基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工進(jìn)度管理研究

邱明坤（解放軍總醫(yī)院，北京 100853）

盡管建筑行業(yè)在發(fā)展中給予了裝配式建筑足夠的投入與重視，但由于現(xiàn)階段我國(guó)裝配式建筑在施工中存在信息化水平不達(dá)標(biāo)的問題，導(dǎo)致此類建筑工程在市場(chǎng)內(nèi)的發(fā)展一直受到制約[1]。而BIM 技術(shù)在建筑等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，不僅為行業(yè)發(fā)展指明了新的方向，更是為施工的協(xié)調(diào)管理提供了全新的技術(shù)手段，對(duì)于建筑行業(yè)而言，BIM 技術(shù)的應(yīng)用是一場(chǎng)全新的技術(shù)革命。

1 裝配式建筑概況

以某城市新區(qū)項(xiàng)目為例，進(jìn)行建筑施工進(jìn)度管理方法的設(shè)計(jì)研究。此項(xiàng)目位于新區(qū)南側(cè)，為某大型建筑開發(fā)商承包的花園式小區(qū)，小區(qū)中包括居民住宅建筑、停車場(chǎng)、商業(yè)配套設(shè)施等[2]。根據(jù)承包合同，小區(qū)中包括居民住宅建筑按照裝配式結(jié)構(gòu)建筑開發(fā)，整理房建工程基本情況，見表1。

表1 工程基本情況統(tǒng)計(jì)

該項(xiàng)目中，所有民居建筑均按照混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以民居住宅中的7#為例，此棟樓的占地面積約為2.9萬m2，建筑中外墻結(jié)構(gòu)、樓梯結(jié)構(gòu)、空調(diào)板結(jié)構(gòu)與陽臺(tái)板結(jié)構(gòu)均為工廠預(yù)制生產(chǎn)的構(gòu)件[3]。建筑相關(guān)信息概述見表2。

表2 7#建筑相關(guān)信息概述

2 基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工進(jìn)度管理

2.1 裝配式建筑BIM模型建立與信息實(shí)時(shí)更新

本文結(jié)合目前BIM 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，將該技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的進(jìn)度管理中，首先對(duì)BIM 模型建立進(jìn)行了研究[4]。圖1為基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理框架結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理框架結(jié)構(gòu)圖

在建模時(shí)，引入Autodesk系列BIM軟件Revit，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用工程管理軟件編制了裝配式建筑的進(jìn)度計(jì)劃。第一步，在應(yīng)用Revit 軟件建模時(shí)，將建筑方案以文件的形式導(dǎo)入到該軟件當(dāng)中，并新建一個(gè)三維模型項(xiàng)目；第二步，將建筑施工方案當(dāng)中的報(bào)告軸網(wǎng)等定位信息在模型對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)上展示；第三步，對(duì)裝配式建筑的外墻結(jié)構(gòu)、樁結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)等構(gòu)件創(chuàng)建；第四步，對(duì)門窗結(jié)構(gòu)創(chuàng)建；第五步，繪制裝配式建筑中連接各個(gè)樓層的樓梯；第六步，根據(jù)當(dāng)前模型中展示的內(nèi)容，完成對(duì)明細(xì)表和各個(gè)方向視圖的繪制[5]。結(jié)合建筑當(dāng)中不同構(gòu)件的類型，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，并將分解后的結(jié)構(gòu)分別存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的WBS 工作包當(dāng)中。在完成對(duì)BIM 模型的創(chuàng)建后，將該模型導(dǎo)入到Navisworks 軟件中。通過上述Revit 軟件創(chuàng)建的BIM 模型通常以.rvt 格式文件存儲(chǔ)，這一格式文件可直接導(dǎo)入到Navisworks 軟件中，若應(yīng)用其他BIM 建模，則需要將其文件轉(zhuǎn)變?yōu)?ifc的格式，再進(jìn)行導(dǎo)入[6]。在這一過程中，必須確保構(gòu)件文件集與WBS 工作包在類型劃分上一致，以此實(shí)現(xiàn)裝配式構(gòu)件與進(jìn)度計(jì)劃的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

在施工的過程中，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)采集影響施工進(jìn)度的相關(guān)信息，并利用下述公式計(jì)算各個(gè)影響因素對(duì)施工進(jìn)度影響的權(quán)重值，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)其影響程度的量化：

公式（1）中，T代表裝配式建筑施工進(jìn)度綜合影響關(guān)系矩陣；D代表因素標(biāo)準(zhǔn)化直接影響矩陣。公式（1）中，D又可通過下述公式計(jì)算得出：

公式（2）中，aij代表某一因素i對(duì)另一因素j的影響程度。同時(shí)，將采集到的信息進(jìn)行匯總，并上傳到云端，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑施工項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的不斷完善。

2.2 裝配式建筑施工進(jìn)度計(jì)劃分析

在施工階段，為確保進(jìn)度，需要通過施工模擬的方式對(duì)BIM 模型進(jìn)行反復(fù)檢查，并找出存在的進(jìn)度計(jì)劃問題[7]。在進(jìn)度管理時(shí)，利用BIM 模型的可視化功能，觀察虛擬裝配式建筑的構(gòu)建過程，并對(duì)施工過程是否合格、工序邏輯是否合理等進(jìn)行判斷[8]。在每次的施工仿真中，都要對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行全面檢查，如果出現(xiàn)了問題或者與目標(biāo)不一致的情況，就必須進(jìn)行相應(yīng)的修改，以保證最后的工程進(jìn)度是最佳的。這一過程可用圖2表示。

圖2 裝配式建筑施工進(jìn)度優(yōu)化過程示意圖

在這一過程中，進(jìn)度數(shù)據(jù)與BIM模型之間是動(dòng)態(tài)連接的，因此，通過對(duì)進(jìn)度的控制可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型之間聯(lián)動(dòng)修改[9]。在修改過程中，模型上的構(gòu)件進(jìn)度信息也會(huì)同步修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度計(jì)劃的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

2.3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度管理

結(jié)合上述論述分析得出，影響裝配式建筑施工進(jìn)度的因素較多，其中預(yù)制構(gòu)件的精度對(duì)其影響較大。因此，針對(duì)這一問題，將BIM技術(shù)應(yīng)用到對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)當(dāng)中，通過對(duì)其生產(chǎn)精度的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的管理。結(jié)合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工項(xiàng)目中涉及的各類構(gòu)件族庫進(jìn)行構(gòu)建，包括預(yù)制外墻、樓板、梁結(jié)構(gòu)、樓梯等。將各個(gè)構(gòu)件的三維模型上傳到BIM 管理平臺(tái)當(dāng)中，并在對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行加工時(shí)，依據(jù)平臺(tái)當(dāng)中的實(shí)時(shí)三維模型，結(jié)合施工項(xiàng)目需要，完成對(duì)模具的設(shè)計(jì)并指導(dǎo)生產(chǎn)人員下料和加工[10]。圖3 為預(yù)制構(gòu)件在Revit軟件中的創(chuàng)建流程示意圖。

圖3 預(yù)制構(gòu)件在Revit軟件中的創(chuàng)建流程示意圖

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)建筑施工項(xiàng)目中各個(gè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)厚度等，在構(gòu)件庫中找出相應(yīng)的種類，并將其放置在模型當(dāng)中。構(gòu)件制造廠根據(jù)構(gòu)件的外形和預(yù)留的孔洞位置，準(zhǔn)確地完成構(gòu)件的成型。比如煤氣、下水道管道等，為了保證管道的安全，必須要有足夠的空間。一些裝配式建筑的外立面上也會(huì)增加一層裝飾面層，因此在制造時(shí)還需要獲取與裝修面層相關(guān)的信息。在生產(chǎn)前，制造商根據(jù)零件模型信息，提前制定生產(chǎn)計(jì)劃，空出成品存放地點(diǎn)；在制造階段，設(shè)計(jì)者將已完成的構(gòu)件資料導(dǎo)入到模型中，構(gòu)件資料會(huì)被自動(dòng)轉(zhuǎn)化為可被制造設(shè)備所識(shí)別的格式，并立即投入到生產(chǎn)中。

2.4 預(yù)制構(gòu)件安裝進(jìn)度管理

在對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行安裝時(shí)，通過對(duì)具體安裝流程的模擬，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管理。在模擬過程中，對(duì)項(xiàng)目施工全過程應(yīng)當(dāng)給出詳細(xì)資料，并針對(duì)不同階段的施工情況，通過施工模擬的方式實(shí)現(xiàn)施工順序優(yōu)化。

在施工中，往往會(huì)出現(xiàn)一些問題，如預(yù)留孔位置誤差大、吊裝軸線偏差大、安裝標(biāo)高偏差等。造成上述問題的根本原因在于，在安裝時(shí)，構(gòu)件的安裝順序不合理，構(gòu)件與構(gòu)件之間產(chǎn)生了碰撞而造成了位置的變化。針對(duì)這一問題，在對(duì)構(gòu)件的安裝施工模擬時(shí)，可以對(duì)構(gòu)件安裝的順序進(jìn)行優(yōu)化，并在施工中向工人演示施工要點(diǎn)，從而提高作業(yè)人員的工作效率，達(dá)到對(duì)施工進(jìn)度的管理。

3 實(shí)驗(yàn)

提取裝配式建筑結(jié)構(gòu)中各個(gè)位置構(gòu)件信息，構(gòu)建BIM 建筑模型，建模時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建筑的二維平面圖紙與CAD圖紙，生成建筑結(jié)構(gòu)的三維剖面圖、構(gòu)件三維圖像，對(duì)圖像進(jìn)行集成，得到建筑三維結(jié)構(gòu)，模型。具體步驟如下：

（1）新建工程模板→標(biāo)注不同構(gòu)件在模板中的位置信息→制造部件，包括構(gòu)造柱、結(jié)構(gòu)外墻、裝飾板等。

（2）裝配式建筑的施工主要是根據(jù)構(gòu)件的種類進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，形成多個(gè)WBS工作程序，從而制定出相應(yīng)的工程進(jìn)度計(jì)劃。

（3）將3D 建模裝入Navisworks，將Revit 中的文檔導(dǎo)入Navisworks，確保組件集合和工作包的劃分保持一致后，即可實(shí)現(xiàn)建筑PC 組件和工程進(jìn)度計(jì)劃的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

（4）將已審核好的工程進(jìn)度圖和3D 模型輸入到Navisworks中。在此基礎(chǔ)上，在建模過程中增加其他需求信息，從而實(shí)現(xiàn)了建筑施工的動(dòng)態(tài)仿真。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型的更新，現(xiàn)場(chǎng)管理者每天都需要進(jìn)行工地進(jìn)度的記錄，將每個(gè)工序、每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的完成情況按照標(biāo)準(zhǔn)記錄下來，將數(shù)據(jù)、圖片、文字等進(jìn)度信息使用手機(jī)、ipad等工具傳輸?shù)皆贫?。同時(shí)，在BIM 云平臺(tái)上，工程主體結(jié)構(gòu)的實(shí)際進(jìn)展情況也會(huì)自動(dòng)得到更新。通過上述方式，在施工中對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)管理與更新。

根據(jù)工程部署，7#建筑應(yīng)在180d 內(nèi)完成從設(shè)計(jì)到構(gòu)件安裝所有施工步驟，將裝配式建筑施工劃分為若干個(gè)環(huán)節(jié)，見表3。

表3 裝配式建筑施工環(huán)節(jié)

匯總表中內(nèi)容，按照本文設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)行該項(xiàng)目的施工進(jìn)度管理，完成施工后，工期為158d。按照傳統(tǒng)方法，進(jìn)行該項(xiàng)目的施工進(jìn)度管理，完成施工后，工期為226d。

4 結(jié)語

通過此次研究，得出以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

（1）7#建筑預(yù)期應(yīng)在180d內(nèi)完成施工，根據(jù)工程方統(tǒng)計(jì)、整理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文設(shè)計(jì)的方法，完成施工后工期為158d，實(shí)現(xiàn)了在預(yù)期天數(shù)內(nèi)完成建筑施工。使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行施工，該項(xiàng)目預(yù)期在226d內(nèi)完成，不滿足業(yè)主方提出的180d內(nèi)完成施工要求。對(duì)兩種施工方法出現(xiàn)工期差異的原因進(jìn)行分析，明確了本文設(shè)計(jì)的方法在施工進(jìn)度管理時(shí)，采用了交叉施工作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同施工步驟的優(yōu)化，而傳統(tǒng)方法按照既定的施工方案施工，導(dǎo)致工期延誤。

（2）傳統(tǒng)的進(jìn)度管理方法存在著信息傳遞滯后的問題，采用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法進(jìn)行進(jìn)度控制，過程比較煩瑣，而且命令的傳遞都是依靠人工語言進(jìn)行，使得工人很難獲得具有時(shí)效的信息。而在本課題中，BIM管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)、快速調(diào)度，同時(shí)也方便了相關(guān)人員操作。因此，在工程項(xiàng)目管理中，采用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度管理是非常必要的。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與原計(jì)劃相比，7#建筑工程工期減少22d。運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)度的事前控制，提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工，加速了工程的進(jìn)度，從而使7#工程提前竣工。