BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究

詹 能，金長宏

(安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022)

建筑行業(yè)作為支柱型產(chǎn)業(yè)，已然彰顯出鮮活的發(fā)展動(dòng)力。然而，結(jié)合我國建筑業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，勞動(dòng)效率低下、資源消耗率高、管理方式不合理等問題依然非常突出。裝配式建筑理念的實(shí)施能夠極大的提高勞動(dòng)效率以及施工質(zhì)量，并且在一定程度上能夠縮短工期，而BIM技術(shù)的引進(jìn)為我國建筑工程的實(shí)施提供了新的選擇，同時(shí)也加快了裝配式建筑的普及并為其提供了切實(shí)可行的技術(shù)支持，近年來，中央以及各地政府接連出臺(tái)相應(yīng)政策明確推動(dòng)建筑工業(yè)化的發(fā)展，使國內(nèi)裝配式建筑進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，相關(guān)行業(yè)內(nèi)從業(yè)者也逐漸發(fā)現(xiàn)裝配式建筑中所存在的巨大價(jià)值，紛紛投入到該技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展中去，但是仍舊存在一部分從業(yè)者對(duì)于BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用方法一知半解。本文旨在結(jié)合現(xiàn)有的信息資料，對(duì)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用及可行性展開系統(tǒng)的討論，為行業(yè)從業(yè)者提供切實(shí)可行的參考依據(jù)。

1 BIM技術(shù)與裝配式建筑

1.1 概念

BIM技術(shù)能夠?qū)ㄖこ讨谐霈F(xiàn)的種種信息進(jìn)行系統(tǒng)化處理。詳細(xì)來看，BIM技術(shù)就是運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)，在建設(shè)工程項(xiàng)目實(shí)際開工之前，收集相關(guān)有效信息，明確該工程項(xiàng)目的用途以及相關(guān)參與的要求，將工程項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)在電腦中虛擬建立出三維信息化模型，并根據(jù)要求針對(duì)信息化模型進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)用分析，制定出相對(duì)應(yīng)的施工、設(shè)計(jì)方案。而所謂裝配式建筑,就是將建筑所需要的的構(gòu)配件在工廠中進(jìn)行預(yù)制加工，提前做好各構(gòu)件之間的連接點(diǎn)，采取合適的連接方式，隨后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際拼裝，從而來替代傳統(tǒng)的建筑模式，在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展的環(huán)境下,合理設(shè)計(jì)，預(yù)制構(gòu)件連接點(diǎn)安全可靠，可以實(shí)現(xiàn)將建筑進(jìn)行成套拼裝，批量化搭建，具有效率高，質(zhì)量好，精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用可行性

2.1 BIM技術(shù)有助于加快裝配式建筑模型的試制

裝配式建筑是具有創(chuàng)新性的建筑項(xiàng)目，其在發(fā)展過程中帶來了諸多衍生產(chǎn)品，為建筑行業(yè)的發(fā)展注入了動(dòng)力。而將BIM技術(shù)運(yùn)用在裝配式建筑工程之后，能夠有效的加快建筑模型的試制速度。具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是傳統(tǒng)的裝配式模型試制方法下，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)和分析，經(jīng)過繁瑣的流程后才能確定最終的模型。而運(yùn)用BIM技術(shù)，只需要通過電腦和專業(yè)軟件就可以實(shí)現(xiàn)可行性分析，選擇最合適的試制方案，大大降低了成本，提高了效率。二是在模型的試制過程中，通過運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠充分在計(jì)算機(jī)虛擬建模的過程發(fā)現(xiàn)很多細(xì)小的誤差與不合理之處，確保最終模型的精準(zhǔn)度和科學(xué)性，這在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中是尤為重要的。三是與其他諸多的技術(shù)相比，BIM技術(shù)操作簡單，彈性大，能夠?qū)⒅T多設(shè)想落實(shí)到實(shí)際中，擇優(yōu)選擇最佳的方法。

2.2 BIM技術(shù)有助于節(jié)約變更成本

與傳統(tǒng)建筑工程相比，運(yùn)用BIM技術(shù)可以在前期設(shè)計(jì)階段，將土建與機(jī)電圖紙轉(zhuǎn)換為三維建筑模型，并針對(duì)建立的模型進(jìn)行碰撞模擬，對(duì)于檢測(cè)出來的碰撞點(diǎn)進(jìn)行分析處理，人為合理分析出哪些為硬碰撞和軟碰撞，篩選出合理有效的碰撞點(diǎn)，針對(duì)于這些機(jī)電與土建之間的碰撞點(diǎn)對(duì)圖紙進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的修改，提前將碰撞點(diǎn)所在位置預(yù)留出合理大小的洞口，這樣就可以在實(shí)際施工工程中節(jié)約出對(duì)應(yīng)的變更成本，做到事前控制?，F(xiàn)以某小學(xué)板洞口為例，參考某地產(chǎn)項(xiàng)目板開洞經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如表1所示，針對(duì)于檢測(cè)出來的碰撞點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

表1 某地產(chǎn)項(xiàng)目板開洞經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過分析某地產(chǎn)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樓板，不同板厚以及不同的洞口面積，單個(gè)樓板洞口施工所需要的費(fèi)用，計(jì)算出平均每個(gè)洞口開洞所需要的費(fèi)用，即平均單價(jià)為995元，針對(duì)于表1得出的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)某小學(xué)進(jìn)行BIM應(yīng)用經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，總碰撞點(diǎn)為563個(gè)，在BIM軟件里將土建機(jī)電模型合并之后，機(jī)電管道與土建模型所發(fā)生碰撞之處，將其進(jìn)行扣洞，以便于直觀展示出來，如圖1所示，最終通過上述模擬結(jié)果計(jì)算得出節(jié)約成本總價(jià)為560,185元。

圖1 某小學(xué)項(xiàng)目revit土建機(jī)電合并模型扣洞前后對(duì)比圖

3 BIM在裝配式建筑中的應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備階段的應(yīng)用

不同于傳統(tǒng)建筑工程，從技術(shù)的角度來看，裝配式建筑工程對(duì)于技術(shù)的要求更高。正因如此，在技術(shù)的層面上可能暴露的問題就更多，例如：構(gòu)件安裝順序錯(cuò)誤、構(gòu)建位置裝配不合理等。在預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件的安裝中，常常出現(xiàn)套筒位置不對(duì)齊等問題，而這些問題也無法通過傳統(tǒng)的方法加以改善，其造成的不利影響也在一定的程度上會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。運(yùn)用BIM技術(shù)，通過建立BIM三維模型的方式，使得施工方在正式施工之前，就對(duì)裝配式建筑工程中可能出現(xiàn)的種種問題作出預(yù)判，并據(jù)此不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，從根本上降低建筑施工的風(fēng)險(xiǎn)。詳細(xì)而言，BIM技術(shù)在裝配式建筑施工準(zhǔn)備階段的應(yīng)用如表2所示。

表2 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工準(zhǔn)備階段的應(yīng)用點(diǎn)

在施工準(zhǔn)備的前期、過程中以及后期，BIM技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用，既能夠分解施工計(jì)劃，預(yù)測(cè)勞動(dòng)力、材料及資金消耗，也能夠區(qū)分具體的施工環(huán)節(jié)，提高裝配式建筑工程施工的規(guī)范性。此外，在施工準(zhǔn)備的前期，還可能出現(xiàn)“構(gòu)件高度影響消防管道的安裝”的問題，對(duì)此，也可以利用BIM技術(shù)對(duì)消防管道的孔洞位置、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)展開深入分析，降低此類問題的發(fā)生概率。

3.2 施工進(jìn)度管理的應(yīng)用

裝配式建筑工程的施工效率明顯高于傳統(tǒng)建筑工程項(xiàng)目，在當(dāng)前的建筑行業(yè)中表現(xiàn)出充足的發(fā)展動(dòng)力。在施工進(jìn)度管理中，采取合適的方法，能夠有效的縮短工期，提高效率從而節(jié)約更多時(shí)間成本。為確保裝配式建筑工程能夠在面臨著各種風(fēng)險(xiǎn)的前提下依然按時(shí)完成，在這一前提基礎(chǔ)下促使諸多施工團(tuán)隊(duì)運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程的各個(gè)作業(yè)面制定詳細(xì)的計(jì)劃表，再利用BIM模型以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備及時(shí)了解施工進(jìn)度，進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)控與管理。以某工程項(xiàng)目為例，其在使用BIM技術(shù)前后的結(jié)構(gòu)性節(jié)點(diǎn)工期延誤次數(shù)對(duì)比情況如圖2所示。

圖2 某工程項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用前后的結(jié)構(gòu)性節(jié)點(diǎn)工期延誤次數(shù)對(duì)比

根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)來看，在使用BIM技術(shù)之前，該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)性節(jié)點(diǎn)工期延誤次數(shù)較高，尤其是“主—次梁”連接的延誤次數(shù)達(dá)到10次。但在運(yùn)用BIM技術(shù)之后，延誤次數(shù)顯著降低，表明BIM技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于施工進(jìn)度的高質(zhì)量管理是大有裨益的。

值得關(guān)注的是，裝配式建筑工程的施工組織及場(chǎng)地安排方面既要充分關(guān)注工程項(xiàng)目的施工要求和場(chǎng)地環(huán)境，根據(jù)實(shí)際要求組織施工，根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境靈活安排施工工序。同時(shí)也要充分考慮裝配式構(gòu)件本身的安裝需求，合理的穿插裝配工序，優(yōu)化技術(shù)間隔，并且對(duì)裝配式建筑項(xiàng)目中的一些關(guān)鍵部位、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行4D施工模型，根據(jù)模擬出來的結(jié)果編制詳細(xì)的施工進(jìn)度計(jì)劃表。在此過程中，施工方也可以運(yùn)用BIM技術(shù)，從各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)來分解施工計(jì)劃，形成“由面到點(diǎn)”的效果，突出重點(diǎn)環(huán)節(jié)，從整體角度把握施工進(jìn)度。

3.3 材料供應(yīng)方面的應(yīng)用

裝配式建筑工程的材料消耗量巨大，對(duì)材料供應(yīng)也提出了相當(dāng)高的要求。結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，由于多種因素導(dǎo)致的交叉施工現(xiàn)象屢見不鮮，往往會(huì)出現(xiàn)所需要得材料供應(yīng)不足，甚至是供應(yīng)源頭直接斷貨的問題，對(duì)裝配式建筑工程的實(shí)施造成了負(fù)面的影響。運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠?qū)ρb配式建筑工程的各個(gè)施工階段、施工作業(yè)面的材料需求展開定量的分析，測(cè)算出具體的材料消耗量，并根據(jù)這一消耗量來整合施工進(jìn)度管理及材料庫存清點(diǎn)，準(zhǔn)確的計(jì)算出各類材料的消耗實(shí)況。在此基礎(chǔ)上，對(duì)材料作出動(dòng)態(tài)的管理和控制，對(duì)于材料不足的作業(yè)面進(jìn)行及時(shí)的材料補(bǔ)充，對(duì)于材料充足的作業(yè)面則進(jìn)行靈活的調(diào)度，確保整個(gè)裝配式建筑工程材料的合理供應(yīng)。以北京市某安置房項(xiàng)目為例，其前期的施工中未使用BIM技術(shù)，但施工后期開始運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行材料管理。

表3 北京市某安置房項(xiàng)目BIM技術(shù)運(yùn)用前后的材料供應(yīng)情況對(duì)比

如表3所示，在運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行材料供應(yīng)管理之后，北京市某安置房項(xiàng)目施工過程中，材料供應(yīng)不足的次數(shù)明顯減少，材料消耗量及材料供應(yīng)成本也明顯下降。這充分表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用，有效改善了材料供應(yīng)問題，降低了裝配式建筑中的材料成本，從而增加了該工程項(xiàng)目上在材料價(jià)格層面的競(jìng)爭力，減少了建設(shè)成本。

除此以外，施工方也可以利用BIM技術(shù)來判斷施工過程中各類材料的消耗量是否與實(shí)際相符合，以此來評(píng)價(jià)整個(gè)施工項(xiàng)目的科學(xué)性。BIM技術(shù)在材料供應(yīng)中的運(yùn)用，一方面能夠提高裝配式建筑工程中材料調(diào)度的效率，確保材料的充足供應(yīng)，進(jìn)一步保障施工項(xiàng)目如期完成。從長遠(yuǎn)角度來看，隨著BIM技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在材料供應(yīng)中的應(yīng)用將更為深入，對(duì)于材料消耗量的測(cè)算準(zhǔn)確度也將不斷提高。

3.4 構(gòu)件管控方面的應(yīng)用

對(duì)于裝配式建筑而言，混凝土構(gòu)件的預(yù)制質(zhì)量在很大程度上決定了整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，與施工安全性存在密切關(guān)聯(lián)。通常情況下，裝配式工程可以利用BIM技術(shù)和RFID技術(shù)。RFID技術(shù)是無線電頻率識(shí)別技術(shù)。運(yùn)用這一技術(shù)，可以對(duì)構(gòu)件的生產(chǎn)信息進(jìn)行高效率的傳遞，并且將相關(guān)信息整合在BIM技術(shù)平臺(tái)上，進(jìn)一步提高對(duì)裝配式工程的管控水平，增強(qiáng)工程的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。有了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐之后，裝配式建筑工程的施工全過程，都能夠在施工技術(shù)人員的全面監(jiān)管下進(jìn)行。期間，各個(gè)構(gòu)件的名稱、型號(hào)、安裝位置等信息都可以寫入RFID標(biāo)簽，再用BIM技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)圖紙來判斷構(gòu)件安裝位置是否正確，及時(shí)辨識(shí)出其中的問題，采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)舉措。此外，在裝配式建筑當(dāng)中，預(yù)制構(gòu)件的堆放也是提高勞動(dòng)力效率的關(guān)鍵。運(yùn)用RFID技術(shù)和BIM技術(shù)，構(gòu)件生產(chǎn)完成之后，施工人員可以根據(jù)實(shí)際情況來安排堆放的位置，最大程度的縮小混凝土預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)送距離。

4 結(jié)論

本文從多個(gè)方面論述了BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀及可行性的分析，通過實(shí)例研究發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)相比于其他的技術(shù)，能夠有效的整合預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)流程，加快裝配式建筑模型的試制并且強(qiáng)化建筑工程的現(xiàn)場(chǎng)管理，并能夠在合理的范圍內(nèi)做到事前控制，解決建造成本。在裝配式建筑工程數(shù)量持續(xù)增加，BIM技術(shù)日漸成熟的環(huán)境中，越來越多的裝配式建筑工程項(xiàng)目意識(shí)到BIM技術(shù)的重要性，將其運(yùn)用到施工前期的準(zhǔn)備、施工進(jìn)度管理、材料供應(yīng)以及構(gòu)件管控方面，取得了可觀的成效。在進(jìn)一步的研究中，仍需探究BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用方式方法，使其更好地運(yùn)用于各項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目中，從而發(fā)揮出BIM技術(shù)的最大效用，全面提高裝配式建筑工程的實(shí)施效率、降低其實(shí)施成本。