BIM 的裝配式建筑施工技術(shù)分析*

鄭慶標(biāo) 鄭興群 真濟(jì)光 葉 欣

(中國建筑第七工程局有限公司 鄭州 450000)

目前國內(nèi)外關(guān)于BIM 的研究主要有以下幾種:

(1)基于工程的模型構(gòu)建的建模方法。

(2)基于構(gòu)件的碰撞計算的裝配化設(shè)計。

(3)以三維空間的協(xié)同工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)行信息的集成和優(yōu)化。

(4)以預(yù)制板的拼裝為中心的裝配化設(shè)計。該工藝的特點就是可以根據(jù)實際的需要來完成,并且能夠有效地減少現(xiàn)場的勞動力,提高效率。但是由于該工藝的造價相對昂貴且對工人的技能水平的要求較高,現(xiàn)下還沒有得到廣泛的推廣和使用。

1 BIM 技術(shù)理論分析

BIM 技術(shù)的應(yīng)用是基于建筑信息模型的基礎(chǔ)之上的一個重要的發(fā)展方向,其在建筑工程中的實際運用也是如此。通過將BIM 的相關(guān)理論和技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的建筑行業(yè)可以有效地提高工作效率降低成本縮短工期,從而促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)的健康穩(wěn)定的發(fā)展。

1.1 BIM 的結(jié)構(gòu)

1.1.1 結(jié)構(gòu)的定義

在BIM 技術(shù)中,結(jié)構(gòu)是指由各種不同的構(gòu)件組成的實體集合,這些構(gòu)件包括了建筑的所有部件如墻、柱、梁等,以及其他一些輔助材料。在進(jìn)行建模時需要將各個部分的屬性信息和相關(guān)的數(shù)據(jù)整合在一起,并對其進(jìn)行合理的處理和優(yōu)化,以達(dá)到最終的設(shè)計效果。

1.1.2 功能的分類

根據(jù)建筑的類型可以將其劃分為以下幾個方面,建筑物的圍護(hù)系統(tǒng),如外墻的保護(hù)層,基礎(chǔ)工程的層系裝飾面的層系,室內(nèi)裝修的地板等。還有就是,對于建筑的空間結(jié)構(gòu),如室內(nèi)外的照明設(shè)施,通風(fēng)管道的鋪設(shè)與連接等等都屬于建筑的維護(hù)系統(tǒng)。

而另外的一個重要組成部分則為房屋的主體框架,即墻體,它是整個建筑工程的骨架所在[1]。而其他的附屬設(shè)備則主要指的是,通過對其的模擬來實現(xiàn)的一種軟件,比如說,裝配式的腳手架,吊頂?shù)陌惭b與拆卸,門鎖的使用與管理,其至還包括了安全防護(hù)的配置等。

1.2 BIM 的特性

由于BIM 的特性使得它具有以下幾個特點:

(1)可視化性在進(jìn)行建模的時候可以讓使用者和設(shè)計者之間的交流更加便捷,也能使信息的傳遞更清晰。在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中,設(shè)計師只能通過現(xiàn)場的實際情況來對設(shè)計方案做出調(diào)整,而這樣的方式會造成很多的問題,比如因為沒有人去觀察,所以就無法了解到真實的場景環(huán)境,這就需要花費大量的時間去修改模型,這對于裝配式的建筑來說是一個很大的難題,同時,如果想讓人們能夠更快的理解BIM 的含義并且也能對這種新的技術(shù)有一定的掌握和認(rèn)知。但是現(xiàn)在的數(shù)字化的發(fā)展速度非?？?只需將這些放在一邊,便可完成整個項目的建造。

(2)集成性與協(xié)調(diào)性當(dāng)將虛擬的三維建筑的概念運用到裝配式的施工中,它不僅僅是指構(gòu)件的拼接,而是指的各個部件的組合以及各部分的銜接與連接。

2 BIM 的裝配式建筑施工

傳統(tǒng)的裝配式建筑施工主要是在工廠進(jìn)行的裝配式建筑,而這種方式需要大量的人力和物力投入,并且效率低,對現(xiàn)場的環(huán)境要求高,而且生產(chǎn)周期長,對工人的技術(shù)水平的提高有一定的難度,而BIM 的應(yīng)用可以有效地解決這一問題,它能夠?qū)⑿畔?shù)據(jù)化,通過三維可視化的模型來模擬出真實的場景,直觀地反映出所要的建筑產(chǎn)品的具體尺寸、結(jié)構(gòu)和材料的使用情況,同時還能提供所需的各種參數(shù),從而為用戶的決策提供支持[2]。在BIM 的裝配過程中,我們不僅能看到建筑物的實際空間位置,還能了解到其內(nèi)部的細(xì)節(jié)變化,這也有利于后期的維護(hù)與管理。

2.1 引腳

將BIM 技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑施工中的主要目的是實現(xiàn)構(gòu)件的拼裝和連接,從而達(dá)到預(yù)制梁的拼裝。在進(jìn)行預(yù)制梁的拼接時,需要將其與裝配式建筑的鋼柱節(jié)點相連接,通過對其的合理布置,使其能夠與裝配式建筑的鋼柱節(jié)點相匹配,并利用BIM 的建模功能對整個的施工過程中的各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息加以整合,最終形成一個完整的施工體系。

在實際的現(xiàn)場施工時,由于受到各種因素的影響導(dǎo)致的預(yù)制板的長度不夠,或者板的厚度不足,這就會使得工程的質(zhì)量得不到保證,同時還會造成浪費資源,增加成本。因此要想提高預(yù)制混凝土的強(qiáng)度和剛度,可以采用先將板的預(yù)留孔洞口留住,再進(jìn)行焊接的方法來解決這個問題[3]。另外還應(yīng)該注意的是,如果出現(xiàn)了焊縫,則必須要使用電渣焊的方式來完成,這樣不僅節(jié)省了大量的時間也節(jié)約了材料。此外還應(yīng)加強(qiáng)鋼筋的綁扎工作,使之具有一定的穩(wěn)定性和牢固性。

2.2 BIM 的裝配式

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展和人們對建筑質(zhì)量的要求越來越高,裝配式的生產(chǎn)方式逐漸被推廣。在這種情況下BIM 技術(shù)應(yīng)運而生,它是一種以計算機(jī)為基礎(chǔ)的集成信息的工程管理模式。在傳統(tǒng)的裝配式施工中,由于設(shè)計、材料、機(jī)械等的影響而導(dǎo)致的施工過程中的各種問題,需要進(jìn)行重新計算,從而得到新的數(shù)據(jù)模型。而通過使用BIM 的方法可以將這些問題直觀地反映出來,并能根據(jù)不同的需求來調(diào)整設(shè)計方案,最終達(dá)到提高工作效率的目的,同時也降低了對專業(yè)技術(shù)人員的依賴性,減少了不必要的成本投入。

目前,國內(nèi)應(yīng)用的主要是基于二維的三維實體的裝配化建模,其優(yōu)點在于該軟件的結(jié)構(gòu)比較簡單,容易實現(xiàn),易于操作,并且能夠有效完成構(gòu)件的拆卸和安裝[4]。不存在像其他的大型復(fù)雜的建筑工程項目,因此它的造價低,但是因為該工具的價格較貴,所以普及率不高。

2.3 BIM 的整體

通過對BIM 的整體分析,我們可以看出在裝配式建筑中,裝配式的構(gòu)件是由各個部件組成的一個實體,所以說在整個的過程中,每個零部件的信息都是相互關(guān)聯(lián)的并且是互相影響的,同時,每一個零件的組裝和拆卸都是按照一定的順序進(jìn)行的,而對于裝配的材料來說,它與所需要的配件都是有聯(lián)系的而在安裝的時候也是根據(jù)實際情況的變化而不斷地改變的,最后,就是對所有的數(shù)據(jù)和資料的分析整理,從而得出最終的結(jié)果與設(shè)計的要求相符合的結(jié)論或者建議。因此BIM 的應(yīng)用范圍非常廣泛其不僅局限在傳統(tǒng)的建筑行業(yè),還延伸到其他的領(lǐng)域中。比如,建筑業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等,這些都屬于比較復(fù)雜的工程項目。如果僅僅依靠人工來完成的話,會浪費大量的時間以及人力物力而且還會因為人的因素導(dǎo)致的錯誤操作,造成不必要的損失甚至可能會引起安全事故。

2.4 BIM 的裝配式建筑施工模塊

基于BIM 的裝配式建筑施工模塊,是指將工程的各個構(gòu)件進(jìn)行拼接,并在拼接的過程中,通過軟件的計算和模擬,對其結(jié)果的分析和研究,從而得出最終的結(jié)論與建議。

(1)預(yù)制板的拼接在裝配式的大范圍內(nèi),可以采用預(yù)制的方法來完成板材的連接也可利用二維空間來實現(xiàn)板的拼裝。在裝配時要考慮到不同的因素對其影響,如,材料的種類、尺寸的大小、厚度的長短以及是否需要調(diào)整預(yù)埋件的方式等。

(2)梁的焊接是為了使整個結(jié)構(gòu)的受力均勻避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況而產(chǎn)生的一種薄壁的加工工藝。它主要包括,先焊后電,先焊后電的順序,先焊后電的原則,先熔融的順序等。由于這些原因的存在會導(dǎo)致一些缺陷,比如,斷面的不對稱,容易造成鋼筋的銹蝕,進(jìn)而會降低整體的強(qiáng)度等等。

3 BIM 技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

3.1 BIM 概況

我們可以將BIM 的定義為一種基于計算機(jī)技術(shù)的集成設(shè)計和施工的管理模式。它是在傳統(tǒng)的建筑信息模型基礎(chǔ)上,通過對建筑的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、材料等進(jìn)行模擬,并建立一維的空間關(guān)系,以實現(xiàn)對建筑的全面分析。BIM 的應(yīng)用范圍廣泛,包括工程建設(shè)項目,以及與之相關(guān)的各種專業(yè)的協(xié)同工作。它不僅僅局限于建筑領(lǐng)域,還應(yīng)用于其他行業(yè)的各個方面。例如,環(huán)境分析,如氣候,水文地質(zhì)等。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,建筑工程規(guī)模也越來越大,而在這些大規(guī)模的建設(shè)工程中裝配式的構(gòu)件是非常重要的部分之一。因此裝配式的構(gòu)件也有了很大的需求量,所以對于其的研究就顯得尤為必要。而目前的國內(nèi)關(guān)于裝配的概念還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,這就導(dǎo)致了不同的廠家生產(chǎn)的同一個產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊,從而造成了嚴(yán)重的后果,一是浪費資源二是降低成本。

3.2 BIM 計算

Revit的計算是基于用戶的需求和項目信息進(jìn)行的一種建模方式。在BIM 的模型中,構(gòu)件之間的關(guān)系是通過建立的屬性與結(jié)構(gòu)的相互關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)的,在構(gòu)建的過程中,可以利用二維圖紙的形式將各部件的尺寸、位置等參數(shù)表示出來,然后將其轉(zhuǎn)換為三維的數(shù)據(jù)而在實體的繪制完成后,就需要對其進(jìn)行模擬,并根據(jù)實際情況對其結(jié)果做出相應(yīng)的修改與調(diào)整。BIM 的主要作用就是能夠有效地解決傳統(tǒng)的建筑行業(yè)的問題,首先,由于設(shè)計人員的工作量較大,所以會導(dǎo)致一些浪費,其次,因為有的設(shè)計師沒有足夠的知識和經(jīng)驗,無法準(zhǔn)確地表達(dá)出所要的內(nèi)容等。這些都會造成資源的大量流失。最后則,對于一個工程項目的建設(shè),可能會涉及很多的專業(yè)性的部門以及材料設(shè)備,而使用了虛擬的軟件后,就能很好地避免重復(fù)的勞動力,節(jié)約成本?？傊?BIM 技術(shù)的應(yīng)用為建筑業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

當(dāng)完成了裝配式建筑的建模之后,需要對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理操作,將其轉(zhuǎn)換成二維圖紙的形式來表示,這樣就可以將模型的信息傳遞給其他的構(gòu)件了。在裝配過程中,如果沒有達(dá)到預(yù)想的結(jié)果或者是效果不好,就會導(dǎo)致最后的工作量增加,從而影響工程的質(zhì)量和進(jìn)度。因此在實際的施工中,要根據(jù)不同的情況采取相應(yīng)的措施來改善這種狀況。①對于預(yù)制的構(gòu)件來說,要先對它的尺寸、形狀等做一個詳細(xì)的檢查記錄,以便于以后的安裝和拆卸。②當(dāng)把這些數(shù)據(jù)輸入到軟件里面的時候就要做一些必要的調(diào)整和修改,以保證最終的計算準(zhǔn)確無誤。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益評價

在裝配式建筑施工過程中,通過對BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)資源的合理配置,降低了工程建設(shè)的成本投入節(jié)約了人力物力,提高了工作效率,同時也減少了工期的支出費用。在裝配式建筑的生產(chǎn)階段,利用BIM 的模擬仿真功能,能夠使設(shè)計人員和施工人員及時地獲取相關(guān)的信息資料,了解該設(shè)計方案的可行性以及優(yōu)缺點,從而更好地進(jìn)行方案的優(yōu)化和改進(jìn)。在裝配式建筑的施工階段,使用BIM 的3D 效果,不僅僅節(jié)省時間,還能讓施工人員更加直觀地看到自己的操作流程,也有利于現(xiàn)場的監(jiān)督管理工作。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長,人民生活水平的不斷提高,建筑工程建設(shè)的數(shù)量也越來越多,而對于工程的設(shè)計、施工等各個環(huán)節(jié)的要求也就越發(fā)嚴(yán)格。而裝配式的建筑施工方式,由于其具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。從目前的情況來看,雖然裝配式的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,但仍然存在著很多的問題需要解決,比如因為沒有完善的法律法規(guī),導(dǎo)致一些企業(yè)鉆空子,這就給我們的安全帶來很大的隱患。在實際的施工過程中,還可能出現(xiàn)各種意外事故例如碰撞傾覆等,這些都會影響到現(xiàn)場的正常運行,給人們的生命財產(chǎn)造成損失。