基于BIM的裝配式建筑信息管理的研究

任志剛 張洪青

(華北電力大學(xué),北京 102206)

0 引言

裝配式建筑本身具有施工周期短、節(jié)能、節(jié)約人力等特點(diǎn)，在我國(guó)政府倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健的社會(huì)發(fā)展背景下，具有獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。十八大以來國(guó)家高度重視生態(tài)文明建設(shè)，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。2017年住建部印發(fā)《十三五裝配式建筑行動(dòng)方案》，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑業(yè)綠色和諧穩(wěn)步發(fā)展奠定基礎(chǔ)；2018年3月發(fā)布的《工作要點(diǎn)》中指出，積極推進(jìn)BIM在裝配式建筑中全過程的應(yīng)用，推進(jìn)創(chuàng)新建筑工程管理制度。在信息化日新月異發(fā)展的今天，基于BIM的裝配式建筑項(xiàng)目信息管理表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)

裝配式建筑是將建筑的部分在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)并將通過可靠的連接拼裝而建成的房屋。裝配式建筑具有施工周期短、節(jié)約材料、降噪節(jié)能、不受氣候條件制約等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 施工周期短

裝配式建筑是在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，機(jī)械化代替了傳統(tǒng)的手工制作，加快了構(gòu)件的制作生產(chǎn)效率。同時(shí)，預(yù)制完的構(gòu)配件直接運(yùn)輸配送，現(xiàn)場(chǎng)吊裝是將構(gòu)件組裝起來，節(jié)省了混凝土施工、抹灰等工序，節(jié)省了許多傳統(tǒng)建設(shè)工程施工工序所必須耗用的時(shí)間，大大縮短了施工周期。

1.2 可持續(xù)發(fā)展

在裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，基于BIM技術(shù)對(duì)構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可以節(jié)約制作模具的費(fèi)用，提高模板等周轉(zhuǎn)材料的回收周轉(zhuǎn)。

1.3 不受氣候制約

傳統(tǒng)的施工方式受氣候因素的影響大，在一定程度上影響施工進(jìn)度。裝配式建筑施工就解決了這個(gè)問題。由于大部分預(yù)制構(gòu)件都可以在工廠內(nèi)進(jìn)行，由構(gòu)件成型之后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行吊裝，受氣候因素制約影響少。

2 基于BIM技術(shù)的信息管理

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑項(xiàng)目信息管理的研究是以工程項(xiàng)目中的信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過軟件對(duì)建筑物的實(shí)際信息進(jìn)行虛擬仿真，建立數(shù)據(jù)信息模型。在對(duì)裝配式建筑進(jìn)行信息管理時(shí)，通過匯總整理項(xiàng)目從初步設(shè)計(jì)、優(yōu)化、構(gòu)件的生產(chǎn)制造、運(yùn)輸安裝及施工的全生命周期的各種信息，建立可視化的信息模型，為項(xiàng)目管理人員在過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理解決提供了便利，同時(shí)也提升項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目工程信息的全面認(rèn)識(shí)、理解，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的可視化、構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、施工裝配的高效化。

3 BIM在建設(shè)工程信息管理中應(yīng)用

BIM技術(shù)在裝配式建筑中的信息管理的應(yīng)用主要表現(xiàn)在通過BIM技術(shù)對(duì)構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝施工等各個(gè)階段，基于BIM的信息管理形式各異。

3.1 在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑項(xiàng)目的信息管理在設(shè)計(jì)階段通常是通過設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，建立構(gòu)件的數(shù)字模型并逐步完成對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)行整體的可視化設(shè)計(jì)。建立BIM模型過程可分三個(gè)部分:方案的初步設(shè)計(jì)、模型深化設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化。

3.1.1初步設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)模式下，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)繪制施工圖過程中，經(jīng)常存在構(gòu)件信息的錯(cuò)、漏，以及各個(gè)專業(yè)如土建、安裝等施工圖紙相同構(gòu)件在不同專業(yè)的施工圖上數(shù)據(jù)信息存在差異，從而可能導(dǎo)致在后續(xù)的構(gòu)件制作、吊裝過程中一系列的問題。BIM技術(shù)就很直觀的解決了這個(gè)問題。

基于BIM構(gòu)成構(gòu)件的族中涵蓋了工程項(xiàng)目中所包含的各個(gè)構(gòu)件的信息，諸如：構(gòu)件的類型、材質(zhì)、尺寸等參數(shù)信息。若構(gòu)件模型的族中某一個(gè)參數(shù)信息改變，則在通過由族構(gòu)建的BIM模型中與之對(duì)應(yīng)的所有位置的該構(gòu)件信息都會(huì)隨之更新，使其在模型中的信息參數(shù)始終保持一致性。這就直接解決了圖紙信息不一致等錯(cuò)誤?；贐IM的信息管理使構(gòu)件設(shè)計(jì)信息得到及時(shí)更新和傳遞，大大提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的整體性、協(xié)同性奠定了基礎(chǔ)。

3.1.2協(xié)同工作進(jìn)行深化設(shè)計(jì)

基于BIM技術(shù)建立可視化模型，使設(shè)計(jì)方各專業(yè)高度協(xié)同化工作成為了可能。在設(shè)計(jì)深化階段，通過各個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)建立的BIM模型整合，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)碰撞檢查、管線進(jìn)行優(yōu)化排布，及時(shí)消除設(shè)計(jì)中存在的問題等。降低了裝配式建筑在施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題、預(yù)埋件錯(cuò)位等傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，從而從根本上減少了不必要的設(shè)計(jì)變更與返工，為后續(xù)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)及安裝施工提供有力保障。

3.1.3設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

設(shè)計(jì)方案優(yōu)化應(yīng)從項(xiàng)目規(guī)模與建筑形式方面分析：項(xiàng)目的規(guī)模越大、結(jié)構(gòu)形式越復(fù)雜、設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)造成構(gòu)件的規(guī)格雜亂。因此，在預(yù)制構(gòu)件數(shù)量一定時(shí)，因構(gòu)件種類的增多，降低構(gòu)件廠商模具的周轉(zhuǎn)率，影響模板充分的利用；另一方面增加了設(shè)計(jì)的工作量及復(fù)雜性。設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，應(yīng)盡可能使構(gòu)件模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少模具種類?；贐IM技術(shù)裝配式建筑的信息管理，在設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)方案優(yōu)化時(shí)發(fā)揮著巨大作用。

3.2 在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的應(yīng)用

3.2.1構(gòu)件生產(chǎn)制作

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位可直接從BIM模型中調(diào)取預(yù)制構(gòu)件的尺寸、材質(zhì)、需求數(shù)量等信息，及時(shí)制定構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃排期，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)活動(dòng)。在構(gòu)件生產(chǎn)的同時(shí)，及時(shí)讓施工方了解預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)情況以便施工單位組織施工，及時(shí)調(diào)整施工順序與施工方案；也可以在生產(chǎn)時(shí)將設(shè)計(jì)不合理不經(jīng)濟(jì)的方案、預(yù)制構(gòu)件中存在的問題及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，以便及時(shí)調(diào)整構(gòu)件的模數(shù)信息，從而使構(gòu)件在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)、高效，保證構(gòu)件的生產(chǎn)制作的順利進(jìn)行。

基于BIM信息平臺(tái)的構(gòu)件生產(chǎn)過程，在一定程度上實(shí)現(xiàn)整個(gè)預(yù)制裝配過程實(shí)現(xiàn)零庫存、零缺陷的目標(biāo)。

3.2.2構(gòu)件運(yùn)輸管理

在運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件時(shí)，依據(jù)構(gòu)件的發(fā)貨地與目標(biāo)地，利用BIM模擬合理布置運(yùn)輸路線，并結(jié)合施工順序安排構(gòu)件運(yùn)輸順序。通過運(yùn)輸路線模擬選擇運(yùn)輸最短路徑，在保證施工進(jìn)度的同時(shí)，對(duì)于降低工程運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用有著積極的意義。

3.3 在施工階段的應(yīng)用

3.3.1場(chǎng)內(nèi)構(gòu)件的堆放

利用BIM技術(shù)的可視化與模擬仿真，在預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)前對(duì)其運(yùn)輸車輛的場(chǎng)內(nèi)行車路線及堆放場(chǎng)地進(jìn)行模擬仿真，確保在構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)，有序堆放，合理施工。

3.3.2預(yù)制構(gòu)件精細(xì)化管理

裝配式建筑由于其裝配的特性，較傳統(tǒng)混凝土施工需要的施工機(jī)械化程度更高，施工過程中需要各專業(yè)協(xié)調(diào)配合。為此在施工前，施工單位可利用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)裝配吊裝工程進(jìn)行施工模擬、仿真，以進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)方案及施工流程，確保構(gòu)件準(zhǔn)確定位，從而實(shí)現(xiàn)建筑工程的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量。

在利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬、仿真的同時(shí)，利用數(shù)字模型，形成動(dòng)態(tài)施工動(dòng)畫，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行優(yōu)化布置，其中包括：垂直機(jī)械的選用及覆蓋范圍、臨時(shí)設(shè)施的搭建、構(gòu)配件等位置合理堆放與布置，優(yōu)化臨時(shí)道路、車輛運(yùn)輸路線等。在避免二次搬運(yùn)的浪費(fèi)等施工成本的同時(shí)，確定垂直機(jī)械調(diào)運(yùn)范圍，提升施工機(jī)械吊裝及使用效率，降低了由周轉(zhuǎn)材料導(dǎo)致的工期滯后，加快了構(gòu)件的裝配進(jìn)度。

3.3.3施工的準(zhǔn)備工作與吊裝

在構(gòu)件吊裝階段，施工管理人員可利用BIM的可視化與施工仿真進(jìn)行技術(shù)安全交底培訓(xùn)，讓施工人員更加直觀的了解施工工藝、技術(shù)要點(diǎn)的同時(shí)，及時(shí)明確施工過程中可能存在的意外傷害。在構(gòu)件吊裝方面，按照構(gòu)件上的信息按照BIM模擬施工次序，依次進(jìn)行吊運(yùn)和裝配，做到規(guī)范科學(xué)一步到位，提升吊裝施工的效率。

4 結(jié)語

基于BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑的項(xiàng)目工程全生命周期的信息管理，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)工程過程協(xié)同化，必將有效的提升裝配式建筑工程工程項(xiàng)目中的管理水平及施工質(zhì)量。

目前，我國(guó)裝配式建筑工業(yè)化的生產(chǎn)及BIM技術(shù)應(yīng)用還都不夠成熟，具有一定的局限性。基于BIM技術(shù)的裝配式建筑工程項(xiàng)目的信息管理還處于初級(jí)發(fā)展階段，正在由試點(diǎn)示范向規(guī)?；罅ν七M(jìn)。若要達(dá)到裝配式建筑與基于BIM技術(shù)的信息化管理完美融合，還需我們?cè)趯?shí)踐中進(jìn)一步不斷的探索與改進(jìn)。