diào)的相關(guān)方數(shù)量增加，協(xié)調(diào)溝通難度增加。

1.3 設(shè)計要求不同

傳統(tǒng)建筑工程施工需要經(jīng)過初步設(shè)計、施工圖設(shè)計等幾個過程，對于初步設(shè)計一般是用來滿足建設(shè)單位的需求、功能要求以及確定里面造型。施工圖設(shè)計主要是在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進一步完成建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖以及節(jié)點大樣詳圖。而對于裝配式建筑來說不僅僅是要考慮建筑的功能、預(yù)制率等相關(guān)的指標(biāo)，還需要考慮到構(gòu)件在生產(chǎn)之前的深化設(shè)計，需要設(shè)計的圖紙能夠進行標(biāo)準(zhǔn)化的拆分，這樣才能由工廠對構(gòu)件進行批量生產(chǎn)[3]。深化設(shè)計主要是對結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化拆分設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計以及模具設(shè)計，因此對于裝配式建筑來說，從初步設(shè)計一直到深化設(shè)計圖紙是一套完整的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計體系，而并非傳統(tǒng)建筑工程項目那樣僅僅滿足使用功能和結(jié)構(gòu)安全的需要。

1.4 施工方式不同

傳統(tǒng)建筑工程施工的順序一般為基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、屋面、室內(nèi)外裝修、室內(nèi)設(shè)備管道，其中如果主體結(jié)構(gòu)采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，需要在現(xiàn)場進行支模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土養(yǎng)護、拆模等工序。而對于裝配式建筑而言，如果采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大部分構(gòu)件可以在工廠進行預(yù)制，預(yù)制之后可以運輸至施工現(xiàn)狀，有吊裝機器進行定位、吊裝和拼裝，在現(xiàn)場實現(xiàn)構(gòu)件的可靠連接，目前一般采用的是灌漿套筒連接方式，另外，裝配式建筑工程的施工主體結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線同時進行施工。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用

施工單位在進行施工之前，需要制定項目策劃，其中包括對項目整體的進度計劃，通過將進度計劃與BIM模型掛念，能夠真實的對施工狀況和過程有一個了解，BIM模型可以實現(xiàn)空間信息與時間信息的整合，這就是我們常說的4D模型，如果將成本計劃增加在BIM模型中，這就是我們常說的5D模型。通過對成本、時間、空間信息的整合，BIM模型能夠?qū)臻g操作、設(shè)備管線調(diào)試等進行方案優(yōu)化，可以幫助檢查場地布置是否合理，施工安排是否均衡，吊裝順序是否正確等等，出現(xiàn)問題施工單位能夠迅速的協(xié)同設(shè)計單位進行變更或修改，極大的提升了工作效率，降低了溝通成本，同時確保了施工質(zhì)量[4-5]?；贐IM技術(shù)構(gòu)件安裝流程圖，如圖1所示。

圖1 基于BIM技術(shù)的構(gòu)件安裝流程

3 案例分析

3.1 項目概況及特點分析

項目地處于上海市金山區(qū)，工程總造價7.5億人民幣；總建筑面積178043.85㎡。10棟16層-21層高層住宅，17棟4戶5層多層住宅，相關(guān)配套用房以及整體車庫；住宅樓均采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu),單體預(yù)制率均超過40%。

對本工程項目進行分析，該項目管理具有以下三個特點，一是施工環(huán)境要求高，施工場地極為狹小，工作面管理難度大；工地緊鄰?fù)瑒P中學(xué)，施工環(huán)境控制要求高；南側(cè)和東側(cè)緊鄰河道。二是施工面積大，本項目量大面廣，共27棟住宅樓，管理協(xié)調(diào)難度大。三是PC構(gòu)件現(xiàn)場管理難度大，PC構(gòu)件數(shù)量多，本項目PC構(gòu)件總數(shù)25165塊，構(gòu)件由兩家廠商提供，且本項目裝配率和預(yù)制率較高。

3.2 BIM技術(shù)在本項目應(yīng)用

3.2.1 圖紙會審與碰撞檢測

因PC構(gòu)件工業(yè)化的生產(chǎn)形式對圖紙會審提出了更高的要求，傳統(tǒng)二維圖紙會審難以保證質(zhì)量，且PC構(gòu)件生產(chǎn)前若未發(fā)現(xiàn)裝配式圖紙構(gòu)件問題，在現(xiàn)場吊裝施工時構(gòu)件之間一旦發(fā)生碰撞沖突，將會一定程度上將造成材料和人力浪費，影響工期。圖紙會審及碰撞檢測流程，如圖2所示。

圖2 圖紙會審及碰撞檢測流程

圖紙會審前，通過BIM可視化的特點對關(guān)鍵節(jié)點和技術(shù)進行模擬和預(yù)演，有效的提高了圖紙會審的質(zhì)量。通過該項應(yīng)用點，發(fā)現(xiàn)土建、PC圖紙問題77處，機電圖紙問題58處,形成圖紙核查報告,為圖紙會審提供依據(jù)管線綜合共解決車庫12類碰撞問題，274個有效碰撞點，提前避免因圖紙問題耽誤工期、增加造價成本，碰撞檢測結(jié)果，如圖3所示。

圖3 碰撞檢測結(jié)果

除此之外，深化鋼筋模型過程中，發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件水平鋼筋與暗柱豎向鋼筋碰撞，施工前通過可視化的安裝模擬和預(yù)演，利用BIM模型進行變更調(diào)整；通過BIM技術(shù)應(yīng)用，減少現(xiàn)場鋼筋綁扎返工136處，節(jié)省此處工序時間約30%。

3.2.2 施工場地布置

按土方開挖施工、地下基礎(chǔ)施工、主體結(jié)構(gòu)及裝飾裝修施工等不同階段對施工場地布置進行協(xié)調(diào)管理，檢驗施工場地布置的合理性，做到“永臨結(jié)合”。地下施工階段，整個施工場地東側(cè)和南側(cè)整體被人工河道包圍，北面區(qū)域緊鄰?fù)瑒P中學(xué)，施工場地狹小，這對現(xiàn)場布置的優(yōu)化和環(huán)境管理都有極高的要求。通過優(yōu)化挖方順序與地下施工順序的穿插形成了無沖突流水作業(yè)，三個施工區(qū)域內(nèi)有序的施工工作面環(huán)境，有效解決土方及地下室施工階段環(huán)路及材料加工區(qū)布置問題，同時土方施工階段工期提前25天，節(jié)約項目成本20萬元。

另外，現(xiàn)場構(gòu)件堆放管控要求高，且須對地下室頂板進行加固處理。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，對構(gòu)件堆放方案的確認(rèn)后，對構(gòu)件堆放區(qū)域的頂板進行了加固方案的分析，出具了BIM可視化的加固方案。通過BIM5D平臺我們對構(gòu)件進行了分類編碼并結(jié)合現(xiàn)場的吊裝計劃提出了對現(xiàn)場分類碼放更詳細(xì)的要求，極大的提高了構(gòu)件吊裝的工作效率，有效優(yōu)化地下室頂板支撐方案并對構(gòu)件堆放區(qū)進行合理管控。構(gòu)件堆放施工方案優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 構(gòu)件堆放施工方案優(yōu)化

3.2.3 可視化交底

本項目作為集團在上海市的首個大型裝配式項目，專業(yè)化施工隊伍難培養(yǎng)，傳統(tǒng)工人向產(chǎn)業(yè)化工人轉(zhuǎn)變的培養(yǎng)是難點。利用BIM技術(shù)對預(yù)制墻板、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯板、預(yù)制陽臺板等PC構(gòu)件的施工工藝、工序形成定向的可視化方案，降低因工人不熟悉裝配式施工工藝、工序的成本。可視化交底，如圖5所示。

4 結(jié)束語

裝配式建筑施工與BIM技術(shù)的融合已經(jīng)成為現(xiàn)階段建筑企業(yè)有建造向智造轉(zhuǎn)變的有效途徑，BIM技術(shù)的應(yīng)用對于施工現(xiàn)場管理具有重要的現(xiàn)實意義，通過建立模型模擬場地優(yōu)化布置、圖紙會審和碰撞檢測等，能夠極大的保證施工效率，減少返工和材料浪費，節(jié)約項目成本。通過可視化的工人交底，能夠進一步保證現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件拼裝的施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)治理安全。

圖5 可視化交底