基于EBIM云平臺(tái)的預(yù)制裝配式建筑施工管理研究

白旭軍

(山西鏵興工程檢測(cè)有限公司 山西太原 030032)

1 引言

目前，我國(guó)房屋建筑產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益增強(qiáng)，但其建造模式仍以現(xiàn)場(chǎng)澆筑的傳統(tǒng)建造方式為主，存在建造效率低、資源能耗高、工業(yè)化水平低等問(wèn)題[1－2]，已不符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展階段的歷史要求。建筑工業(yè)化和信息化是我國(guó)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必經(jīng)之路，也是節(jié)能減排的有效途徑。在歐美、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家中，廣泛采用“預(yù)制裝配化施工技術(shù)”，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⒅悄軝C(jī)械化以及管理信息化，成為新興的建筑模式。相比之下，我國(guó)的預(yù)制裝配式建筑仍處于起步階段，在信息化方面的研究有待突破[3]。

相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆模式，預(yù)制裝配化建筑構(gòu)件種類(lèi)多、數(shù)量多，安裝精確度要求高，施工過(guò)程中要有更為嚴(yán)密的預(yù)制構(gòu)件施工信息動(dòng)態(tài)管理。基于集成EBIM工程數(shù)據(jù)模型，可將施工過(guò)程信息與模型對(duì)象相關(guān)聯(lián)，形成具有多維度的EBIM模型，促進(jìn)工程生產(chǎn)的高效運(yùn)行，工程進(jìn)度可視化，有效緩解工期偏差[4－5]。EBIM的信息共享機(jī)制可有效避免工程溝通和工程管理過(guò)程中存在的信息冗余和信息失真問(wèn)題，進(jìn)而提高管理效率，降低施工誤差，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量和施工安全目標(biāo)[6]。依賴(lài)終端設(shè)備和PC端設(shè)備相結(jié)合的EBIM云平臺(tái)，施工技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控施工進(jìn)度和指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程、施工管理的信息化和智能化。

目前，國(guó)內(nèi)將EBIM技術(shù)應(yīng)用在裝配化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的研究逐漸增加，但仍然處于探索階段，有待進(jìn)一步的工程經(jīng)驗(yàn)積累和豐富[7－9]。王侖等[10]針對(duì)EBIM技術(shù)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀，指出EBIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑全生命周期中都具有顯著的應(yīng)用價(jià)值；董娜等[11]將EBIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制裝配式建筑(Prefaricated Concrete，PC)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，指出EBIM技術(shù)可以有效提高出圖質(zhì)量，施工階段可以在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行EBIM模型集成；謝天圣等[12]提出了設(shè)計(jì)企業(yè)EBIM構(gòu)件庫(kù)建設(shè)的基本管理方法，從施工標(biāo)準(zhǔn)化角度給出了具體的構(gòu)件族庫(kù)實(shí)例；張海東等[13]從裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化施工的角度，從實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件庫(kù)管理、可視化安裝及過(guò)程狀態(tài)追蹤等一系列EBIM解決方案，描述了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。

本文基于紹興越城區(qū)曲屯1號(hào)地塊預(yù)制裝配式房建項(xiàng)目，建立三維EBIM協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)施工階段中項(xiàng)目的進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、綜合管線(xiàn)信息化管理以及二維碼管理，研究成果可為預(yù)制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策。

2 工程概況及EBIM模型的建立

紹興越城區(qū)曲屯1號(hào)地塊項(xiàng)目位于紹興市越城區(qū)，東至解放大道，南至梅山路，西至曲屯路，北至地限線(xiàn)。曲屯1號(hào)地塊2標(biāo)建筑面積119 226 m2，地上面積76 893 m2，地下面積42 333 m2。其中高層區(qū)共5棟主樓，15＃、20＃為地上26層，地下2層；19＃為地上26層，地下1層；21＃為地上24層，地下2層；22＃為地上24層，地下1層。地上結(jié)構(gòu)形式為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配率為50%。本文以該項(xiàng)目為例，各個(gè)專(zhuān)業(yè)獨(dú)立建立EBIM模型，采用中心文件、文件鏈接的協(xié)同方式建立項(xiàng)目綜合EBIM模型，具體分為:建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)—風(fēng)、空調(diào)—水、水、電、氣體、自噴及軸網(wǎng)，其中預(yù)制構(gòu)件的爆炸分解如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層爆炸視圖(裝配式剪力墻結(jié)構(gòu))

3 預(yù)制裝配式建筑EBIM協(xié)同管理平臺(tái)

以EBIM三維信息模型作為集成平臺(tái)，將虛擬數(shù)字模型與工程實(shí)際模型相關(guān)聯(lián)[14]，并將集成大量資料數(shù)據(jù)的數(shù)值模型上傳至EBIM云平臺(tái)，項(xiàng)目參與各方可基于EBIM云平臺(tái)共享和管理數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息溝通的高效率、信息傳遞的高保真、多方合作的協(xié)同化和實(shí)時(shí)化。為建立反映現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，在EBIM云平臺(tái)中施工一線(xiàn)技術(shù)人員需將施工合同、施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工設(shè)備和材料、設(shè)計(jì)變更與表單、各種會(huì)議紀(jì)要等資料上傳，以便于參建各單位各部門(mén)的瀏覽、下載和分析；同時(shí)也可以利用各種監(jiān)控終端上傳視頻、語(yǔ)音等，記錄施工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)。在竣工階段，可向建設(shè)方提交一份EBIM模型的工程數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

本文通過(guò)對(duì)建立的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓進(jìn)行數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，基于EBIM云平臺(tái)建立協(xié)同管理平臺(tái)，如圖2所示。EBIM云平臺(tái)采用“云端＋終端”的結(jié)構(gòu)模式，建設(shè)期所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)(EBIM模型、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)、變更表單資料等)均上傳和存儲(chǔ)在云平臺(tái)，整個(gè)項(xiàng)目的各參與方均能參與以BIM模型為中心的數(shù)據(jù)信息的高效溝通之中，并通過(guò)各個(gè)應(yīng)用端口進(jìn)行數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集和展示，端口形式主要為EBIM云平臺(tái)分移動(dòng)端、個(gè)人電腦端、網(wǎng)絡(luò)端。其中移動(dòng)端通過(guò)手持移動(dòng)電話(huà)、iPad等設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)EBIM模型應(yīng)用及數(shù)據(jù)收集，個(gè)人電腦端主要作為管理端口進(jìn)行模型和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中展示及分析，網(wǎng)絡(luò)端主要作為平臺(tái)權(quán)限設(shè)置及數(shù)據(jù)展示。

圖2 BIM協(xié)同管理平臺(tái)

針對(duì)建設(shè)項(xiàng)目多方參與共同管理的特點(diǎn)，項(xiàng)目定制開(kāi)發(fā)了集成EBIM模型的輕量化及移動(dòng)應(yīng)用。輕量化即通過(guò)對(duì)EBIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，實(shí)時(shí)上傳至EBIM云平臺(tái)，參與各方通過(guò)各端口進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的瀏覽；移動(dòng)應(yīng)用將EBIM模型移到施工現(xiàn)場(chǎng)，方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、進(jìn)度、安全及變更的管理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題，為施工過(guò)程提供指導(dǎo)，為質(zhì)量驗(yàn)收提供依據(jù)。

另外還設(shè)定了以BIM模型中構(gòu)件為對(duì)象的幾大特色管理功能，包括:實(shí)時(shí)創(chuàng)建話(huà)題討論；流程化及標(biāo)準(zhǔn)化的Word＆Excel表單審批管理、進(jìn)度管理、材料及設(shè)備追蹤、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢(xún)及定位、二維碼等管理、支持所有格式文件的項(xiàng)目關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)文件按照參與方權(quán)限的查詢(xún)、分類(lèi)管理及共享。

4 EBIM技術(shù)在施工中的具體應(yīng)用

4.1 基于EBIM模型的進(jìn)度管理

項(xiàng)目進(jìn)度管理是指在科學(xué)合理分析工程進(jìn)度目標(biāo)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)質(zhì)量目標(biāo)與造價(jià)目標(biāo)，編制相關(guān)的實(shí)施計(jì)劃，并在實(shí)施中及時(shí)對(duì)比、檢查實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度是否存在偏差，若兩者不一致時(shí)則采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行工期控制，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度目標(biāo)。裝配式建筑往工業(yè)化方向發(fā)展，其設(shè)計(jì)、制作、運(yùn)輸、施工到運(yùn)營(yíng)維護(hù)的整個(gè)生命周期，都有眾多的參建方，溝通協(xié)調(diào)時(shí)信息傳遞鏈條多、對(duì)時(shí)效性要求高，傳統(tǒng)的工程進(jìn)度管理模式往往缺乏彈性和滯后，導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度不一致，不利于施工工期的控制。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的吊裝施工進(jìn)度管理趨于精細(xì)化的管理，保證施工過(guò)程的連續(xù)性，達(dá)到提高工作效率的管理目標(biāo)，在預(yù)制裝配式建筑EBIM模型的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入Project文件中的時(shí)間信息，形成4D虛擬施工進(jìn)度模擬，以直觀和全面地為使用者提供施工信息。如圖3所示，在EBIM云平臺(tái)中，使用者可以方便地調(diào)用各個(gè)構(gòu)件的狀態(tài)信息，并能在導(dǎo)入的Project文件中修改構(gòu)件的時(shí)間參數(shù)，比如計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間和實(shí)際開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間和實(shí)際結(jié)束時(shí)間、施工持續(xù)時(shí)間等，并動(dòng)態(tài)模擬和演示施工進(jìn)度，達(dá)到施工工序的可視化瀏覽。由于工程實(shí)際模型與EBIM模型通過(guò)唯一的構(gòu)件二維碼進(jìn)行統(tǒng)一和關(guān)聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)員通過(guò)掃描構(gòu)件二維碼查詢(xún)和對(duì)比實(shí)際施工進(jìn)度與EBIM模型中的計(jì)劃進(jìn)度。當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)度超前時(shí)，模型發(fā)出紅色預(yù)警；當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)度滯后時(shí)，模型發(fā)出黃色預(yù)警；當(dāng)進(jìn)度一致時(shí)，模型則發(fā)出綠色預(yù)警，工程技術(shù)人員可根據(jù)預(yù)警信息及時(shí)調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃。

圖3 施工進(jìn)度模擬

4.2 基于EBIM模型的質(zhì)量管理

傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)的施工圖紙，是基于過(guò)程的設(shè)計(jì)表達(dá)方式，對(duì)于一個(gè)預(yù)制構(gòu)件的表達(dá)是通過(guò)點(diǎn)、線(xiàn)表示的，前后并無(wú)關(guān)聯(lián)性，而基于EBIM的裝配式建筑的模型建立，是在組件設(shè)計(jì)的概念基礎(chǔ)上，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式是模塊化的，每個(gè)組件將承載了整個(gè)生命周期的工程數(shù)據(jù)信息。

EBIM信息模型具有可全方位展示裝配式建筑模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)的功能，通過(guò)模型瀏覽，可以獲取每一個(gè)構(gòu)造的精細(xì)信息，也可從模型中選取復(fù)雜部位和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行吊裝工序模擬，以可視化的預(yù)建造漫游，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和施工工人的技術(shù)交底，增強(qiáng)其對(duì)施工工藝、施工環(huán)境的認(rèn)識(shí)，提高施工質(zhì)量和裝配式構(gòu)件安裝效率，達(dá)到EBIM模型指導(dǎo)施工的目的。鋼筋專(zhuān)業(yè)深化是裝配式建筑復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造表達(dá)重點(diǎn)內(nèi)容，EBIM軟件強(qiáng)大的可視化能力，可以提供直觀和全面的三維鋼筋排布展示，對(duì)節(jié)點(diǎn)處的碰撞檢測(cè)也更為便捷，能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化和修改鋼筋間距、鋼筋直徑、鋼筋數(shù)量等參數(shù)，提高施工質(zhì)量和降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度，如圖4所示。

圖4 節(jié)點(diǎn)鋼筋深化

4.3 基于EBIM技術(shù)的綜合管線(xiàn)信息化管理

傳統(tǒng)的二維圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程分階段、分專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)間的設(shè)計(jì)圖紙不可避免地存在沖突，而且在二維圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行管線(xiàn)協(xié)調(diào)需花費(fèi)大量的時(shí)間去發(fā)現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰、缺，究其原因就是基于過(guò)程的設(shè)計(jì)方式，圖元之間并無(wú)關(guān)聯(lián)，承載的信息非常有限，二次修改的工作量太大。利用管線(xiàn)綜合在三維可視化下準(zhǔn)確展現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的空間布局和管線(xiàn)走向，提前檢查碰撞點(diǎn)并對(duì)管線(xiàn)重新排布，并提前生成預(yù)留孔洞，減少碰撞沖突和現(xiàn)場(chǎng)返工，如圖5所示。BIM建立的過(guò)程中，對(duì)與預(yù)制構(gòu)件相協(xié)調(diào)的管線(xiàn)信息，要在預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)之前就要做好技術(shù)交底工作，并且對(duì)于每一個(gè)構(gòu)件應(yīng)錄入相關(guān)信息，保證后續(xù)綜合管線(xiàn)安裝工作順利進(jìn)行。

圖5 綜合管線(xiàn)優(yōu)化布置

4.4 基于EBIM技術(shù)的二維碼管理

從裝配式建筑EBIM模型導(dǎo)入到EBIM云平臺(tái)之后，對(duì)于每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件就已經(jīng)設(shè)定了唯一ID號(hào)，并且分配了一個(gè)基于ID號(hào)生成的二維碼，通過(guò)移動(dòng)端掃描可自動(dòng)獲取該預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息。此二維碼應(yīng)用性較強(qiáng)，支持多種類(lèi)、多格式數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)?？紤]到預(yù)制構(gòu)件的過(guò)程動(dòng)態(tài)性，二維碼除了具備唯一性，還具有動(dòng)態(tài)信息可擴(kuò)展性，集成過(guò)程數(shù)據(jù)信息[15]。

打開(kāi)構(gòu)件二維碼管理界面，用戶(hù)可以反查到打印過(guò)的二維碼，查看二維碼的詳細(xì)信息，包括:構(gòu)件編碼、構(gòu)件名稱(chēng)、打印時(shí)間、打印人、定位模型、二維碼詳情。對(duì)于預(yù)制構(gòu)件EBIM模型在施工階段不同狀態(tài)下的二維碼信息集成，如表1所示。

表1 EBIM＆二維碼各階段數(shù)據(jù)集成應(yīng)用

以本項(xiàng)目預(yù)制疊合板為例，對(duì)施工階段疊合板的工程數(shù)據(jù)信息集成應(yīng)用方面從以下幾點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，包括EBIM模型、圖紙、工藝視頻、資料、表單及現(xiàn)場(chǎng)圖片等。通過(guò)二維碼掃描直接定位查看BIM模型中預(yù)制構(gòu)件及其相關(guān)構(gòu)件的屬性信息。掃碼查看與疊合板深化設(shè)計(jì)的施工圖紙，照?qǐng)D施工具體到每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件。疊合板的施工工藝視頻，通過(guò)手機(jī)掃碼就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的施工交底。與疊合板相關(guān)的全部工程資料以及相關(guān)施工工藝工法、規(guī)范規(guī)程均可關(guān)聯(lián)到疊合板動(dòng)態(tài)二維碼。掃描二維碼查看構(gòu)件關(guān)聯(lián)的工程表單，可獲取包括疊合板進(jìn)場(chǎng)的檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收表、安裝檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收表等模板，現(xiàn)場(chǎng)直接填寫(xiě)并提交審批。施工質(zhì)量和安全管理方面的現(xiàn)場(chǎng)圖片均可掃描關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的疊合板中。

5 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)建造方式相比，預(yù)制裝配式建筑具有較好的綜合社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。將EBIM技術(shù)應(yīng)用到預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的施工中，可有效利用EBIM模型中詳細(xì)而精細(xì)的建筑信息，以指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件的施工過(guò)程管理。

依托紹興越城區(qū)曲屯1號(hào)地塊預(yù)制裝配式房建項(xiàng)目，建立了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)多專(zhuān)業(yè)的EBIM協(xié)同平臺(tái)，有效地加強(qiáng)了各參建方的數(shù)據(jù)傳輸及協(xié)同共享，避免傳統(tǒng)工作方式的信息不對(duì)稱(chēng)、信息孤島現(xiàn)象，為各參與方提供一個(gè)高效率信息溝通和協(xié)同工作的平臺(tái)。

EBIM技術(shù)在預(yù)制裝配式房建項(xiàng)目中可實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理的動(dòng)態(tài)糾偏，質(zhì)量管理的精細(xì)化，綜合管線(xiàn)的可視化和二維碼的動(dòng)態(tài)追蹤，為預(yù)制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策。