技術(shù)加持 推動(dòng)建筑行業(yè)變革發(fā)展

文｜本刊記者 汪莉莉

2014年3月16日，國務(wù)院印發(fā)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014-2020年)》，在“加快綠色城市建設(shè)”一節(jié)中提及“大力發(fā)展綠色建材，強(qiáng)力推進(jìn)建筑工業(yè)化”。2015年2月15日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《預(yù)制混凝土剪力墻外墻板》等9項(xiàng)國家建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，自2015年3月1日起實(shí)施，這將有力推動(dòng)信息技術(shù)在裝配式施工的應(yīng)用。

2016年2月6日，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，提出要大力推廣裝配式建筑，建設(shè)國家級(jí)裝配式建筑生產(chǎn)基地。加大政策支持力度，力爭用10年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%。2016年9月14日，李克強(qiáng)總理在國務(wù)院常務(wù)會(huì)議中提出“決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)”。2016年9月27日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，《意見》提出，要以京津冀、長三角、珠三角三大城市群為重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)，常住人口超過300萬的其他城市為積極推進(jìn)地區(qū)，其余城市為鼓勵(lì)推進(jìn)地區(qū)，因地制宜發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等裝配式建筑。

全國各地也相繼出臺(tái)相關(guān)政策措施，目前已有30多個(gè)省市出臺(tái)了裝配式建筑專門的指導(dǎo)意見和相關(guān)配套措施，不少地方更是對(duì)裝配式建筑的發(fā)展提出了明確要求。越多越多的市場(chǎng)主體開始加入到裝配式建筑的建設(shè)大軍中。在各方共同推動(dòng)下，2015年全國新開工的裝配式建筑面積達(dá)到3500萬平方米—4500萬平方米，近3年新建預(yù)制構(gòu)件廠數(shù)量達(dá)到100個(gè)左右。

發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，也是推進(jìn)建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能、推動(dòng)化解過剩產(chǎn)能。裝配式施工則可以進(jìn)一步提高建筑品質(zhì)、降低資源消耗和環(huán)境污染，是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，可持續(xù)發(fā)展的必然之路。

裝配式施工是采用工業(yè)化生產(chǎn)的方式，在工廠內(nèi)完成構(gòu)件或部品部件的生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工方式。建筑結(jié)構(gòu)從構(gòu)成材料進(jìn)行分類，可以分為木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)形式中，除了砌體結(jié)構(gòu)外，其他結(jié)構(gòu)都適合采用裝配式施工進(jìn)行建造。建筑物建造的施工順序一般劃分為基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)工程、機(jī)電安裝工程和裝飾工程四個(gè)子階段。在這四個(gè)子階段中，除了基礎(chǔ)工程子階段，主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、裝飾等子階段都可以采用裝配式施工。近幾年來，隨著國家大力推進(jìn)綠色建筑以及住宅產(chǎn)業(yè)化，在混凝土結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)中采用裝配式施工方式的項(xiàng)目越來越多。

混凝土結(jié)構(gòu)住宅裝配式施工是在工廠中通過標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化方式加工生產(chǎn)混凝土預(yù)制件（以下簡稱PC構(gòu)件），然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)后，通過機(jī)械設(shè)備進(jìn)行吊裝的施工方式。例如近年國內(nèi)首棟采用裝配式施工的上海萬科新里程20、21號(hào)樓，采用框-剪結(jié)構(gòu)，外墻、樓梯、陽臺(tái)、疊合樓板在工廠預(yù)制加工。在施工時(shí)梁、柱、剪力墻現(xiàn)澆，樓板進(jìn)行裝配并進(jìn)行部分現(xiàn)澆混凝土，其中20號(hào)樓外墻采用先裝法（香港預(yù)制技術(shù)），21號(hào)樓外墻采用后裝法。相比傳統(tǒng)的施工方式，裝配式施工減少了建筑垃圾的產(chǎn)生、污水的排放、噪音的干擾、有害氣體及粉塵的排放，使建筑過程更加環(huán)保，并可以提高生產(chǎn)效率和建筑質(zhì)量，促使建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的健康發(fā)展。

高效環(huán)保 促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

裝配式施工在解決傳統(tǒng)施工方式問題的同時(shí)，對(duì)施工管理和施工技術(shù)也提出了要求和挑戰(zhàn)。采用裝配式施工的住宅，建設(shè)過程不同于傳統(tǒng)方式，增加了深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、物流運(yùn)輸階段，施工階段的主體結(jié)構(gòu)施工由現(xiàn)場(chǎng)澆注轉(zhuǎn)變?yōu)橐匝b配式施工為主。

裝配式施工的工作過程一般劃分為施工準(zhǔn)備、施工和交付階段。在現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)，為了避免PC構(gòu)件的二次搬運(yùn)，提高安裝效率，需要提前對(duì)PC構(gòu)件的堆放位置及堆放順序進(jìn)行合理安排。通過三維場(chǎng)地布置軟件對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的道路、臨設(shè)、大型設(shè)備、各生產(chǎn)操作區(qū)域、PC構(gòu)件的堆放區(qū)域等進(jìn)行可視化的布置，利用PC構(gòu)件模型中的施工時(shí)間、施工順序、安裝位置等信息，結(jié)合吊裝設(shè)備的吊裝半徑、吊裝能力，通過3D模型以動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行PC構(gòu)件堆放位置、順序的模擬，對(duì)構(gòu)件的吊裝路徑進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)吊裝路徑優(yōu)化，避免二次搬運(yùn)。通過模擬分析，可以選擇最佳方案確定塔吊位置、PC構(gòu)件堆放位置及順序，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，提高施工質(zhì)量及效率。

在相關(guān)軟件中建成建筑模型以及場(chǎng)地模型后，根據(jù)項(xiàng)目施工組織計(jì)劃方案對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)的施工仿真模擬，實(shí)現(xiàn)在虛擬模型中未建先試。在施工方案模擬的過程中通過查看任一時(shí)間段的施工狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)施工組織過程中的紕漏，及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度計(jì)劃，避免在實(shí)際施工過程中由于時(shí)間安排的不合理而導(dǎo)致的各工種、各專業(yè)、各工序配合上的沖突，避免由此引起的怠工、窩工現(xiàn)象，影響項(xiàng)目工期。

施工開始時(shí)，將建筑信息模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，形成可視化的4D模型。在施工過程中，可以將實(shí)際進(jìn)度錄入建筑信息模型中，并與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，隨時(shí)通過模型展現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的對(duì)比，隨時(shí)隨地監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)展與計(jì)劃的偏差，直觀、精確的反映整個(gè)建筑的施工進(jìn)度，提前發(fā)現(xiàn)計(jì)劃偏差，提高進(jìn)度管控的科學(xué)性和及時(shí)性，保證項(xiàng)目工期。在施工過程中，還可以根據(jù)PC構(gòu)件計(jì)劃安裝時(shí)間提前進(jìn)行訂購，并可以將PC構(gòu)件的實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸、在場(chǎng)、安裝等不同的狀態(tài)信息錄入建筑信息模型中，從而直觀地了解不同構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，實(shí)現(xiàn)便捷的訂購、生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配的管理工作。

利用信息化手段破解難題

采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法在深化設(shè)計(jì)階段進(jìn)行PC構(gòu)件拆分時(shí)，由于裝配式體系的差異以及工程規(guī)模的大小不同，會(huì)產(chǎn)生數(shù)量不等的各種形式的PC構(gòu)件。每個(gè)PC構(gòu)件預(yù)留的管線、孔洞、連接節(jié)點(diǎn)、吊裝工藝等都會(huì)有所不同，外觀一樣的PC構(gòu)件也要設(shè)置唯一的編碼，標(biāo)明其規(guī)格型號(hào)、安裝樓層、安裝部位等詳細(xì)信息，因此一般的住宅項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生上百種型號(hào)的PC構(gòu)件，設(shè)計(jì)及管理工作量很大。

由于PC構(gòu)件是整個(gè)建筑中不可缺少的一部分，PC構(gòu)件的生產(chǎn)管理及物流運(yùn)輸對(duì)工程進(jìn)度有著直接影響，構(gòu)件按計(jì)劃正常的生產(chǎn)、質(zhì)量合格并運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)是保證工程進(jìn)度的關(guān)鍵因素，需要進(jìn)行有效的管理。在現(xiàn)場(chǎng)裝配施工時(shí)，采用傳統(tǒng)的二維圖紙及文字方案進(jìn)行構(gòu)件吊裝、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接等技術(shù)交底時(shí)，工人不容易理解吊裝工藝及節(jié)點(diǎn)連接工藝，交底難度大，對(duì)施工安全、進(jìn)度、質(zhì)量有著很大的影響。

裝配式施工采用傳統(tǒng)的管理方法和技術(shù)，工作量大、管理難度大、效率低，通過使用建筑信息模型可以很好的解決上述這些問題。在深化設(shè)計(jì)階段，利用建筑信息模型創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、管線BIM模型后，可以利用軟件的相關(guān)功能高效地進(jìn)行PC構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)，通過碰撞檢查，預(yù)先排除PC構(gòu)件之間、PC構(gòu)件與現(xiàn)澆部分、設(shè)備、管線之間的各種問題，避免今后的設(shè)計(jì)變更等，減少不必要的浪費(fèi)，降低成本。同時(shí)還可以出構(gòu)件詳圖，提高圖紙的準(zhǔn)確性和完整性。構(gòu)件生產(chǎn)階段，建筑信息模型中的PC構(gòu)件信息也可以直接傳遞到生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行構(gòu)件的數(shù)字化生產(chǎn)與加工，極大地提高生產(chǎn)效率。

在施工準(zhǔn)備階段，可以直接利用建筑信息模型，進(jìn)行施工場(chǎng)地布置模擬，優(yōu)化場(chǎng)地布局，提高構(gòu)件的安裝效率。通過進(jìn)行施工方案模擬、提前發(fā)現(xiàn)吊裝中可能發(fā)生的碰撞等問題，優(yōu)化施工方案和施工計(jì)劃。在施工過程中通過進(jìn)行專項(xiàng)吊裝方案模擬，優(yōu)化吊裝方案以及進(jìn)行方案的可視化交底；通過對(duì)構(gòu)件的生產(chǎn)與配送進(jìn)行全過程管理，優(yōu)化構(gòu)件生產(chǎn)及運(yùn)輸計(jì)劃，合理安排施工進(jìn)度。還可以通過可視化技術(shù)交底，使工人充分理解設(shè)計(jì)及安裝要求，提高構(gòu)件安裝、連接的正確性及精度；通過現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查與建筑信息模型關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，提高質(zhì)量管理水平。

管控進(jìn)度 提高質(zhì)量 降低成本

近幾年，在裝配式施工中應(yīng)用BIM技術(shù)的項(xiàng)目越來越多，例如沈陽南科大廈、北京萬科金域緹香、住總?cè)f科金域華府·尚華嘉園、郭公莊公租房、馬駒橋物流B東地塊公租房等項(xiàng)目。

以馬駒橋物流B東地塊公租房項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目位于北京市通州區(qū)臺(tái)湖鎮(zhèn)水南村，工程總建筑面積210902.96 平方米。工程共有10個(gè)單體工程，地下1-2層，樓體地上均為16層，建筑高度45米。住宅總建筑面積150500平方米，住房套數(shù)3004套。

該項(xiàng)目在施工初期圖紙并不完善，施工標(biāo)準(zhǔn)不完善，缺乏施工經(jīng)驗(yàn)，施工難度大、困難多，其中，預(yù)制構(gòu)件涉及幾百種裝配式構(gòu)件型號(hào)，過程管理復(fù)雜，對(duì)于工程的生產(chǎn)管理與成本控制是個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)施工無縫對(duì)接難度大，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮結(jié)構(gòu)選型，力學(xué)計(jì)算等問題，對(duì)實(shí)際施工過程考慮不足，在實(shí)際建造過程中會(huì)發(fā)生構(gòu)件修改、返廠、增加構(gòu)造等情況，工程工期、成本難控制。此外，專業(yè)化施工能力培養(yǎng)難度大，相關(guān)施工隊(duì)伍對(duì)于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工無相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于專項(xiàng)施工技術(shù)存在施工能力不足的現(xiàn)象。采用常規(guī)的技術(shù)交底，對(duì)于施工及管理人員的培養(yǎng)效率較低，不利于工程質(zhì)量的控制，同時(shí)也不利于建立專業(yè)化施工隊(duì)伍。

為了有效應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，本項(xiàng)目使用BIM技術(shù)解決住宅產(chǎn)業(yè)化的新問題。在項(xiàng)目建造過程中，進(jìn)行了施工方案模擬、可視化交底、施工進(jìn)度管理等操作。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求，在Revit 2014上開發(fā)了場(chǎng)地布置插件，解決PC構(gòu)件堆放問題；通過開發(fā)構(gòu)件質(zhì)量跟蹤系統(tǒng)，解決了構(gòu)件的生產(chǎn)管理及質(zhì)量管理問題。

該項(xiàng)目依據(jù)《企業(yè)級(jí)BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》建立了《馬駒橋物流B東地塊公租房裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)》，在遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下規(guī)定了本工程的BIM實(shí)施原則和目標(biāo)，BIM應(yīng)用范圍和軟件的選擇。同時(shí)規(guī)范裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程BIM模型標(biāo)準(zhǔn)，例如參數(shù)信息要求、建模注意事項(xiàng)等，以及交付定制族的說明，構(gòu)件庫和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)庫的使用說明等，形成了馬駒橋公租房裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化工程設(shè)計(jì)-施工一體化工作流程。

馬駒橋物流B東地塊公租房項(xiàng)目為設(shè)計(jì)-施工一體化工程，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段通過使用Revit 2014建立了工程的BIM模型。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程與常規(guī)現(xiàn)澆混凝土工程的BIM模型之間存在差異，主要體現(xiàn)在構(gòu)件族的參數(shù)化方面。通過建立構(gòu)件BIM模型，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件加工圖紙與構(gòu)件模型雙向的參數(shù)化信息連接，包括圖紙編號(hào)、構(gòu)件ID碼、物理數(shù)據(jù)、保溫層、鋼筋信息和外架體系預(yù)留孔等。

為了實(shí)現(xiàn)更好的場(chǎng)地布置功能以及構(gòu)件放置順序的優(yōu)化，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在Revit 2014基礎(chǔ)上開發(fā)了場(chǎng)地布置插件，通過該插件分析出預(yù)制構(gòu)件存放區(qū)設(shè)置在靠近樓體且在塔吊回轉(zhuǎn)半徑之內(nèi)，便于構(gòu)件的吊裝。通過對(duì)單層的預(yù)制構(gòu)件吊裝順序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，合理規(guī)劃不同構(gòu)件的存放區(qū)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件吊裝的路徑優(yōu)化，提高吊裝效率。

通過開發(fā)基于BIM的構(gòu)件管理及質(zhì)量跟蹤平臺(tái)，將構(gòu)件信息導(dǎo)入系統(tǒng)，建立模具與生產(chǎn)班組的綁定關(guān)系。構(gòu)件生產(chǎn)前，按樓層供貨計(jì)劃將構(gòu)件依次選入待產(chǎn)池內(nèi)并指定成品庫位，根據(jù)待產(chǎn)池里的構(gòu)件自動(dòng)生成材料、埋件、半成品的備料計(jì)劃。根據(jù)綁定關(guān)系自動(dòng)生成每個(gè)臺(tái)班的生產(chǎn)任務(wù)單，制作模臺(tái)運(yùn)行記錄單，下發(fā)生產(chǎn)班組。在施工過程中，可以查詢構(gòu)件的相關(guān)信息，錄入構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的質(zhì)量可跟蹤。

在施工準(zhǔn)備階段，可以進(jìn)行施工方案模擬，優(yōu)化施工方案、施工計(jì)劃和資源配置。在施工階段，可以進(jìn)行吊裝方案模擬，優(yōu)化吊裝方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可視化的方案交底，對(duì)提高安裝效率和安裝質(zhì)量有很大的作用。

通過使用BIM方案模擬軟件，對(duì)構(gòu)件拼裝順序、構(gòu)件套筒灌漿連接方式及質(zhì)量要求進(jìn)行可視化的交底，降低了交底難度，對(duì)提高安裝質(zhì)量和效率有極大的幫助?，F(xiàn)場(chǎng)的勞務(wù)隊(duì)伍對(duì)產(chǎn)業(yè)化施工要求了解不夠，技術(shù)水平不足，也通過BIM技術(shù)進(jìn)行可視化的交底，形象的模擬施工做法，提高交底的質(zhì)量。

馬駒橋物流B東地塊公租房項(xiàng)目通過利用裝配式施工，使工期得到有效控制，施工效率大大提高。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案采用BIM技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，提升了設(shè)計(jì)、構(gòu)件廠、施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線上，現(xiàn)場(chǎng)以構(gòu)件安裝為主的住宅產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，保證了工期，避免了建筑材料浪費(fèi)，減少人力勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率，降低了建造成本。

該項(xiàng)目采用了基于BIM的CSI住宅設(shè)計(jì)體系，主要特點(diǎn)是精度高，覆蓋設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等住宅產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，解決了以往的住宅設(shè)計(jì)圖紙控制寬泛，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)性差的問題。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)隊(duì)伍的培養(yǎng)。通過使用BIM技術(shù)進(jìn)行三維直觀展示，模擬現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝過程和周邊環(huán)境，提高了交底的效率和質(zhì)量，培養(yǎng)了一批專業(yè)隊(duì)伍。同時(shí)也建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)施工團(tuán)隊(duì)，為承接新的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目做好了準(zhǔn)備。

通過馬駒橋物流B東地塊公租房項(xiàng)目的實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)方式，在裝配式施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以更有效地管控項(xiàng)目進(jìn)度，提高質(zhì)量管理水平，降低項(xiàng)目成本。在進(jìn)度方面，通過施工方案模擬，可以優(yōu)化施工計(jì)劃；通過構(gòu)件管理，可以及時(shí)下達(dá)、跟蹤構(gòu)件狀態(tài)，避免因構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)葐栴}影響進(jìn)度；通過施工進(jìn)度管理，可以形象直觀地發(fā)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的偏差，及時(shí)進(jìn)行計(jì)劃及相關(guān)資源調(diào)整，保證進(jìn)度在可控范圍內(nèi)。

在質(zhì)量方面，通過吊裝模擬，進(jìn)行形象化的交底，保證吊裝的精度；通過可視化的技術(shù)交底，保證構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量；通過構(gòu)件質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)可追溯，提高了質(zhì)量管理水平。

在成本方面，通過場(chǎng)地布置，避免了構(gòu)件的二次運(yùn)輸；通過施工方案模擬，優(yōu)化了資源配置，避免了窩工、怠工等現(xiàn)象的發(fā)生；通過吊裝模擬及可視化的技術(shù)交底，提高了工作效率和安裝質(zhì)量，降低項(xiàng)目成本。