上海南翔陳翔路站綜合體裝配式混凝土（PC）結(jié)構(gòu)建造全過程BIM應(yīng)用

張明正 余芳強(qiáng) 曹 強(qiáng) 高 尚

（上海建工四建集團(tuán)有限工程，上海 200000）

1 引言

近年來，國(guó)務(wù)院及各地政府相繼出臺(tái)了一系列支持和鼓勵(lì)裝配式建筑快速發(fā)展的政策。2017年3月23日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《十三五裝配式建筑行動(dòng)方案》明確提出“到2020年，全國(guó)裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15%以上，其中重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到20%以上，積極推進(jìn)地區(qū)達(dá)到 15%以上，鼓勵(lì)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到10%以上?！?與此同時(shí)，各地政府對(duì)BIM技術(shù)的推行力度，建筑行業(yè)內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)運(yùn)用的程度和深度也越來越高。裝配式混凝土（Precast Concrete，PC）構(gòu)件模塊化的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、安裝方式，與BIM技術(shù)“像搭積木一樣造房子”的理念不謀而合?；?BIM的鋼筋數(shù)字化加工、信息平臺(tái)等技術(shù)又恰恰能解決裝配式項(xiàng)目中出現(xiàn)的質(zhì)量精度要求高、堆場(chǎng)資源緊張、進(jìn)度難把控、管理難度大等問題，二者具有天然的結(jié)合優(yōu)勢(shì)。因此，本文以上海南翔陳翔路站綜合體項(xiàng)目為例，介紹了BIM技術(shù)在裝配式項(xiàng)目上的整體應(yīng)用解決方案。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

上海南翔陳翔路站綜合體項(xiàng)目位于上海市嘉定區(qū)南翔鎮(zhèn)，總建筑面積10 ㎡萬余 ，擬建六棟高層住宅，全部為裝配式混凝土建筑。采用雙面疊合板式混凝土剪力墻體系，地上三層到十七層部分為預(yù)制部分，預(yù)制部分由預(yù)制梁、預(yù)制墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)、預(yù)制空調(diào)板組成，PC率近20%。

由于采用裝配式PC技術(shù)，本項(xiàng)目參建方眾多，包括建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工總承包管理單位、深化設(shè)計(jì)單位、預(yù)制工廠、鋼筋加工廠等眾多單位，協(xié)調(diào)工作復(fù)雜。項(xiàng)目效果圖如所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖

2.2 工程難點(diǎn)與BIM應(yīng)用需求

本項(xiàng)目建造難點(diǎn)與BIM技術(shù)應(yīng)用需求，主要有如下三個(gè)方面：

（1）預(yù)制構(gòu)件加工偏差誤差要求控制5mm以內(nèi)，精度要求高，傳統(tǒng)的加工方式難以滿足要求；

（2）本項(xiàng)目采用雙板剪力墻體系，現(xiàn)澆與預(yù)制節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)溝通協(xié)調(diào)工作量大，對(duì)施工隊(duì)伍的施工水平要求高；

（3）本項(xiàng)目位于城區(qū)，施工場(chǎng)地有限，PC構(gòu)件的吊裝時(shí)間受塔吊約束，吊裝時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)構(gòu)件廠、施工總包、吊裝單位之間的進(jìn)度協(xié)作要求高。

針對(duì)這些難點(diǎn)和需求，本項(xiàng)目結(jié)合BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、鋼筋數(shù)字化加工、吊裝施工方案模擬、基于BIM技術(shù)的質(zhì)量、安全、進(jìn)度管理等方面進(jìn)行了一系列的應(yīng)用和探索[2]。

3 BIM應(yīng)用

本項(xiàng)目在深化設(shè)計(jì)、鋼筋數(shù)字化加工、方案模擬、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、商務(wù)等方面進(jìn)行了全方位應(yīng)用，由于篇幅有限，這里重點(diǎn)介紹其中7個(gè)方面。

3.1 深化設(shè)計(jì)

在 PC構(gòu)件生產(chǎn)之前，本項(xiàng)目首先采用 Autodesk Revit創(chuàng)建預(yù)制墻板、空調(diào)板、陽臺(tái)板、樓梯的BIM模型，包含鋼筋型號(hào)、直徑、形狀、長(zhǎng)度等詳細(xì)信息，并包括各構(gòu)件的預(yù)埋件、吊點(diǎn)等模塊位置參數(shù)信息。

隨后在Navisworks中檢測(cè)鋼筋碰撞、保護(hù)層厚度、搭接長(zhǎng)度等問題并導(dǎo)出鋼筋翻樣問題總結(jié)單。將問題總結(jié)向負(fù)責(zé)單位反饋并依次對(duì)照修改，在Revit原始模型中對(duì)鋼筋的位置長(zhǎng)度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使之滿足規(guī)范要求，從而達(dá)到機(jī)械可直接加工的加工級(jí)別模型。如所示。

圖4 模型深化設(shè)計(jì)

3.2 鋼筋數(shù)字化加工

將模型中導(dǎo)出的 BVBS格式鋼筋數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為二維碼，通過PDA掃碼機(jī)自動(dòng)錄入鋼筋加工機(jī)械，加工機(jī)械自動(dòng)根據(jù)其中的彎剪等信息自動(dòng)選料、自動(dòng)彎折、自動(dòng)剪切，生產(chǎn)出符合綁扎要求的鋼筋，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、批量化加工，并將加工過程信息自動(dòng)集成到BIM，支持原材料使用追蹤[3]。

3.3 吊裝施工方案模擬

裝配式建筑的預(yù)制現(xiàn)澆交接處的施工節(jié)點(diǎn)往往比較復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)交底時(shí)，二維圖紙難以描述清楚。本項(xiàng)目在PC構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)施工前，針對(duì)預(yù)制現(xiàn)澆交接處復(fù)雜的施工節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜施工工序，進(jìn)行4D-BIM模擬和BIM現(xiàn)場(chǎng)交底，減少了施工過程中施工錯(cuò)誤導(dǎo)致返工等現(xiàn)象，提高工作效率。如圖5所示。

圖6 智慧建造信息平臺(tái)界面

3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)度管理

在PC構(gòu)件施工過程中，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度全過程管控、質(zhì)量管理、安全管理等功能，本項(xiàng)目開發(fā)了智慧建造信息平臺(tái)，系統(tǒng)界面如圖6所示。

3.4.1 基于二維碼的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度全過程信息采集

首先，信息平臺(tái)為每個(gè)預(yù)制構(gòu)件生成一個(gè)二維碼[4]，然后在構(gòu)件生產(chǎn)加工階段，管理班組將二維碼身份牌張貼在預(yù)制構(gòu)件成品上，作為倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)纳矸輼?biāo)識(shí)。在構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量員接收進(jìn)場(chǎng)的構(gòu)件，錄入構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收信息；在構(gòu)件吊裝時(shí)，施工員錄入構(gòu)件吊裝狀態(tài)[5]。如圖7所示。

圖7 重點(diǎn)監(jiān)控工序

3.4.2 4D-BIM進(jìn)度展示

由于二維碼身份牌的唯一性，預(yù)制構(gòu)件通過掃碼錄入進(jìn)度之后，在信息平臺(tái)上會(huì)有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的BIM模型構(gòu)件改變顏色，不同的顏色代表該構(gòu)件處于不同的工序狀態(tài)。如圖8所示。管理人員可以隨時(shí)隨地通過查看信息平臺(tái)上BIM模型快速了解施工現(xiàn)場(chǎng)所有預(yù)制構(gòu)件所處狀態(tài)。

圖8 4D-BIM進(jìn)度展示

圖9 現(xiàn)場(chǎng)掃描二維碼

3.4.3 堆場(chǎng)管理

在預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收狀態(tài)掃碼時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)用藍(lán)牙等技術(shù)自動(dòng)記錄位置信息，根據(jù)堆場(chǎng)區(qū)域和構(gòu)件狀態(tài)，自動(dòng)判斷構(gòu)件所屬堆場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)管理與預(yù)警。如圖9所示。

3.4.4 遇到的問題與解決方案

雖然掃描二維碼看起來很容易，但是在本項(xiàng)目深入實(shí)施過程中，也遇到了一些問題，比如二維碼掃不到，構(gòu)件和二維碼張貼錯(cuò)誤導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件飛在天上的現(xiàn)象。針對(duì)掃不到的問題，本項(xiàng)目通過確定各類型構(gòu)件二維碼張貼位置和數(shù)量，并發(fā)明一種特殊的二維碼標(biāo)簽來解決二維碼破損、丟失的問題。

針對(duì)二維碼張貼錯(cuò)誤的問題，本項(xiàng)目首先在制度上，對(duì)預(yù)制工廠、施工現(xiàn)場(chǎng)掃碼人員進(jìn)行掃碼權(quán)限分工，責(zé)任落實(shí)到人，通過項(xiàng)目經(jīng)理監(jiān)督和在工程會(huì)議用平臺(tái)BIM模型展示進(jìn)度的措施來保證張貼二維碼準(zhǔn)確、掃碼及時(shí)。并且針對(duì)同類型構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)誰先到誰先安裝的問題，研究了一種算法機(jī)制，完美解決“構(gòu)件飛在天上”的問題。通過以上種種措施，保證了系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)度的準(zhǔn)確性，在這個(gè)基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目以實(shí)際進(jìn)度為驅(qū)動(dòng)，又進(jìn)行了質(zhì)量、安全方面的管理。

3.5 基于移動(dòng)端的質(zhì)量、安全問題管理

建筑施工的質(zhì)量管理都是現(xiàn)場(chǎng)管理。質(zhì)量員現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，通知相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行處理，并且由于工序的連續(xù)性和關(guān)聯(lián)性，一個(gè)工程質(zhì)量問題往往需要多個(gè)參建方之間進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。因此，考慮到建筑施工質(zhì)量管理現(xiàn)場(chǎng)管理為主、多參建方協(xié)同、整體信息化知識(shí)水平低這些特點(diǎn)，本項(xiàng)目開發(fā)了基于信息平臺(tái)微信端的質(zhì)量問題管理方式。

智慧建造信息平臺(tái)支持管理人員應(yīng)用智能移動(dòng)端，發(fā)起、處理、追蹤和審核質(zhì)量安全問題，通過掃描二維碼將質(zhì)量問題與BIM關(guān)聯(lián)，支持語言、圖片、視頻等多媒體的問題描述，自動(dòng)生成質(zhì)量安全整改單，節(jié)省資料歸檔工作，助力依法合格建造。如圖所示。

3.6 基于BIM的商務(wù)管理

本項(xiàng)目基于Revit和算量插件，計(jì)算出每個(gè)構(gòu)件的工程量，通過合同清單，獲得每個(gè)構(gòu)件的價(jià)，自動(dòng)匹配每個(gè)構(gòu)件的工程量和價(jià)?；谛畔⑵脚_(tái)錄入的實(shí)際進(jìn)度自動(dòng)生成每月產(chǎn)值計(jì)報(bào)，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行分包實(shí)物量統(tǒng)計(jì)等工作，減少50%的人工算量和統(tǒng)計(jì)工作。

4 項(xiàng)目應(yīng)用效果

（1）本項(xiàng)目通過共享BIM中工程信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作，節(jié)省鋼筋工 50%，提升加工效率30%以上；

（2）通過基于物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)度管理，及時(shí)掌握預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度狀況，合理安排資源，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件零錯(cuò)漏，避免預(yù)制改現(xiàn)澆現(xiàn)象，保障工期；

（3）通過基于BIM的質(zhì)量、安全在線管理，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地掌握工程狀態(tài)，提升項(xiàng)目管理人員管理水平，從而提高項(xiàng)目質(zhì)量水平、減少安全隱患10%以上。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研發(fā)了一種特殊的二維碼標(biāo)簽，制定了二維碼張貼、審核和掃碼制度，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件全過程監(jiān)控，減少了二維碼丟失、磨損、張貼錯(cuò)誤等問題發(fā)生頻率；

（2）研發(fā)了以 BIM為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，以進(jìn)度為驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)發(fā)起質(zhì)量驗(yàn)收、安全檢查、成本計(jì)報(bào)、工料機(jī)統(tǒng)計(jì)等工作的管理技術(shù)，讓BIM平臺(tái)成為可靠的“管理秘書”；

（3）針對(duì)預(yù)制工程現(xiàn)澆和預(yù)制部分的交接處，模擬和分析施工工序，支持方案優(yōu)化和技術(shù)交底，減少施工錯(cuò)誤和返工問題，節(jié)約成本；

圖10 質(zhì)量、安全問題在線管理

（4）基于BIM的鋼筋數(shù)字化加工技術(shù)，打通BIM與生產(chǎn)設(shè)備的信息互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)字加工，提高效率，減少人工。

5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

通過本項(xiàng)目的BIM應(yīng)用，針對(duì)目前BIM與實(shí)際管理脫節(jié)的不落地、兩層皮、只能看的問題[6]，有以下幾點(diǎn)心得：

（1）工業(yè)化建造模式，管理標(biāo)準(zhǔn)化程度高，BIM應(yīng)用需求和價(jià)值大，仍是BIM深度應(yīng)用的絕佳突破口；

（2）BIM應(yīng)用初期，流程重塑阻力大?；贐IM的管理與傳統(tǒng)管理兩條路走，應(yīng)用價(jià)值往往達(dá)不到預(yù)期，通過人性化的功能設(shè)計(jì)，為項(xiàng)目管理人員提供便利，減少負(fù)擔(dān)，讓更多的項(xiàng)目管理人員參與進(jìn)來，降低BIM應(yīng)用阻力，是BIM應(yīng)用成功的必經(jīng)之路；

（3）BIM技術(shù)應(yīng)用的效果很大程度上取決于BIM數(shù)據(jù)是否實(shí)時(shí)有效,通過制定明確的管理制度，各項(xiàng)工作落實(shí)到人,確保及時(shí)得到BIM技術(shù)應(yīng)用依托的必要數(shù)據(jù)，是BIM應(yīng)用成功的關(guān)鍵。