基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系施工精細(xì)化管理研究

田朋飛 （安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 引言

近年來，隨著建筑產(chǎn)業(yè)化的快速變革，特別是智能建造與新型建筑工業(yè)化理念的不斷推廣與發(fā)展，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都把建筑構(gòu)件工廠化預(yù)制與裝配化施工作為建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展目標(biāo)。在與已有裝配式混凝土建筑體系相比較下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系具有工業(yè)化加工程度更高、主體結(jié)構(gòu)材料可反復(fù)利用、輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能更好等諸多優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)目前裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工的發(fā)展情況與因素研究，對(duì)于施工過程復(fù)雜多變，信息因子干涉較多，大中型機(jī)械設(shè)備和勞務(wù)配置多樣化等分析，通過投入大量的人力物力，也很難做到精確控制，管控的效率較低。本文依托安徽某裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑示范項(xiàng)目，把施工過程中的精細(xì)化管理與BIM技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，探討一種基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系建筑實(shí)現(xiàn)施工精細(xì)化管理方法。

該裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅小區(qū)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括安置住宅房及配套設(shè)施等，項(xiàng)目為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目，主體鋼結(jié)構(gòu)主要由鋼管混凝土柱、鋼管柱、H型鋼梁、鋼支撐組成。采用預(yù)制樓梯與預(yù)制空調(diào)板，應(yīng)用ALC輕質(zhì)條板與保溫板做外墻，內(nèi)墻采用ALC輕質(zhì)條板，同時(shí)應(yīng)用新型無立桿支撐結(jié)合現(xiàn)澆樓板，項(xiàng)目涉及的裝配式元素豐富，要實(shí)現(xiàn)裝配式高效建造的新型工業(yè)化，必須依托于BIM技術(shù)進(jìn)行施工精細(xì)化管理。

圖1 項(xiàng)目俯瞰圖

2 精細(xì)化管理的內(nèi)容

精細(xì)化管理理念源自汽車制造行業(yè)，特別是汽車組合安裝環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了業(yè)務(wù)層面、管理層面、事務(wù)層面多要素協(xié)調(diào)，精細(xì)化管理對(duì)應(yīng)的內(nèi)涵是“安裝”“工藝”“模塊產(chǎn)品耦合”，其代表了一種生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系發(fā)展的特征，精細(xì)化管理同時(shí)也是社會(huì)需求對(duì)“產(chǎn)品”的內(nèi)在要求。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的日益成熟，構(gòu)成要素與工藝也相對(duì)豐富，能夠運(yùn)用程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化等手段，使組織管理各單元精確、高效、協(xié)同和持續(xù)運(yùn)行。

與制造業(yè)相比，人民群眾對(duì)住宅的要求在不斷提升，同時(shí)，建筑物本身具備多變的“建筑風(fēng)格”這一屬性，與此同時(shí)，裝配式建筑的發(fā)展還處于上升階段，盡管鋼結(jié)構(gòu)的本身的部分產(chǎn)品已經(jīng)相對(duì)完備，但是涉及樓板、墻體、裝飾等部分的產(chǎn)品性還較低，工藝也不夠完善。為了適應(yīng)現(xiàn)代工程的復(fù)雜性和大型化的要求，需要從項(xiàng)目的全局出發(fā)，科學(xué)、系統(tǒng)地管理項(xiàng)目實(shí)施的全過程，克服以往項(xiàng)目管理理論的缺陷。同時(shí)，應(yīng)擴(kuò)展管理內(nèi)涵，越來越多的新技術(shù)、新思想、新工藝應(yīng)用到裝配式鋼結(jié)構(gòu)建造體系當(dāng)中，我們的管理不能再刻板地按照老一套來執(zhí)行，需要更新，以增強(qiáng)管理的適應(yīng)性，發(fā)揮管理的正向作用。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化程度較高，同其他結(jié)構(gòu)形式相比，優(yōu)勢(shì)突出，更加契合精細(xì)化理念的應(yīng)用內(nèi)涵，而BIM技術(shù)是由建筑技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生出的實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的新興技術(shù)，具備業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層的高度模仿能力，為實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工精細(xì)化管理提供了強(qiáng)大的支撐和保障，同時(shí)，它可以使施工項(xiàng)目管理人員更方便地進(jìn)行各種資源的計(jì)算和對(duì)比，提高工作效率，降低了精細(xì)化管理實(shí)施的難度。借助于BIM模型使得工程量及成本等內(nèi)容的計(jì)算很容易通過軟件來進(jìn)行工程量以及預(yù)算成本比對(duì)，BIM技術(shù)手段的綜合優(yōu)勢(shì)是其作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工精細(xì)化管理的最優(yōu)選擇。

2.1 精細(xì)化建模，建立管理信息載體

作為精細(xì)化管理的基礎(chǔ)工作，精度達(dá)到應(yīng)用目標(biāo)的模型是至關(guān)重要的，對(duì)模型而言，精細(xì)化是個(gè)相對(duì)的概念，對(duì)建筑物構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)的參數(shù)化建模，精細(xì)的概念不是只要存在均體現(xiàn)，根據(jù)影響因素確立精細(xì)的范疇，從以往的項(xiàng)目應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)單純地從模型本身來談精細(xì)化建模是個(gè)無底洞，同時(shí)效率較低，一方面，從幾何角度來說，足夠精細(xì)的幾何模型，會(huì)占用大量無效的時(shí)間，同時(shí)模型的幾何程度是有一個(gè)上限的，超過該上限后模型的應(yīng)用、瀏覽變得異常困難，我們從總承包的思維出發(fā)，建議先從管理要素和業(yè)務(wù)方式入手，梳理出對(duì)應(yīng)的工作要素與干涉面，同時(shí)要適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合一些工具的特點(diǎn)開展精細(xì)化的模型搭建工作，例如我們?cè)诓捎茂B合板的項(xiàng)目中，為審核疊合板的碰撞，僅僅搭建疊合板的輪廓，不搭建鋼筋，借助于軟碰撞分析工具，也可以快速地實(shí)現(xiàn)疊合板的碰撞分析，所以說，精細(xì)化建模的本質(zhì)是對(duì)管理內(nèi)涵與應(yīng)用目標(biāo)的高度概括，只有這樣，才能為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的總體目標(biāo)邁好第一步。

圖2 精細(xì)化ALC排版建模

2.2 三維場(chǎng)地布置，空間資源精細(xì)管理

施工現(xiàn)場(chǎng)的空間資源像一座未開墾的“礦山”，在項(xiàng)目建造過程中，我們習(xí)慣把關(guān)注焦點(diǎn)放在項(xiàng)目本身上，項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度、項(xiàng)目的觀感，其實(shí)這也是管理粗放的表現(xiàn)：不會(huì)去利用項(xiàng)目的場(chǎng)地資源，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的實(shí)踐教育我們，要從根本上改變這種思想。場(chǎng)地三維化實(shí)現(xiàn)起來不難，難的是管理者要去看，利用可視化的工具輔助項(xiàng)目的管理者能夠快速地決策，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的降本增效，三維場(chǎng)布是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)部門在現(xiàn)場(chǎng)工作內(nèi)容的可視化協(xié)調(diào)與呈現(xiàn)，管理者只能說決策好，但是效率上談不上先進(jìn)，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)地布置，搭建起現(xiàn)場(chǎng)管理的數(shù)字化沙盤，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建立真實(shí)的場(chǎng)地周邊點(diǎn)云環(huán)境，給構(gòu)件堆場(chǎng)、交通路線、資源分布做一個(gè)時(shí)間屬性、管理人屬性等，把工地變成一個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)制造車間，這才能發(fā)揮了BIM技術(shù)的積極作用，也是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化決策的有力工具，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)施工場(chǎng)地的多維動(dòng)態(tài)布置。

圖3 基于BIM技術(shù)進(jìn)行施工場(chǎng)地布置

2.3 施工進(jìn)度優(yōu)化管控

施工進(jìn)度是項(xiàng)目管理中比較關(guān)注的一部分，但是目前行業(yè)的施工進(jìn)度管理，都是相對(duì)單一的管理，影響施工進(jìn)度因素較多，包括天氣、材料供應(yīng)、勞務(wù)需求等，從施工部署開始一直到項(xiàng)目竣工，施工進(jìn)度往往都存在一個(gè)理想化的理論設(shè)計(jì)當(dāng)中，那些計(jì)劃之外的小意外項(xiàng)目管理者一般可以根據(jù)平衡決策進(jìn)行解決，但是這種方式效率低下，同時(shí)從管理上說不夠科學(xué)，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目建造中，BIM技術(shù)可以對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的資源進(jìn)度、場(chǎng)地進(jìn)度、主體計(jì)劃進(jìn)度實(shí)現(xiàn)總體協(xié)調(diào)，不僅能實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的可行性合理性，更展示了其更為科學(xué)的一面，通過直觀地模擬，從施工邏輯、施工順序的是否合理進(jìn)行驗(yàn)證，以一種直觀、精確的方式對(duì)整個(gè)建筑的施工過程進(jìn)行控制，減少資源浪費(fèi)。

圖4 精細(xì)化施工進(jìn)度模擬

2.4 施工工藝模擬，操作要點(diǎn)精準(zhǔn)到位

根據(jù)施工內(nèi)容編制施工工藝方案，施工工藝方案往往不夠細(xì)化，因?yàn)槭┕すに嚪桨甘侵笇?dǎo)工人施工，體現(xiàn)施工作業(yè)的科學(xué)合理性的方式，但往往我們的施工工藝在施工方案中并不夠精準(zhǔn)，甚至于施工方案不能夠結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，通過BIM的三維可視化功能對(duì)施工工藝進(jìn)行模擬，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)工藝本身的構(gòu)成要素進(jìn)行展示，同時(shí)將工藝本身的安裝順序?qū)崿F(xiàn)一個(gè)模擬制造，這個(gè)過程，更進(jìn)一步地驗(yàn)證了工藝合理性，甚至于推動(dòng)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化，使得其適用性更強(qiáng)，借助于BIM技術(shù)的模擬性對(duì)工藝方案實(shí)現(xiàn)多形式論證，從而加快施工速度。生動(dòng)形象展示各專業(yè)成果，提高施工過程中各階段、各專業(yè)之間的溝通協(xié)調(diào)能力。

2.5 物料精確統(tǒng)計(jì)，動(dòng)態(tài)管控

通過梳理物料信息要素，將生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家、構(gòu)件尺寸等信息內(nèi)容加密“集成”到定制化的二維碼中，將對(duì)應(yīng)的物料二維碼與物料進(jìn)行綁定，BIM模型作為二維碼信息管理入口，詳細(xì)記錄建筑物及構(gòu)件和設(shè)備的所有信息。此外BIM模型作為一個(gè)建筑物的多維度數(shù)據(jù)庫(kù)，并不擅長(zhǎng)記錄各種構(gòu)件的狀態(tài)信息，而基于二次開發(fā)技術(shù)形成的物流管理信息系統(tǒng)對(duì)構(gòu)件的過程信息都有非常好的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄和管理功能，根據(jù)建立的算法規(guī)則，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件二維碼信息與BIM模型信息的動(dòng)態(tài)統(tǒng)一，從而可以解決建筑工業(yè)化發(fā)展帶來的物料跟蹤管理壓力，為采購(gòu)部分提供精確的物料信息，及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行采購(gòu)。物料的精細(xì)化跟蹤管理也間接為構(gòu)件的質(zhì)量追溯管理提供了有效的手段。

圖5 基于BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)物料跟蹤與管理框架

2.6 動(dòng)態(tài)跟蹤變更，精準(zhǔn)核量

以往的項(xiàng)目中，我們往往把變更放在技術(shù)維度里，除非大型的變更，然后等到項(xiàng)目進(jìn)入下一個(gè)階段，才會(huì)以階段為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工程量的計(jì)算與復(fù)核，這種方式非但沒有很好地進(jìn)行工程款統(tǒng)計(jì)與成本計(jì)算，還增加了工程相互推諉致使項(xiàng)目出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑高效率的建造模式，也不允許因?yàn)橐獜?fù)核工程量耽誤工期，通過BIM技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用，設(shè)計(jì)模型建立后進(jìn)行固化、項(xiàng)目過程中的內(nèi)容變更，跨越項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)施工過程中的動(dòng)態(tài)差異化核算與對(duì)比，大大提升了成本比較的效率，在此基礎(chǔ)上，也擴(kuò)展了方案可選項(xiàng)。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)作為數(shù)字孿生的有力工具，高度契合總承包企業(yè)精細(xì)化管理，應(yīng)該在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工前開始應(yīng)用，從設(shè)計(jì)、拆分、深化以及生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，而且中間的數(shù)據(jù)并不協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)利用效率較低，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)建立總承包模式的數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)可以大大縮短這段時(shí)間。另一方面，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工涉及工廠加工和構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝兩個(gè)階段，所需設(shè)備繁多，工藝復(fù)雜，同時(shí)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系由于多方面發(fā)展不平衡帶來的集成優(yōu)勢(shì)不足，BIM技術(shù)與精細(xì)化管理相結(jié)合是提高建筑工業(yè)化有效方法，可以很大程度地提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化施工管理，從而達(dá)到精細(xì)化管理的目標(biāo)。