BIM技術(shù)在高預(yù)制率工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

王曉旻

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 工程概況

新建星河灣中學(xué)工程位于上海市閔行區(qū)，總用地面積43 290 m2，總建筑面積49 193.07 m2。工程包括1#～3#教學(xué)樓、多功能綜合樓、風(fēng)雨走廊、學(xué)生公寓、開關(guān)站、10 kV變電站、門衛(wèi)值班室、鐘樓等建筑（圖1）。其中，主體建筑為裝配式建筑，最高裝配率達(dá)到47%。

圖1 新建星河灣中學(xué)BIM整體模型

2 工程難特點(diǎn)

2.1 預(yù)制率高，預(yù)制構(gòu)件多，管理復(fù)雜

本工程裝配構(gòu)件分別有預(yù)制柱、疊合梁、疊合板、樓梯、空調(diào)板等，綜合樓、教學(xué)樓和宿舍樓的預(yù)制率分別為17%、44.2%和47%。

高預(yù)制率對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、吊裝、疊合構(gòu)件的二次澆筑、養(yǎng)護(hù)及質(zhì)量驗(yàn)收等提出了更高的要求，也使總承包商在預(yù)制構(gòu)件管理上的難度隨著項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件數(shù)量的增加而增加。

2.2 裝配節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、鋼筋密集

本工程施工質(zhì)量要求高，梁柱節(jié)點(diǎn)、鋼筋排布、PC埋件等關(guān)鍵工序施工難度大；預(yù)制柱、疊合梁、疊合板交會處需進(jìn)行二次鋼筋安裝及混凝土澆筑，此部位鋼筋密集，施工難度較大，應(yīng)對測量放線、鋼筋綁扎、埋件施工、模板制作、支撐搭設(shè)及混凝土澆筑等內(nèi)容進(jìn)行更嚴(yán)格的施工交底，確保施工質(zhì)量。

2.3 綜合樓等管線綜合，凈空優(yōu)化

本工程地下室區(qū)域機(jī)電管線復(fù)雜，走道降板多、走道狹窄，對地下室凈空要求高。快速進(jìn)行管綜優(yōu)化、及時(shí)擬定管線排布和預(yù)留預(yù)埋等深化設(shè)計(jì)問題是本項(xiàng)目安裝工程的重中之重。

2.4 對總體工序、場布規(guī)劃要求高

本工程待建單體裝配率高，預(yù)制構(gòu)件種類繁多，預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場路線、分類堆放與吊裝，便成了亟需解決的問題，因此對施工前期的現(xiàn)場總平面布置提出了更高的要求。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用成果

裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑的不同之處在于構(gòu)件的預(yù)制與安裝。

區(qū)別于現(xiàn)澆式建筑在施工現(xiàn)場的整體澆筑，裝配式建筑將施工構(gòu)件模塊化，預(yù)先生產(chǎn)、現(xiàn)場組裝，從而達(dá)到環(huán)保、節(jié)約成本、縮短工期的目的。

但裝配式建筑施工也有著不可避免的施工難點(diǎn)，即預(yù)制構(gòu)件尺寸要求更加準(zhǔn)確、現(xiàn)場測量要求更加精確、灌漿勾縫質(zhì)量要求更高，同時(shí)還面臨預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆場、吊裝等管理困難[1-6]。

針對本工程項(xiàng)目裝配難特點(diǎn)，引入裝配＋BIM相結(jié)合的技術(shù)，可以在項(xiàng)目前期進(jìn)行圖紙深化設(shè)計(jì)、模型建立、場地布置和部署策劃；在施工過程中進(jìn)行施工模擬、進(jìn)度匯報(bào)、預(yù)制構(gòu)件信息管理、安裝管線碰撞檢查及質(zhì)量驗(yàn)收等操作，有效地為裝配式建筑施工提供更大的助力。

3.1 施工現(xiàn)場的三維總平面布置

三維場布較二維場布的優(yōu)勢在于空間可視化的碰撞排查。之前采用CAD繪制二維場布圖，可以準(zhǔn)確地測量各個(gè)分區(qū)、場地、臨建等之間的間距，卻還是不可避免地發(fā)生空間上的沖突，如塔吊與加工棚在工作時(shí)發(fā)生沖突、塔吊在安拆階段與垂直升降機(jī)碰撞、PC構(gòu)件堆放及吊裝不合理等，諸如此類的問題都可以在三維場布圖中及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免安裝后發(fā)現(xiàn)問題而造成返工事宜（圖2）。

圖2 項(xiàng)目動態(tài)場地規(guī)劃模擬

依據(jù)施工現(xiàn)場三維可視化布圖，合理安排預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場、行車路線、堆放場地，利用BIM相關(guān)軟件加入塔吊、汽車吊等進(jìn)行構(gòu)件吊裝演示，提前發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。引入時(shí)間流的動態(tài)管理，合理安排不同單體預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場與吊裝，為施工現(xiàn)場的有序施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（圖3）。

3.2 基于BIM的現(xiàn)場預(yù)覽

BIM的可視化特點(diǎn)是現(xiàn)階段較為突出的使用功能，三維模型建立完畢后，可依據(jù)相關(guān)軟件的漫游、相機(jī)、錄像等功能對其內(nèi)部空間進(jìn)行檢查及展示（圖4）。

3.3 PC構(gòu)件的全信息管控

BIM與RFID的完美結(jié)合，輔助施工現(xiàn)場PC構(gòu)件的全信息掌控。

所謂RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需在識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

圖3 項(xiàng)目PC施工吊裝工序模擬

圖4 綜合樓一層機(jī)電管線綜合模擬

本工程為裝配式建筑，預(yù)制率最大達(dá)到了47%，預(yù)制構(gòu)件種類多、數(shù)量多，這都對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、進(jìn)場、堆放、吊裝、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)維等各個(gè)階段提出了更高的管理要求。對此，BIM＋RFID技術(shù)的引入起到了關(guān)鍵作用。BIM＋RFID技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）將建立好的建筑模型上傳至云平臺。

2）PC構(gòu)件在生產(chǎn)時(shí)植入RFID芯片并與模型構(gòu)件統(tǒng)一編號。

3）在加工廠堆場大門、施工現(xiàn)場大門、構(gòu)件堆放場地及構(gòu)件使用部位安裝有源芯片接收器，當(dāng)掛有芯片的PC構(gòu)件通過接收器接收范圍時(shí)，構(gòu)件信息自動采集并上傳至云平臺，通過云平臺的信息交匯，實(shí)時(shí)在建筑模型上顯示構(gòu)件的位置信息。

4）可通過電腦端、手機(jī)端等實(shí)時(shí)跟蹤、掌握PC構(gòu)件的信息及動態(tài)。

此項(xiàng)技術(shù)，通過云平臺對PC預(yù)制構(gòu)件流程的管控，減少了管理人員對構(gòu)件進(jìn)度管理的精力投入；解決了構(gòu)件堆場多導(dǎo)致的構(gòu)件堆場管理困難的問題；PC預(yù)制構(gòu)件具體信息和資料與圖紙的查看保障了PC預(yù)制構(gòu)件的準(zhǔn)確安裝；手機(jī)端的方便應(yīng)用也提高了現(xiàn)場問題反饋的效率（圖5）。

圖5 PC全過程管理平臺系統(tǒng)

3.4 輔助施工現(xiàn)場模擬

利用Revit建立的三維模型中，各個(gè)構(gòu)件在被賦予建筑信息的同時(shí)，結(jié)合如Navisworks等其他軟件可以做到施工動畫、漫游視頻等展示效果，這對施工過程中的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)更透徹的技術(shù)方案研究與交底工作（圖6）。

圖6 施工現(xiàn)場VR交底技術(shù)

例如預(yù)制柱、疊合梁、疊合板的交匯節(jié)點(diǎn)、其上現(xiàn)澆部分的鋼筋二次綁扎、垂直構(gòu)件的孔道灌漿、高支模、大跨梁等施工節(jié)點(diǎn)，交底人與被交底人之間往往采用“手畫”的交底方式，溝通效率低下；而引入直觀、生動的三維動畫，可以讓被交底人迅速而準(zhǔn)確地明白交底人的思想意圖，不但節(jié)省時(shí)間，而且可以最大可能地避免錯(cuò)誤返工，從而節(jié)約成本。

3.5 輔助構(gòu)件管控及質(zhì)量驗(yàn)收

裝配式建筑施工的預(yù)制構(gòu)件通常是場外生產(chǎn)廠家進(jìn)行加工生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場安裝后，其構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋管線和安裝預(yù)留孔洞不可避免地會有偏差，給后續(xù)的機(jī)電水暖安裝等造成困擾。利用BIM技術(shù)，提前模擬安裝后的成品效果，再逆推驗(yàn)算構(gòu)件預(yù)埋預(yù)留的具體位置，可有效降低類似問題發(fā)生的頻率，并反饋給業(yè)主及設(shè)計(jì)單位進(jìn)行合理優(yōu)化。

4 結(jié)語

近年來，國家大力推進(jìn)裝配式建筑和BIM技術(shù)的研究應(yīng)用，相繼頒布了鼓勵(lì)新技術(shù)發(fā)展的多項(xiàng)政策、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因此，建筑行業(yè)由勞動密集型轉(zhuǎn)向科技密集型的發(fā)展趨勢不可逆轉(zhuǎn)[7-13]。

建筑不僅要在前期策劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)營等階段采用BIM技術(shù)，更要在建造施工階段探索采用BIM及信息化的建造方式，通過數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化的建造信息，實(shí)現(xiàn)流水線式項(xiàng)目管理和傳承施工企業(yè)一體化集成管理，將施工現(xiàn)場真正打造成為自動化流水線式的建造大工廠，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、安全、質(zhì)量和成本的高效精細(xì)化管理。