BIM技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用

鄒 鑫

(福建中達(dá)建筑檢測有限公司，福建 福州 350001)

0 前 言

在綠色環(huán)保節(jié)能理念的推動(dòng)下，建筑行業(yè)逐漸向建筑工業(yè)化方向發(fā)展，將工業(yè)化和信息化技術(shù)融合、貫穿到建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的全過程，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系在歐美等國家應(yīng)用較為廣泛，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的方式進(jìn)行施工，施工效率顯著提高，現(xiàn)場施工工人需求減少，有利于工廠施工的安全管理。由于未能做到裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，施工和運(yùn)維的體系配套技術(shù)也不完善，當(dāng)前我國建筑行業(yè)采用裝配化施工的工程項(xiàng)目還相對(duì)較少[2]。BIM技術(shù)將建筑工程項(xiàng)目各個(gè)階段的信息數(shù)據(jù)集成到工程模型中，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等階段的信息共享，同時(shí)便于業(yè)主單位通過查看模型信息及時(shí)了解建筑項(xiàng)目動(dòng)態(tài)，確保工程項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)和保證工程建設(shè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全壽命周期管理的目標(biāo)。

1 建筑裝配式技術(shù)

在小型建筑項(xiàng)目中，通過標(biāo)準(zhǔn)化的要求預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，能快速完成工程建設(shè)。隨著預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，日本、歐美等發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)60年代開始推廣裝配式結(jié)構(gòu)，我國也在20世紀(jì)80年代開展裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推廣工作，主要用于企業(yè)廠房、生活臨時(shí)用房的建設(shè)中[3]。隨著我國高層建筑的大量建設(shè)，裝配式結(jié)構(gòu)難以滿足高層建筑的技術(shù)要求，工程機(jī)械技術(shù)水平不夠，其推廣應(yīng)用也曾一度停滯。直到2005年以后，隨著建筑工業(yè)化的推動(dòng)和建設(shè)綠色建筑的要求，通過引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)的裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的需求和信息技術(shù)發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種裝配式結(jié)構(gòu)體系。

裝配式建筑是指采用工廠化預(yù)制構(gòu)件通過可靠的方式連接成一個(gè)整體，形成符合相應(yīng)功能要求的建筑結(jié)構(gòu)。相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)最顯著的優(yōu)勢是施工效率高、工期短，同時(shí)也存在運(yùn)輸不便、設(shè)計(jì)困難、整體性較差的問題[4]。從結(jié)構(gòu)受力特性來看，裝配式結(jié)構(gòu)分類有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻組合結(jié)構(gòu)等三種類型，框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)成熟但抗震性能差，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為靈活、抗震性能好，而裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)融合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但也存在節(jié)點(diǎn)多、施工困難的問題。按照裝配化程度來看，也有全裝配式和部分裝配式的區(qū)別，全裝配式結(jié)構(gòu)的機(jī)械化程度高、施工效率高，但整體性較差，而部分裝配式結(jié)構(gòu)局部采用現(xiàn)場澆筑方式，整體性和抗震性更好，在工程應(yīng)用中相對(duì)較多。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是創(chuàng)建、組織和管理各構(gòu)件模型信息的過程，最早在2002開始在建筑行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，其應(yīng)用范圍和功能得到顯著提升，可以較好地為建筑行業(yè)服務(wù)。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性的顯著特點(diǎn)，通過建立的模型實(shí)現(xiàn)三維查看，能夠直觀地展現(xiàn)建筑外部和內(nèi)部的細(xì)節(jié)，而且建筑設(shè)計(jì)涉及的專業(yè)較多，各專業(yè)的設(shè)計(jì)人員可以共同基于模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以極大地減少溝通協(xié)調(diào)工作[5]。此外，通過建筑的BIM模型還可以推演緊急情況下應(yīng)急處理方案的合理性，用于修改和完善應(yīng)急處理方案。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和BIM技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑生命周期的應(yīng)用與管理，當(dāng)前應(yīng)用的主要方向集中在施工現(xiàn)場管理和后期維護(hù)管理，在裝配式結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用還處于研究探索階段，表現(xiàn)出信息多元化、參數(shù)化、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)協(xié)同等技術(shù)的特點(diǎn)。在裝配式建筑的建設(shè)中，BIM技術(shù)也開始在設(shè)計(jì)階段和現(xiàn)場施工階段進(jìn)行應(yīng)用，設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用是通過將包含有大量數(shù)據(jù)信息的建筑元素分類，并對(duì)配裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，輸出建筑結(jié)構(gòu)信息、工程量信息、成本信息等；施工階段的應(yīng)用是通過建立3 D或4 D模型，對(duì)所有裝配式構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，減少構(gòu)件錯(cuò)拿、構(gòu)件丟失等情況，還可以融合攝像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)老舊建筑的快速建模、新建建筑的現(xiàn)場監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場的可視化管理[6]。

3 裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合

傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沿用常規(guī)建筑的設(shè)計(jì)方法，先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體分析，再進(jìn)行各個(gè)構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的分析與設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)模式很少考慮構(gòu)件的生產(chǎn)情況，容易造成構(gòu)件種類繁多的問題，生產(chǎn)效率較低。信息化建模是BIM技術(shù)最顯著的特點(diǎn)，通過建立裝配式建筑結(jié)構(gòu)常用的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的預(yù)制構(gòu)件庫，可以方便裝配式建筑的設(shè)計(jì)，確保多種構(gòu)件之間的連接效果，減少特殊構(gòu)件連接效果的結(jié)算和驗(yàn)證，而且便于預(yù)制構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，能夠顯著降低裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本。采用基于BIM技術(shù)的裝配式建筑設(shè)計(jì)方法還可以利用BIM技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行模擬，合理規(guī)劃裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的時(shí)間，提前發(fā)現(xiàn)工程施工中可能存在問題，從而調(diào)整和修改施工方案，提高裝配式建筑的施工質(zhì)量，減少安全事故。

裝配式建筑BIM施工模擬是通過在虛擬的三維可視化環(huán)境按照施工組織設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行模擬，可以對(duì)機(jī)械設(shè)備、人員、材料的調(diào)配和施工工藝流程等進(jìn)行模擬，也可以單獨(dú)對(duì)吊裝方案、預(yù)制構(gòu)件連接的重點(diǎn)復(fù)雜部位進(jìn)行模擬，還可以對(duì)施工現(xiàn)場布置方案和物資消耗進(jìn)行分析，結(jié)合模擬發(fā)現(xiàn)的問題對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整[7]。相比傳統(tǒng)裝配式建筑的施工，采用BIM進(jìn)行施工模擬可以較為清晰地觀測整個(gè)施工過程，根據(jù)模擬的情況進(jìn)行調(diào)整，而且能夠更好地協(xié)調(diào)施工進(jìn)度和材料供應(yīng)，還能提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的安全隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)，通過提前制定可行的安全施工方案，提高工程施工的安全性。

4 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

4.1 裝配式建筑施工要點(diǎn)

裝配式建筑通過工程機(jī)械設(shè)備將構(gòu)件在施工場地現(xiàn)場拼裝，常用的裝配式建筑構(gòu)件包括板、梁、柱、桁架、墻板等預(yù)制構(gòu)件。對(duì)于裝配式建筑所用預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)全數(shù)檢查外觀質(zhì)量，包括結(jié)合面、露筋、蜂窩、孔洞、夾渣、疏松、裂縫、連接部位缺陷、外形缺陷、外表缺陷內(nèi)容，所有構(gòu)件不應(yīng)有一般缺陷，不能出現(xiàn)嚴(yán)重的外觀缺陷。為保證拼裝完成的建筑結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，必須嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件的尺寸偏差，在構(gòu)件拼裝施工前必須對(duì)所有預(yù)制構(gòu)件尺寸進(jìn)行檢查，驗(yàn)收合格后在構(gòu)件貼上合格標(biāo)識(shí)。預(yù)制構(gòu)件尺寸檢查包括構(gòu)件的長度、寬度、高(厚)度、表面平整度、側(cè)向彎曲、翹曲等參數(shù)，對(duì)于有粗糙面的預(yù)制構(gòu)件，尺寸允許偏差可適當(dāng)放松。

構(gòu)件吊裝和拼裝是裝配式建筑施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在保證安裝精度符合要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行拼裝工作。由測量人員提前定位出吊裝控制線，吊裝人員操作機(jī)械設(shè)備將構(gòu)件吊裝到指定位置，拼裝人員進(jìn)行拼裝工作，并保持吊裝設(shè)備操作人員的協(xié)調(diào)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行微調(diào)。在完成各個(gè)階段的拼裝工作后，及時(shí)對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置和尺寸進(jìn)行復(fù)核，在確認(rèn)符合安裝要求后進(jìn)行下道工序的施工。

對(duì)于墻板的吊裝施工，應(yīng)在樓面板上確定定位邊線和控制線，核對(duì)豎向連接鋼筋位置，然后依次鋪開按順序吊裝，在確保墻體垂直度符合要求后摘鉤就位，對(duì)于外墻施工還應(yīng)校核分割線，通過局部調(diào)整減少誤差累積的影響。對(duì)于套筒灌漿的施工，應(yīng)采用專用灌漿料按照使用時(shí)限要求進(jìn)行灌漿，確保預(yù)制墻板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)結(jié)合部分連接嚴(yán)密，同時(shí)注意灌漿泵的清洗、殘留灌漿料漿液的處理。疊合板按編號(hào)依次疊放，合理規(guī)劃線盒位置和管線走向，杜絕多層管線交錯(cuò)情況的發(fā)生，澆筑的混凝土應(yīng)及時(shí)抹面、收光，做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。對(duì)于樓梯的施工，應(yīng)認(rèn)真核對(duì)各樓梯段的標(biāo)高和預(yù)制段斜向長度，做好樓梯與墻體連接處的安裝，并對(duì)孔洞及時(shí)灌漿封堵。

4.2 裝配式建筑的質(zhì)量管理措施

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)行入庫驗(yàn)收時(shí)，除了檢查構(gòu)件的外觀質(zhì)量，還應(yīng)核對(duì)齡期，確保預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)的要求或不小于混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的75%。構(gòu)件相關(guān)參數(shù)可以同步錄入BIM模型數(shù)據(jù)庫，便于在裝配式建筑壽命周期的各個(gè)階段查看和調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。

安裝精度控制是裝配式建筑施工的核心內(nèi)容，在裝配式建筑安裝過程中應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量檢查。墻板、掛板軸線等部位容易出現(xiàn)偏位，在墻板之間、墻板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接部位也容易出現(xiàn)縫隙過大、錯(cuò)縫的情況，可以通過邊安裝邊測量的方法進(jìn)行檢查，并通過及時(shí)調(diào)整施工方案或施工工藝的措施達(dá)到安裝要求。若裝配式建筑采用BIM技術(shù)，則可以在建立的模型中對(duì)構(gòu)件的安裝位置進(jìn)行定位，還可以通過現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備采集的數(shù)據(jù)與BIM模型的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工的問題，并采取恰當(dāng)?shù)拇胧8]。

裝配式建筑構(gòu)件的拼裝次序?qū)Ω鱾€(gè)構(gòu)件之間的連接效果也有很大影響，在工程施工中不按照設(shè)計(jì)要求拼裝，容易導(dǎo)致疊合樓板之間縫隙過大或過小、疊合樓梯安放困難等問題，若強(qiáng)行推進(jìn)安裝，甚至?xí)?dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。在施工前采用BIM技術(shù)對(duì)細(xì)部問題進(jìn)行模擬，可以發(fā)現(xiàn)拼裝順序可能帶來的影響，通過采取優(yōu)化拼裝次序、設(shè)備位置調(diào)整、測量定位等措施能減少施工過程的問題，同時(shí)提高拼裝效果和拼裝質(zhì)量。

此外，通過BIM技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)控技術(shù)的融合，可以通過施工前的模擬和施工過程影像資料的對(duì)比，了解施工工藝的規(guī)范性、灌漿施工效果、連接鋼筋偏位情況、建筑外觀效果和構(gòu)件的連接質(zhì)量等內(nèi)容，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，在提高裝配式建筑施工效率的同時(shí)，確保工程施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語

相比傳統(tǒng)建筑模式，裝配式建筑在工業(yè)化生產(chǎn)、施工效率提升、節(jié)能環(huán)保等方面具有明顯優(yōu)勢。隨著工業(yè)智能化的發(fā)展，將BIM技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑，有效提高了裝配式建筑在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段的有效銜接，實(shí)現(xiàn)了建筑工程全壽命管理，逐漸成為城市建筑建設(shè)發(fā)展的新模式。在裝配式建筑的設(shè)計(jì)和施工中，充分應(yīng)用BIM模型，為一體化設(shè)計(jì)施工提供了技術(shù)支撐，適合未來建筑工程項(xiàng)目PEC模式的發(fā)展，在保證建筑工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，極大地減少傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目各個(gè)階段的溝通耗時(shí)，提高了工程項(xiàng)目建設(shè)效率。

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