應用BIM技術的裝配式建筑施工動態(tài)管理研究

彭懷貞 婁華超

1.寧波城市職業(yè)技術學院 浙江 寧波 315800

2.五冶集團上海有限公司 上海 201900

隨著經(jīng)濟和技術的快速發(fā)展，裝配式建筑被廣泛應用。但該結構PC構件多、預留預埋工序復雜和信息動態(tài)變化管理難度大等技術難點，導致其施工管理較為困難。BIM技術的動態(tài)信息化、可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性等特點，為裝配式建筑施工管理提供了更加有效的技術支撐，具有較高的實際應用價值。于龍飛[1]通過將BIM技術與計算機集成建造系統(tǒng)相結合，構建涵蓋施工階段全過程控制管理系統(tǒng)框架，為BIM技術應用于裝配式建筑施工動態(tài)管理提供了新的思路。孫悅[2]等運用BIM技術在設計階段進行全專業(yè)一體化深化設計，大幅度減少了后期施工過程中設計圖紙的變更工作。武永峰[3]等通過運用BIM技術使裝配式建筑設計、生產(chǎn)、裝配、運輸?shù)认到y(tǒng)一體化協(xié)同發(fā)展。琚娟[4]通過建立設計和施工數(shù)據(jù)信息交換流程，使進度管理模型得到持續(xù)優(yōu)化。本文通過分析現(xiàn)階段BIM技術和裝配式建筑特征，針對BIM技術在裝配式建筑施工過程中的動態(tài)管理進行研究。闡述“設計-施工-交付”的全方位動態(tài)管理過程，為優(yōu)化裝配式建筑施工過程和提升施工現(xiàn)場管理水平打開新的思路，以期解決施工過程中出現(xiàn)的“錯漏碰撞”和施工管理中信息不對稱等問題，為深入研究BIM技術在裝配式建筑施工動態(tài)管理中的應用具有重要意義。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程由3棟16層高層住宅樓組成（地下一層），建筑總面積為34308.86m2，其中地上建筑面積24377.86m2，地下建筑面積9931m2。擬建場地原為舊民宅，北面少許為拆遷地塊，南面相鄰商務樓，西面緊挨居民小區(qū)，東面鄰近地鐵線，周邊環(huán)境較復雜。該工程通過裝配式建筑工業(yè)化建造技術、城市智慧平臺BIM技術和綠色文明施工技術等一體化集成系統(tǒng)，從而實現(xiàn)裝配整體式結構施工過程的動態(tài)管理。項目具體位置信息如圖1所示。

圖1 項目地理位置圖

1.2 工程結構體系與特點

本工程1#～3#高層住宅均采用裝配式建筑體系，垃圾房和配電房為一層框架結構，板厚120mm；地下室為框架剪力墻，室外板厚為250mm，室內(nèi)板厚為180mm。樁基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑為600mm和800mm兩種。樓層中主要PC構件有：預制外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、預制樓梯和陽臺板等，1#～3#主樓中水平PC構件為2～16層，豎向PC構件為4～16層，疊合板厚為130mm，最終使工程總體預制裝配率達到40.88%。裝配整體式剪力墻結構主要通過可靠的連接方式將PC構件進行組裝拼接，與現(xiàn)澆混凝土樓層形成封閉的結構體系。具體施工過程是利用PC墻板與現(xiàn)澆混凝土結構邊緣節(jié)點同步施工形成統(tǒng)一整體，并以套筒灌漿連接方式保證鋼筋和PC墻板的受力性能。

1.3 BIM技術應用目標

裝配整體式剪力墻結構施工過程要求流程精細化、設計模數(shù)化、生產(chǎn)自動化和配合一體化[5]。通過BIM技術進度管理模型和信息管理平臺，可實現(xiàn)項目“設計－施工－交付”的全方位動態(tài)管理過程，從而保證施工管理中各項工作的有序進行與產(chǎn)業(yè)結構信息化集成。本工程在設計和施工階段應用BIM技術進行模型搭建，其模型的深化設計有效提高了裝配式建筑PC構件設計的完成度與精確性。通過應用BIM技術完成工程策劃編制、三維場景布置模擬、節(jié)點工序模擬、復雜工序工藝模擬、三維進度模擬、管綜排布和可視化技術交底等，實現(xiàn)工程施工質量、施工安全、施工進度以及資源整合的施工動態(tài)管理過程，最終運用BIM技術完成工程竣工模型和交付。

2 BIM技術在裝配式建筑動態(tài)管理中的應用

2.1 BIM技術在設計階段中的應用

PC構件的預埋預留是裝配式建筑設計過程中不可避免的，主要包括PC墻板上管線預埋、鋼筋校改、碰擊查驗和洞口預留等。在傳統(tǒng)裝配式建筑設計和圖紙會審過程中，針對設計過程中發(fā)現(xiàn)的問題需通過反復的修改圖紙才能制定出合理的問題解決方案，且不能及時得到有效解決。而利用BIM技術設計平臺可以更好的解決傳統(tǒng)設計方法中存在的弊端，加快PC圖紙審圖的速度。各專業(yè)設計人員能夠利用BIM技術設計平臺對各項信息進行匯總，結合立體虛擬空間居住環(huán)境，制定詳細的圖紙設計問題解決方案，從而實現(xiàn)設計方案的同步修改。BIM技術設計平臺利用參數(shù)化設計方法構建數(shù)據(jù)模型，將裝配式建筑的PC構件和現(xiàn)澆部分各作為一個獨立單元。運用模型中碰撞檢測與自動糾錯功能，檢測出各專業(yè)設計中存在的沖突問題，匯總后與設計單位進行圖紙會審，以調(diào)整參數(shù)的方式自動糾錯，可以消除40%左右的沖突問題[6]。同時能夠對施工現(xiàn)場存在的隱患問題進行預測和分析，以此實現(xiàn)裝配式建筑在設計階段的動態(tài)管理過程。

2.2 BIM技術在施工階段中的應用

BIM技術通過數(shù)字化信息模式對裝配式建筑的施工過程進行動態(tài)管理，實現(xiàn)動態(tài)管理中的信息交流和相互協(xié)作[7]。利用BIM技術集成施工對象和施工進度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)施工進度的實時跟蹤與監(jiān)控。可及時制定修改方案解決施工過程中存在的問題，以此建立裝配式建筑動態(tài)施工規(guī)劃系統(tǒng)，從而實現(xiàn)施工過程中的質量、安全和進度的動態(tài)管理[8]。

（1）施工質量管理

在裝配式建筑施工過程中，PC構件生產(chǎn)質量控制和施工現(xiàn)場質量控制尤為重要。其中，PC構件生產(chǎn)質量控制是整個施工過程中質量控制的前提，直接關系到后期的施工現(xiàn)場吊裝質量。在生產(chǎn)質量控制方面，裝配式建筑的PC構件生產(chǎn)工藝設計復雜，既要達到構件相關設計標準，又要滿足設計構件幾何尺寸精度和強度的要求。運用BIM技術對PC構件整個生產(chǎn)工藝設計進行模擬，使質量管理技術人員能夠直觀檢查和分析設計構件的幾何尺寸精度和強度。BIM技術信息化管理可以對PC構件生產(chǎn)質量進行跟蹤分析，進一步深化PC構件的工藝設計和生產(chǎn)質量管理。同時明確PC構件之間存在的碰撞和沖突情況，并及時控制整體施工現(xiàn)場質量。在施工現(xiàn)場質量控制方面，應用BIM技術對組裝完成的PC構件和施工現(xiàn)場預留的空間與孔進行合理計算，通過三維模型找出施工過程中的重難點，從而實時對施工現(xiàn)場質量管理進行跟蹤和監(jiān)督，有效判斷施工過程中是否存在質量問題。及時解決質量檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，利用BIM技術對質量管理過程中的問題和解決方案進行匯總并分析其原因，從而實現(xiàn)施工過程中質量控制的動態(tài)管理。

（2）施工安全管理

施工安全管理中運用BIM技術與傳統(tǒng)裝配式建筑施工安全管理技術相比有突出優(yōu)勢。BIM技術的可視化功能將施工現(xiàn)場環(huán)境中復雜的物理信息以及合同中敲定的構建系統(tǒng)轉換成數(shù)字信息化三維交互式虛擬環(huán)境[9]。施工安全管理人員可直觀的了解現(xiàn)場情況，及時發(fā)現(xiàn)工程中潛在的安全隱患問題并采取相應的解決措施，消除設計偏差、排除安全事故風險，從而實現(xiàn)施工過程中前期的安全策劃。裝配式建筑實際的施工過程中，施工現(xiàn)場安全管理具有復雜性和不可預知性。實際施工過程中PC構件吊裝多條施工路線相互交織，甚至出現(xiàn)多條工序同步實施的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的人力管理無法適應新技術，出現(xiàn)安全管理效率低下，甚至潛在的安全管理失誤。BIM技術包含整體項目信息，直接在施工現(xiàn)場安全管理模擬中對存在的安全隱患動態(tài)識別并消除。在傳統(tǒng)靜態(tài)模型下，大部分安全隱患很難識別，運用BIM動態(tài)模型可準確識別塔吊等其他機械與建筑實體發(fā)生碰撞的部位。針對BIM技術識別出的安全隱患及時制定對應的安全措施，實現(xiàn)施工過程安全控制的動態(tài)管理。

（3）施工進度管理

繼施工質量控制管理、施工安全控制管理之后，施工進度管理是工程施工管理過程中需要注意的關鍵環(huán)節(jié)。因多方參與裝配式建筑施工管理過程，會出現(xiàn)施工現(xiàn)場信息交流繁瑣、返工率高等現(xiàn)象，僅依靠傳統(tǒng)的技術和工具對施工進度進行協(xié)調(diào)管理會出現(xiàn)問題。BIM技術動態(tài)調(diào)整縮短信息傳輸路徑，實現(xiàn)多方協(xié)同施工其最大亮點。三維模擬施工場地實現(xiàn)裝配式建筑施工進度管理和PC構件的動態(tài)鏈接，輔助施工現(xiàn)場電子監(jiān)控設備實時監(jiān)督施工管理過程，對各個作業(yè)面安排施工進度計劃，有針對性的解決和處理進度管理中可能出現(xiàn)的問題?？茖W合理的編制和指導施工進度計劃，有效穿插構件安裝工序和優(yōu)化技術間隔，把握關鍵部位和關鍵節(jié)點的施工，突出施工進度管理效果。

2.3 BIM技術在交付階段中的應用

BIM技術不僅應用于設計階段和施工階段，也可運用在項目竣工交付階段?？⒐そ桓峨A段工程施工核算量較大，傳統(tǒng)方式通過平面圖紙來對每個構件進行工程量核算，但這種方式效率低下，且圖紙變更和信息缺損會導致最終計算結果缺乏準確性。BIM技術的數(shù)字信息化參數(shù)設計，賦予整個施工過程中各個構部件空間、方位、幾何、工程量數(shù)據(jù)和工程進度信息等屬性。在工程設計階段與施工階段，BIM模型會隨著設計與施工圖紙進行更新迭代，錄入與更新圖紙變更部位的相關構部件各項信息。在竣工交付階段，BIM模型包含所建工程施工過程所有信息全部，根據(jù)三維模型中記錄的具體相關數(shù)據(jù)，運營和管理竣工交付后的工程，規(guī)避投入使用后出現(xiàn)的問題與風險延長使用壽命，實現(xiàn)整個工程項目運營過程的高效和可控。在竣工交付階段，業(yè)主可運用BIM模型的檢索功能查看施工過程中所有的動態(tài)信息，減少竣工交付時間，節(jié)約竣工結算成本。BIM技術參數(shù)修改和實時跟蹤來實現(xiàn)BIM技術在竣工交付階段時的動態(tài)管理應用，解決實際使用過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況。

3 結論

針對裝配式建筑住宅工程施工動態(tài)管理，本文引入現(xiàn)代化信息技術集成理念，通過BIM信息化技術在裝配式建筑設計－施工－交付一體化管理系統(tǒng)中的應用，實現(xiàn)項目“設計－施工－交付”的全過程動態(tài)管理。為優(yōu)化裝配式結構施工過程和提升施工現(xiàn)場管理水平打開新的思路，以期解決裝配式建筑施工過程中出現(xiàn)的“錯漏碰撞”和施工管理中信息不對稱等問題，降低施工過程中的不確定性，進而推廣BIM技術在裝配式建筑施工動態(tài)管理過程中的運用，盡早達到裝配式建筑施工現(xiàn)場動態(tài)管理和信息化技術集成系統(tǒng)無縫結合。