基于BIM技術(shù)的裝配式建筑建設(shè)過(guò)程探討★

朱 燁 朱從香 呼夢(mèng)潔

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

1 研究背景

改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛，我國(guó)建筑業(yè)也得到了持續(xù)快速的發(fā)展，尤其進(jìn)入21世紀(jì)后，建筑業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)地位不斷加強(qiáng)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用更加顯著。但隨著國(guó)家形勢(shì)的變化，傳統(tǒng)建筑業(yè)的弊端越發(fā)凸顯：1)隨著人口紅利的不斷下降，傳統(tǒng)建筑業(yè)出現(xiàn)了“用工難”的問(wèn)題，建筑工人年齡普遍偏大，已少有年輕人愿意從事建筑行業(yè)；2)我國(guó)目前新建建筑中有95%仍屬高耗能建筑，建筑能耗占全國(guó)總能耗的近三成，不符合“低碳、節(jié)能”的綠色建筑理念，與和諧社會(huì)中建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的指導(dǎo)思想相違背。而裝配式建筑在建造過(guò)程中，大部分構(gòu)件由于經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在工廠制作完成后到現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械吊裝的方法安裝到位，對(duì)周圍環(huán)境污染較低，施工迅速、高效，減少了施工工期，具有環(huán)保、節(jié)能、綠色、創(chuàng)新等特點(diǎn)。調(diào)查顯示，裝配式住宅相比傳統(tǒng)施工方式，每平方米能耗節(jié)約20%，用水節(jié)約63%，施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的垃圾減少91%[1]。因此，改革傳統(tǒng)建筑業(yè)建造方式，推進(jìn)建設(shè)工業(yè)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化是非常必要的。

在此背景下，國(guó)務(wù)院辦公廳于2016年印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，意見中提出：“力爭(zhēng)用10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%。同時(shí)，逐步完善法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管體系，推動(dòng)形成一批設(shè)計(jì)、施工、部品部件規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)，具有現(xiàn)代裝配建造水平的工程總承包企業(yè)以及與之相適應(yīng)的專業(yè)化技能隊(duì)伍?！?/p>

基于以上可看出，裝配式建筑是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，但目前，裝配式建筑在設(shè)計(jì)和施工中，面臨的難點(diǎn)較多，主要有：1)按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)出圖后進(jìn)行圖紙深化設(shè)計(jì)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件都需考慮，出圖量大，設(shè)計(jì)出錯(cuò)后修改圖紙不可避免，而動(dòng)一發(fā)則牽全身；2)預(yù)制構(gòu)件的連接區(qū)域鋼筋密集交錯(cuò)，容易碰撞，對(duì)吊裝過(guò)程要求很高，一旦出錯(cuò)，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整或返廠維修，都會(huì)造成施工現(xiàn)場(chǎng)停工待料的現(xiàn)象，延誤工程進(jìn)度，造成人工及材料的浪費(fèi)；3)對(duì)各專業(yè)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)程度要求更高，構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各方面的因素，既要考慮設(shè)備安裝管線綜合對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，還要考慮為方便施工構(gòu)件中預(yù)埋件的設(shè)置等問(wèn)題。一個(gè)細(xì)節(jié)的疏漏就可能對(duì)施工吊裝的過(guò)程產(chǎn)生影響。由上可見，裝配式建筑對(duì)于前期設(shè)計(jì)和后期施工的要求比起傳統(tǒng)建筑的要求更高，容錯(cuò)率更低。

為了解決以上重難點(diǎn)，在裝配式建筑中引入BIM技術(shù)已在一些工程實(shí)例中得到應(yīng)用。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，它以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目從建設(shè)初期到后期運(yùn)營(yíng)整個(gè)階段各種專業(yè)的相關(guān)信息，這些信息附載于建筑模型上，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)[2]。目前，已有國(guó)內(nèi)部分學(xué)者就BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。早期，周文波等以一棟試驗(yàn)樓為例，將BIM技術(shù)應(yīng)用于深化設(shè)計(jì)及施工進(jìn)程管理，指出了構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)的必要性及BIM模型應(yīng)用于裝配式建筑中未來(lái)的研究方向[3]。齊寶庫(kù)、李長(zhǎng)福結(jié)合工程實(shí)例，分析了BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的應(yīng)用過(guò)程，結(jié)果表明BIM技術(shù)在裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)環(huán)節(jié)的過(guò)程中，擁有巨大的應(yīng)用前景[4]。常春光等將BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合，建立現(xiàn)代信息共享技術(shù)平臺(tái)，在構(gòu)件的制作、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、儲(chǔ)放、吊裝的過(guò)程中，可利用BIM-RFID系統(tǒng)隨時(shí)讀取構(gòu)件的信息(包括構(gòu)件基本制作信息、運(yùn)輸位置、施工進(jìn)度等)，提高了施工過(guò)程的管理水平和安裝效率[5]。白庶等人則對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑建造全過(guò)程中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明利用BIM技術(shù)可有效提高裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)的效率[6]。

裝配式建筑建造過(guò)程中，如果以工廠生產(chǎn)的現(xiàn)有預(yù)制構(gòu)件為主導(dǎo)，設(shè)計(jì)拘囿于已有構(gòu)件形式，雖有利于建筑標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，但建筑體型較死板，空間分隔不夠靈活，因此，本文以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，基于BIM技術(shù)將裝配式建筑的設(shè)計(jì)施工流程做了歸納整理(如圖1所示)，分析了BIM技術(shù)在每個(gè)階段的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1 設(shè)計(jì)階段

目前，裝配式建筑設(shè)計(jì)前期仍沿用傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行構(gòu)件拆分及二次深化設(shè)計(jì)。在構(gòu)件拆分及深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，BIM技術(shù)可視化等五大特性起到了關(guān)鍵作用，傳統(tǒng)CAD所繪制的數(shù)據(jù)孤立的2D圖紙，平面圖紙由線條構(gòu)成，不承載任何信息，而由BIM技術(shù)所建立的三維模型，附載了建筑構(gòu)件所有信息，一個(gè)部位的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行改動(dòng)，與其相關(guān)的所有圖紙都將自動(dòng)更新，大大降低了各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的工作量。具體如下：

1)三維模型下構(gòu)件拆分更為直觀，有利于構(gòu)件的形體優(yōu)化，并可借用“族庫(kù)”對(duì)拆分后的構(gòu)件進(jìn)行管理，建立構(gòu)件庫(kù)，為今后裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)打下基礎(chǔ)。

2)深化設(shè)計(jì)中需考慮構(gòu)件間的連接，節(jié)點(diǎn)處鋼筋較密，設(shè)計(jì)精度要求很高，采用傳統(tǒng)繪圖方式，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成大量出圖。借助BIM的智能化出圖功能，做簡(jiǎn)單設(shè)置后能自動(dòng)生成需要的深化設(shè)計(jì)圖紙，圖紙能精確表達(dá)構(gòu)件中鋼筋的規(guī)格數(shù)量、構(gòu)造做法，可直接指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，整個(gè)出圖過(guò)程減少了人為工作量，大大提高了出圖效率。

3)裝配式建筑對(duì)于孔洞的留設(shè)比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑更嚴(yán)格，預(yù)制構(gòu)件澆筑成型后，不能任意開槽穿洞，這就要求指導(dǎo)構(gòu)件在工廠制作的圖紙，所有預(yù)留洞口必須在其中清楚、準(zhǔn)確地繪制出來(lái)，構(gòu)件制作完成后直接運(yùn)輸?shù)跹b即可。所以，各專業(yè)必須密切配合進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，利用BIM模型可進(jìn)行管線安裝與構(gòu)件預(yù)留洞口位置的校核，出具精確的構(gòu)件制作圖紙，減少施工中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。

4)預(yù)制構(gòu)件連接區(qū)，構(gòu)件內(nèi)部均有可能出現(xiàn)鋼筋與鋼筋、鋼筋與預(yù)埋件的碰撞沖突，基于BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)功能可對(duì)模型進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整完善各要素之間的關(guān)系，避免沖突。

2.2 構(gòu)件制作階段

基于BIM技術(shù)的精確性和即時(shí)性，構(gòu)件模型數(shù)據(jù)詳細(xì)，信息及時(shí)更新，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段所創(chuàng)建的構(gòu)件模型即可直接用于構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)廠家可隨時(shí)調(diào)用預(yù)制構(gòu)件所需的材料、幾何尺寸等信息，安排構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)過(guò)程中，可在每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件中植入RFID芯片，記錄構(gòu)件的材料種類、幾何尺寸、安裝部位、用途等信息，并建立項(xiàng)目數(shù)據(jù)平臺(tái)，方便信息的上傳、調(diào)用、讀取和更改，為后期構(gòu)件的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、驗(yàn)收、吊裝過(guò)程中項(xiàng)目人員對(duì)構(gòu)件信息的實(shí)時(shí)查詢和更新提供了快速的技術(shù)支持，提高了生產(chǎn)效率，加快了施工進(jìn)程。

2.3 施工階段

裝配式建筑的構(gòu)件種類多、數(shù)量大，對(duì)施工吊裝的精度要求高，對(duì)項(xiàng)目管理的要求高。規(guī)劃起重機(jī)位置及路徑、制定施工方案、確定吊裝順序，利用BIM技術(shù)對(duì)施工過(guò)程每一個(gè)步驟進(jìn)行精細(xì)化仿真模擬，按時(shí)間計(jì)劃對(duì)各施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，可提前查找出實(shí)際施工過(guò)程中可能存在的疏漏，從而及時(shí)調(diào)整吊裝計(jì)劃、優(yōu)化施工方案，避免由于施工方案的不詳細(xì)導(dǎo)致各工種、各專業(yè)、各工序配合上出現(xiàn)矛盾，影響到施工工期。同時(shí)，借由仿真模擬可最終形成施工指導(dǎo)動(dòng)畫，提前讓工程技術(shù)人員熟悉細(xì)節(jié)，對(duì)施工流程有直觀了解。

3 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)的應(yīng)用和裝配式建筑設(shè)計(jì)施工有良好的互補(bǔ)性，但目前僅有少部分設(shè)計(jì)院和建設(shè)單位將BIM技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，兩者的配合還處于應(yīng)用探索階段，并未大面積推廣。在借由BIM技術(shù)建模的過(guò)程中，大量標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件如門、窗，部分尺寸的剪力墻等在不同項(xiàng)目中重復(fù)建模，建議行業(yè)建立統(tǒng)一的構(gòu)件模型數(shù)據(jù)庫(kù)，方便不同項(xiàng)目的調(diào)用，從而提高設(shè)計(jì)效率，以利于裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化的推廣。

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[3] 周文波，蔣 劍.BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式住宅中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2012(22)：72-74.

[4] 齊寶庫(kù)，李長(zhǎng)福.基于BIM的裝配式建筑全生命周期管理問(wèn)題研究[J].施工技術(shù)，2014(15)：25-29.

[5] 常春光，吳飛飛.基于BIM和RFID技術(shù)的裝配式建筑施工過(guò)程管理[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2015(2)：170-174.

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