裝配式建筑BIM深化設(shè)計(jì)分析

高俊峰，宋書(shū)顯

摘 要：BIM技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)化管理工具，主要通過(guò)信息傳遞、信息共享等作用，將建設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行透明化、實(shí)時(shí)化傳遞，目前該管理工具已被充分應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、工程建造以及工程管理等方面?；诖?，通過(guò)文獻(xiàn)研究等方法，從構(gòu)件內(nèi)部精準(zhǔn)設(shè)計(jì)定位、制定設(shè)計(jì)施工計(jì)劃、優(yōu)化資源配置保障質(zhì)量3方面，分析BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用價(jià)值，從研發(fā)規(guī)劃階段、勘察設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)制造階段建造監(jiān)理階段，對(duì)裝配式建筑BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；BIM技術(shù)；建筑工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TU201? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）10-0038-03

0 引言

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑等建筑模式相比，裝配式建筑不僅簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)建筑模式的施工工序，還能保障建筑工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。BIM技術(shù)作為立足于現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)管理工具，被應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，可通過(guò)信息建模等實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的全過(guò)程管理。利用BIM技術(shù)，保障裝配式建筑的工程質(zhì)量已成為建筑工程領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

1BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)部精準(zhǔn)設(shè)計(jì)定位

對(duì)裝配式建筑進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)定位是裝配式建筑項(xiàng)目建造的根本與基礎(chǔ)。在裝配式建筑前期施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)用BIM技術(shù)能夠通過(guò)建立模型、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)驗(yàn)證等工作環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的精細(xì)化設(shè)計(jì)，通過(guò)采樣、定位、放線等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部組件的精準(zhǔn)定位[1]。

1.2 合理制定設(shè)計(jì)施工計(jì)劃

裝配式建筑施工計(jì)劃制定是開(kāi)展施工質(zhì)量管理、施工進(jìn)度管理、竣工驗(yàn)收等多個(gè)環(huán)節(jié)工作的基礎(chǔ)與保障。在制定施工計(jì)劃的環(huán)節(jié)，生產(chǎn)廠家可利用BIM模型提取有關(guān)裝配式建筑項(xiàng)目構(gòu)件的重要信息，例如幾何尺寸、細(xì)部構(gòu)造等，從而為生產(chǎn)制造制定計(jì)劃[2]。生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)構(gòu)件埋入RFID芯片，在芯片中存入BIM模型，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件的信息溯源，為后續(xù)的施工、竣工驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供保障。施工人員和監(jiān)理人員能夠依靠BIM模型，按照施工計(jì)劃和監(jiān)理計(jì)劃開(kāi)展施工管理，從而實(shí)現(xiàn)裝配式建筑工程的全過(guò)程管理。

1.3 合理優(yōu)化資源配置保障質(zhì)量

施工過(guò)程利用BIM技術(shù)有助于合理優(yōu)化資源配置，保障裝配式建筑工程的施工質(zhì)量。在施工過(guò)程中，施工方利用BIM系統(tǒng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地進(jìn)行布置，規(guī)劃預(yù)制構(gòu)件、設(shè)備材料的運(yùn)輸入場(chǎng)路線以及對(duì)場(chǎng)地堆放做出合理規(guī)劃模擬，能夠有效減少二次運(yùn)輸所產(chǎn)生的人工成本。施工方可通過(guò)BIM系統(tǒng)調(diào)取構(gòu)件中的信息，例如生產(chǎn)時(shí)間、出入庫(kù)信息、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸批次等，在實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢查的基礎(chǔ)之上，對(duì)安裝步驟進(jìn)行校核，從而提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理質(zhì)量[3]。

2 裝配式建筑BIM技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 研發(fā)規(guī)劃階段

研發(fā)規(guī)劃是裝配式建筑項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)BIM技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)決策。裝配式建筑研發(fā)規(guī)劃階段的目的是要通過(guò)數(shù)據(jù)分析評(píng)估項(xiàng)目的可行性與市場(chǎng)潛力，從而提供數(shù)據(jù)供后續(xù)勘察、生產(chǎn)、施工等階段使用，防止意外事故發(fā)生。裝配式建筑研發(fā)規(guī)劃階段需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整，在投資估算、征地拆遷、環(huán)境評(píng)估等方面利用BIM技術(shù)能夠采集到更精確的數(shù)據(jù)，為編制可行性方案奠定基礎(chǔ)。

裝配式建筑研發(fā)規(guī)劃階段BIM技術(shù)應(yīng)用可分為投資估算、場(chǎng)地分析、總圖規(guī)劃、環(huán)境評(píng)估4大板塊，具體如圖1所示。其中投資估算包括對(duì)工程量、工程造價(jià)、工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估算；場(chǎng)地分析主要對(duì)建筑面積、建筑地形、單體模型進(jìn)行分析；總圖規(guī)劃主要對(duì)交通通行、景觀、管線進(jìn)行規(guī)劃；環(huán)境評(píng)估主要對(duì)日照環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、聲環(huán)境等進(jìn)行評(píng)估[3]。

2.2 勘察設(shè)計(jì)階段

勘察設(shè)計(jì)是裝配式建筑項(xiàng)目監(jiān)造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是裝配式建筑建造的基礎(chǔ)。裝配式建筑勘察設(shè)計(jì)階段會(huì)涉及多個(gè)上下游產(chǎn)業(yè)，而利用BIM技術(shù)建立一套適用于裝配式建筑模數(shù)原則的工作模式尤為重要。裝配式建筑BIM技術(shù)應(yīng)用需要從功能、專(zhuān)業(yè)等多方面進(jìn)行考量。裝配式建筑BIM模型設(shè)計(jì)可在全專(zhuān)業(yè)選取組合，經(jīng)過(guò)協(xié)同更新、碰撞檢測(cè)后形成含有項(xiàng)目設(shè)計(jì)信息、施工信息的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)模型，以便下游產(chǎn)業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)制造，具體模型如圖2所示[4]。

裝配式建筑勘察設(shè)計(jì)階段BIM模型包含裝配區(qū)域確定、構(gòu)件拆解、構(gòu)件設(shè)計(jì)、整體拼裝設(shè)計(jì)4大板塊。其中分體構(gòu)件設(shè)計(jì)需要保障建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)階段裝配式建筑由多個(gè)單元組裝而成，該環(huán)節(jié)利用BIM技術(shù)以數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的組件為搭建基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)布局多樣性和模塊相容性。分體構(gòu)件設(shè)計(jì)主要根據(jù)不同區(qū)域特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而建造出具有構(gòu)件聯(lián)系的單體構(gòu)件，該階段使用BIM技術(shù)主要是解決不同類(lèi)別的接口問(wèn)題。裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)層比重最大且包含了裝配式建筑絕大部分的附屬構(gòu)件和設(shè)備，該環(huán)節(jié)使用BIM技術(shù)主要對(duì)附屬構(gòu)件、設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，以解決分體構(gòu)件連接及內(nèi)部問(wèn)題。整體拼裝設(shè)計(jì)則是在分體構(gòu)件的基礎(chǔ)上對(duì)不同功能需求的建筑層進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，通過(guò)連接各層和輔助構(gòu)件的方式完成整體拼裝設(shè)計(jì)[5]。

2.3 生產(chǎn)制造階段

裝配式建筑與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑有著本質(zhì)的不同，其最大的區(qū)分點(diǎn)就在生產(chǎn)制造階段。裝配式建筑生產(chǎn)制造階段需要做好“構(gòu)件拆分”“構(gòu)件生產(chǎn)”兩大工作。在實(shí)際工作中，生產(chǎn)制造階段需要對(duì)各生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行分析，例如預(yù)留孔洞、管線預(yù)開(kāi)槽、預(yù)埋灌漿套筒等，同時(shí)立足于裝配式建筑特征，對(duì)加工生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆場(chǎng)等提出特定要求。

加工生產(chǎn)與運(yùn)輸交付階段，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)前需要做好準(zhǔn)備工作，以便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。在此階段，需要充分考慮產(chǎn)品加工的通用性、復(fù)用性、可替代性和擴(kuò)展性，而生產(chǎn)完畢的構(gòu)件需要將構(gòu)件信息（出入庫(kù)信息、訂單信息、運(yùn)輸物流等）進(jìn)行錄入，從而便于排產(chǎn)、運(yùn)輸和交付。該環(huán)節(jié)依托BIM技術(shù)的高精度、高時(shí)效等特征，將設(shè)計(jì)模型直接交付工廠，從而規(guī)避傳統(tǒng)作業(yè)模式中信息流失、信息不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題。同時(shí)，還可將模型與企業(yè)ERP系統(tǒng)聯(lián)系，根據(jù)軟件信息下料生產(chǎn)，避免出現(xiàn)資源滯費(fèi)問(wèn)題。

而從堆放工作而言，該環(huán)節(jié)使用BIM技術(shù)能夠與溯源物聯(lián)設(shè)備相結(jié)合，考慮到堆場(chǎng)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理規(guī)劃路線，做好防護(hù)措施，從而保障構(gòu)件順利交付。在交付過(guò)程中，生產(chǎn)方與施工方可利用BIM技術(shù)系統(tǒng)核對(duì)構(gòu)件身份信息，例如對(duì)構(gòu)件的裝車(chē)路線、吊裝條件等因素做出確認(rèn)，從而為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

2.4 建造監(jiān)理階段

裝配式建筑監(jiān)造要對(duì)監(jiān)造監(jiān)理工作原則與生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)熟知，利用BIM技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，從而達(dá)到減少人工作業(yè)成本、改進(jìn)施工方案、對(duì)施工對(duì)象和進(jìn)度實(shí)現(xiàn)全過(guò)程跟蹤的目的。裝配式建筑監(jiān)造監(jiān)理階段需要對(duì)施工階段進(jìn)行事前控制、事中控制和事后控制。其中事前控制主要對(duì)施工準(zhǔn)備、開(kāi)工報(bào)告進(jìn)行審核控制；事中控制主要對(duì)施工過(guò)程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及審查、施工安裝過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制；事后控制則是主要開(kāi)展施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)、工程質(zhì)量鑒定等工作。

2.4.1 施工進(jìn)度管理

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工進(jìn)度管理是在施工前建立模擬系統(tǒng)，并將各元素加入模擬系統(tǒng)，開(kāi)展預(yù)施工分析，以便于對(duì)施工要素進(jìn)行優(yōu)化?；贐IM模型建立的4D模型可直觀反映監(jiān)造過(guò)程，并為施工人員反饋施工管理問(wèn)題，從而提前制定解決預(yù)案。裝配式施工進(jìn)度管理需要對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)、施工進(jìn)度做出分析，以設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)施工組織模型，所有直接影響進(jìn)度管理的信息可在模型內(nèi)做出調(diào)整和更新。根據(jù)施工過(guò)程所收集的信息分析比對(duì)BIM模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理施工進(jìn)度。

2.4.2 施工質(zhì)量管理

影響裝配式建筑施工質(zhì)量的因素主要是“人”“機(jī)”“料”“法”“環(huán)”5大方面，所以施工質(zhì)量管理需要從以上五大方面入手，而從宏觀施工質(zhì)量管理角度而言，以上5大方面工作直接貫穿施工質(zhì)量前期準(zhǔn)備、施工裝配等環(huán)節(jié)[6]。

從施工質(zhì)量前期準(zhǔn)備階段而言，施工人員需要在前期工作完成后開(kāi)始質(zhì)量管理工作。在構(gòu)件入場(chǎng)后需要通過(guò)掃識(shí)別碼的方式獲取構(gòu)件配置、安裝方法、質(zhì)量要求、質(zhì)檢信息等，并且結(jié)合BIM模型中所標(biāo)注的關(guān)鍵點(diǎn)形成質(zhì)量管理信息。在施工裝配過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理員則需要根據(jù)實(shí)際過(guò)程內(nèi)容、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境因素實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，需要輔助質(zhì)管員采集信息，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題做出描述，并制定分析及處理方案，并統(tǒng)一上傳至BIM模型中，從而實(shí)現(xiàn)裝配式建筑項(xiàng)目質(zhì)量無(wú)縫動(dòng)態(tài)管理。

2.4.3 施工監(jiān)理

在常見(jiàn)的建筑工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，監(jiān)理單位作為建設(shè)方的咨詢(xún)服務(wù)單位，需要對(duì)裝配式建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度等多方面做出嚴(yán)格的監(jiān)督與管理工作。監(jiān)理單位作為施工單位和建設(shè)單位溝通的“橋梁”，應(yīng)當(dāng)以維護(hù)雙方經(jīng)濟(jì)利益、經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)開(kāi)展工作。在施工監(jiān)理環(huán)節(jié)，應(yīng)用BIM技術(shù)可基于施工模型創(chuàng)建BIM施工監(jiān)理管理模型，應(yīng)用會(huì)審和技術(shù)交底，將記錄同步更新至模型。監(jiān)理人員可利用BIM施工監(jiān)理模型對(duì)裝配式建筑質(zhì)量管理、進(jìn)度管理等工作進(jìn)行策劃、組織、實(shí)施。

2.4.4 竣工驗(yàn)收

竣工驗(yàn)收作為裝配式建筑項(xiàng)目交付使用的最終總檢查階段工作，需要對(duì)建筑物整體質(zhì)量、材料信息、設(shè)備信息、檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行最終審查和信息把控，從而保證項(xiàng)目質(zhì)量。傳統(tǒng)的建筑竣工驗(yàn)收工作忽略了建筑功能，過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目把控力度較小，容易出現(xiàn)施工圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不匹配的情況，導(dǎo)致竣工驗(yàn)收后出現(xiàn)管理的不可預(yù)見(jiàn)性問(wèn)題。例如構(gòu)件位置偏差、截面或開(kāi)間大小范圍與施工圖紙不匹配、管線預(yù)埋問(wèn)題等，為后續(xù)的運(yùn)營(yíng)管理提高難度系數(shù)。

而在驗(yàn)收環(huán)節(jié)使用BIM技術(shù)，利用BIM系統(tǒng)可對(duì)建筑物構(gòu)件信息、空間信息、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行了解，為客戶(hù)提供完整的建筑物全局信息，從而為后續(xù)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)、改造拆除提供溯源信息，達(dá)到降低時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

裝配式建筑在現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域中是一項(xiàng)集標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工程化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理等特征為一體的建筑模式，這些特征決定了裝配式建筑在建筑領(lǐng)域中的地位和適用范圍。BIM技術(shù)作為現(xiàn)代數(shù)據(jù)化管理工具，將其與裝配式建筑工程項(xiàng)目相結(jié)合有助于保證項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度、項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，所以裝配式建筑工程人員應(yīng)站在工程建設(shè)角度，從研發(fā)規(guī)劃階段、勘察設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)制造階段、建造監(jiān)理階段等階段對(duì)BIM技術(shù)做出合理應(yīng)用。

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