BIM技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用研究

王程程 許立強(qiáng) 于芳 王露 彭天舟

摘 要：研究建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用，通過引入BIM技術(shù)，創(chuàng)建三維信息化模型，對(duì)預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，模擬施工場(chǎng)地布置和施工進(jìn)度計(jì)劃，并優(yōu)化機(jī)電管線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了三維可視化技術(shù)交底和信息化運(yùn)維管理，有效提高了預(yù)制裝配式建筑施工的精度和效率。

關(guān)鍵詞：裝配式剪力墻結(jié)構(gòu);BIM技術(shù);信息化管理

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）18-0106-03

Abstract： This paper studies the BIM technology in the application of prefabricated shear wall structure construction， the introduction of Building Information Modeling（BIM） technology， to create a 3D model， to deepen prefabricated node design， simulation， construction site layout and construction progress plan， and optimize the mechanical and electrical pipeline equipment， technical clarificaiton realized 3D visualization and information operations management， It effectively improves the precision and efficiency of prefabricated construction.

Keywords： prefabricated shear wall structure;BIM technology;information-based construction

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是指由剪力墻、梁以及板等主要受力構(gòu)件，經(jīng)過部分或全部工廠預(yù)制、工地裝配連接以及關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)后澆混凝土實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體連接的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)對(duì)剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)承載力要求極高，因此需深化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)施工細(xì)節(jié)，優(yōu)化改革建造施工的方式，最大限度地實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)化和建筑產(chǎn)業(yè)化。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是一種多維模型信息集成技術(shù)，在建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維管理全生命周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)建筑全方位的信息集成與共享[1]。BIM技術(shù)是“集成”的主線，而“集成”是裝配式建筑的核心。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的模型創(chuàng)建、節(jié)點(diǎn)深化、場(chǎng)地布置、進(jìn)度模擬、設(shè)備優(yōu)化、技術(shù)交底以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑的信息化施工和管理。

1 工程概況

本項(xiàng)目為一棟地上18層帶地下車庫(kù)的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅樓，建筑面積為8 486.18 m2，建筑高度為52.2 m，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為70年，抗震設(shè)防烈度為7度，裝配率達(dá)到60%。

本工程預(yù)制構(gòu)件有內(nèi)墻板、外墻板、疊合板以及樓梯板等。預(yù)制構(gòu)件通過澆筑混凝土、灌漿材料的方式連接成整體。施工時(shí)先安裝預(yù)制墻板，然后在連接節(jié)點(diǎn)處現(xiàn)澆混凝土。其中，預(yù)制疊合板與現(xiàn)澆樓板同步施工。

2 BIM技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用

2.1 模型創(chuàng)建

本項(xiàng)目裝配式建筑BIM模型包括預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆構(gòu)件，如圖1所示。其中，預(yù)制構(gòu)件需要通過載入族的方式創(chuàng)建，主要采用Revit軟件建立三維模型;現(xiàn)澆構(gòu)件的創(chuàng)建可直接查詢軟件系統(tǒng)族。為了使模型更加合理、科學(xué)以及有效，需利用BIM的信息集成技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將模型導(dǎo)入可視化和仿真（Navisworks）軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，不斷優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件參數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)、施工和裝修要求，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

2.2 節(jié)點(diǎn)深化

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)主要包括樓梯梯段連接節(jié)點(diǎn)、外墻橫向接縫注漿節(jié)點(diǎn)和預(yù)制墻體豎向接縫節(jié)點(diǎn)等。本項(xiàng)目中部分連接節(jié)點(diǎn)采取漿錨連接，通過兩側(cè)鋼筋搭接后實(shí)施灌漿，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。工程施工時(shí)，利用BIM技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工虛擬仿真，實(shí)時(shí)變換角度，全方位、多角度地進(jìn)行觀察，有利于連接節(jié)點(diǎn)的有效施工[2]。同時(shí)，在可視化環(huán)境下，預(yù)制構(gòu)件能夠直觀反映碰撞問題，如墻與板之間的碰撞、梁與樓板之間的碰撞以及鋼筋節(jié)點(diǎn)之間的碰撞等。利用BIM的碰撞檢測(cè)技術(shù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，可保證節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)變更，從而縮短工期、節(jié)約成本，提高施工效率，為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程的施工提供有力保障。圖2為預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程節(jié)點(diǎn)連接施工及節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)圖。

2.3 場(chǎng)地布置

在預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工過程中，需要重點(diǎn)考慮預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)堆放以及安裝質(zhì)量等問題。本工程利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工場(chǎng)地的模擬布置，通過采取策劃場(chǎng)地布置、構(gòu)件堆置區(qū)域規(guī)劃等有效措施，科學(xué)直觀地反映施工現(xiàn)場(chǎng)情況，最大化施工場(chǎng)地利用率[3]。例如：根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的尺寸，合理安排運(yùn)輸車輛及車次;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放置區(qū)域的規(guī)劃，調(diào)整機(jī)械運(yùn)輸路線;根據(jù)施工工序，明確構(gòu)件運(yùn)輸?shù)南群箜樞颉＠肂IM技術(shù)，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝前，對(duì)構(gòu)件入場(chǎng)和吊裝過程進(jìn)行信息化管理，同時(shí)可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)追蹤和記錄預(yù)制構(gòu)件的存放位置等。通過BIM模型模擬實(shí)際吊裝過程進(jìn)行分析判斷，更新或修改施工構(gòu)件吊裝方案，調(diào)整施工進(jìn)度計(jì)劃，使各施工過程信息共享，有效避免了傳統(tǒng)模式下場(chǎng)地腳手架及其他預(yù)制構(gòu)件的亂堆亂放現(xiàn)象，減少了現(xiàn)澆構(gòu)件的澆筑及場(chǎng)內(nèi)二次搬運(yùn)的工作量，提高了綠色節(jié)能環(huán)保水平和施工效率。如圖3所示，通過模擬施工場(chǎng)地布置可以直觀反映機(jī)械運(yùn)輸路線、預(yù)制構(gòu)件堆置區(qū)域等現(xiàn)場(chǎng)施工部署的情況。

2.4 進(jìn)度模擬

項(xiàng)目在施工前根據(jù)預(yù)定工期對(duì)BIM模型進(jìn)行施工進(jìn)度模擬。將BIM模型導(dǎo)入Navisworks軟件中，并設(shè)置好工程的起止時(shí)間，通過鏈接方式導(dǎo)入施工進(jìn)度計(jì)劃?rùn)M道圖，對(duì)不同的建造工序和施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工進(jìn)度4D仿真模擬，以檢驗(yàn)施工工序的可實(shí)施性。這不僅能夠節(jié)約布置施工計(jì)劃的時(shí)間，而且使得計(jì)劃進(jìn)度清晰，有利于實(shí)際施工的進(jìn)度安排，還可以根據(jù)工程實(shí)際施工需要適時(shí)調(diào)整更新施工進(jìn)度，使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工更加科學(xué)合理[4]。在BIM技術(shù)施工仿真模擬的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目對(duì)比多個(gè)方案，合理安排施工進(jìn)度計(jì)劃，科學(xué)利用建筑物料，降低了事故發(fā)生率，避免了后期可能發(fā)生的返工現(xiàn)象，確保工程各項(xiàng)工作能夠順利按期完成。

2.5 設(shè)備優(yōu)化

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程在設(shè)備施工過程中需要定期檢查設(shè)備的施工環(huán)境和運(yùn)行情況，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。本項(xiàng)目在滿足裝修要求的前提下，利用BIM可視化特點(diǎn)，對(duì)電箱、電氣管線等設(shè)備進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，檢查預(yù)制構(gòu)件門窗洞口尺寸和機(jī)電設(shè)備管道凈高、凈寬等是否滿足要求，提前精準(zhǔn)確定好預(yù)制墻體電氣管線孔預(yù)留位置，有效實(shí)現(xiàn)二維與三維數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)變[5]，減少了各類設(shè)備的碰撞和誤差，極大地提高了預(yù)留孔道和管線的精度，降低了施工中疏漏或失誤發(fā)生的概率，使施工質(zhì)量得到了有效控制。管道優(yōu)化圖如圖4所示。

3 三維可視化技術(shù)交底

預(yù)制裝配式建筑施工工藝與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工工藝存在很大區(qū)別。預(yù)制裝配式建筑施工過程中，施工人員并不能完全掌握預(yù)制構(gòu)件的安裝、疊合板的支撐安裝以及預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的灌漿施工等工藝流程，容易出現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件安裝混亂和搭接錯(cuò)誤的情況，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量大打折扣。為了提高預(yù)制裝配式建筑施工技術(shù)交底的有效性，項(xiàng)目利用BIM技術(shù)，以三維模型代替二維圖紙，運(yùn)用信息化技術(shù)制作施工工藝視頻并導(dǎo)入二維碼。施工人員通過掃描二維碼即可查看相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了三維可視化技術(shù)交底，為工程人員提供了有效的交流平臺(tái)，提高了施工交底效率，保障了施工管理的運(yùn)行穩(wěn)定性和工程的施工質(zhì)量。

4 BIM信息化運(yùn)維管理

在運(yùn)維管理階段，本項(xiàng)目為BIM三維模型提供相關(guān)的建筑信息，并導(dǎo)入對(duì)應(yīng)預(yù)制構(gòu)件的二維碼中，粘貼在預(yù)制構(gòu)件的實(shí)體、加工圖以及明細(xì)表上。通過掃描二維碼，可以快速找到對(duì)應(yīng)設(shè)施的安裝位置，并識(shí)別該構(gòu)件的維修次數(shù)、使用時(shí)間等信息。在后期預(yù)制建筑物的改建、擴(kuò)建階段，通過BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)可以精準(zhǔn)判別出預(yù)制剪力墻和內(nèi)隔墻，并快速核對(duì)預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)信息，避免誤損承重構(gòu)件，破壞房屋結(jié)構(gòu)。利用BIM模型信息，還能幫助管理人員了解各構(gòu)件的運(yùn)行狀況和施工成本情況，判斷預(yù)制構(gòu)件的可回收性，從而優(yōu)化投資回報(bào)率，指導(dǎo)生產(chǎn)和維修符合需求的信息化預(yù)制構(gòu)件，規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)和資源浪費(fèi)問題，提高資源管理規(guī)范性并加大運(yùn)維管理力度。

5 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目以實(shí)際工程為對(duì)象，研究了BIM技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用。基于BIM技術(shù)，利用三維信息化模型，深化設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，模擬施工場(chǎng)地布置和施工進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化機(jī)電管線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了三維可視化技術(shù)交底和信息化運(yùn)維管理，有效提高了預(yù)制裝配式建筑施工的精度和效率，加快了建筑信息化和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫少輝，董龍峰，孫巖波，等.BIM技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2017（8）：826-829.

[2]張婷.基于BIM技術(shù)的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)流程[J].工程技術(shù)研究，2019（12）：51-52.

[3]郝志強(qiáng)，淺析BIM技術(shù)在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)建筑中的信息化應(yīng)用[J].四川水泥，2020（5）：136.

[4]馬亞楠，于少杰，閆麗娟.裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)和BIM技術(shù)在住宅產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2020（2）：170-171.

[5]熊威.基于BIM的疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究[D].合肥：安徽建筑大學(xué)，2016：55.