基于BIM 的裝配式建筑全生命周期安全管理分析

吳澤

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

0 引言

建筑裝配式生產(chǎn)是我國(guó)建筑行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向，而利用信息技術(shù)使建筑項(xiàng)目各階段、各專業(yè)主體之間在更高層面上共享資源，最大限度地提高裝配式建筑的準(zhǔn)確性和可靠性，是建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

1 BIM 技術(shù)與全生命周期管理

BIM 技術(shù)能夠?qū)ㄖこ淘O(shè)計(jì)、建造與管理進(jìn)行數(shù)據(jù)化、信息化處理，利用數(shù)據(jù)化工具實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中實(shí)現(xiàn)共享和傳遞。通常來說BIM 技術(shù)具有將建筑的可視化的特點(diǎn)，對(duì)建筑工程來說，傳統(tǒng)的施工圖紙需要工作人員自行想象，而BIM 技術(shù)構(gòu)成的三維模型能夠?qū)⒏鞣N構(gòu)件的大小、位置進(jìn)行標(biāo)注，使工作人員更好理解。在裝配式建筑全生命周期管理中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)信息共享，最大限度降低了工程管理難度，不過BIM 技術(shù)本身需要建筑企業(yè)在整體規(guī)劃層面上進(jìn)行調(diào)控，才能提高建筑信息的全方位共享。

2 BIM 在裝配式建筑全生命周期安全管理中的作用

裝配式建筑采用在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件后運(yùn)送至工地現(xiàn)場(chǎng)安裝的方式，與傳統(tǒng)施工方式相比，裝配式建筑建造的全過程更為系統(tǒng)、合理，也要求裝配式建筑在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過程中形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑全建設(shè)流程的管理，才能滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)的需求。由于裝配式建筑的建設(shè)活動(dòng)是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，需要科學(xué)合理的系統(tǒng)與工程管理模式與之匹配，在整個(gè)過程中通過信息、物流、資金等各個(gè)參與部門的協(xié)同合作構(gòu)建生產(chǎn)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。而BIM 技術(shù)可以從裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建筑到運(yùn)營(yíng)維護(hù)，直至回收的全部過程貫穿始終，全方位掌控建筑全生命周期的所有項(xiàng)目。并且我國(guó)政府和建設(shè)部門也提倡將BIM 運(yùn)用到建設(shè)生產(chǎn)供應(yīng)鏈中。

BIM 在裝配式建筑全生命周期安全管理中，最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)是建立BIM 模型，建筑構(gòu)件的操作與應(yīng)用都是在此模型上運(yùn)作的。一般情況下，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)單位創(chuàng)建模型。在生產(chǎn)施工階段則是由生產(chǎn)和施工單位在設(shè)計(jì)模型上進(jìn)行完善和調(diào)整，并在施工期間不斷優(yōu)化施工信息。最后將竣工的模型提交給運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位，運(yùn)維部門就能在竣工模型的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)計(jì)劃和管理方案。并且在建筑生產(chǎn)過程中，建筑構(gòu)件可能來自于不同的企業(yè)，并運(yùn)用到不同的項(xiàng)目中，這就需要為BIM 模型的創(chuàng)建、使用和管理提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保障在建筑施工、構(gòu)件定位與安裝的信息都可以在BIM 中使用。此外，要注意建筑全生命周期安全管理是動(dòng)態(tài)的，并非一成不變的，需要根據(jù)不同階段的具體項(xiàng)目任務(wù)制定相應(yīng)的流程信息。

3 BIM 在裝配式建筑全生命周期安全管理中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)建筑施工中設(shè)計(jì)與建造往往處于對(duì)立關(guān)系，設(shè)計(jì)人員更關(guān)注建筑的功能、形式、美觀，而施工人員則是注重生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝。裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方式，在設(shè)計(jì)階段就充分考慮到后期的生產(chǎn)建造，將設(shè)計(jì)與施工緊密聯(lián)系。這就要求在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段不僅要考慮建筑的功能、美觀等內(nèi)容，也要與構(gòu)件安裝、生產(chǎn)部門進(jìn)行溝通，提前滿足建筑全生命周期安全管理的需求。

在實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)中有兩個(gè)方面需要關(guān)注。一方面是基于BIM 設(shè)計(jì)的建筑模數(shù)，也就是為后續(xù)生產(chǎn)、安裝提供輔助的模塊。對(duì)建筑施工而言，建筑模數(shù)是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；⒕?xì)化生產(chǎn)，使用不同制作方法、不同材料構(gòu)件具有通用性和互換性，并能夠精確安裝定位的技術(shù)手段。裝配式建筑的模數(shù)化設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)模數(shù)協(xié)調(diào)，從建筑和構(gòu)件設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)，也要從設(shè)計(jì)、制造、施工等生命周期環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)。例如用于定位柱、梁、承重墻體和樓板等結(jié)構(gòu)體構(gòu)件，這類裝修模數(shù)將基本模數(shù)網(wǎng)格和分模數(shù)網(wǎng)格相互結(jié)合，可以精確定位外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)隔墻、設(shè)備等框架，使每個(gè)構(gòu)件在空間位置上都有相應(yīng)的模數(shù)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)，避免出現(xiàn)定位偏差而出現(xiàn)構(gòu)件沖突或安裝縫隙等問題。另一方面是構(gòu)件的尺寸與定位，為了使模數(shù)網(wǎng)格包含所有裝配式建筑構(gòu)件，構(gòu)建占用的模數(shù)空間尺寸需要有相應(yīng)模數(shù)數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，例如梁、板等構(gòu)建的構(gòu)件尺寸需根據(jù)標(biāo)志、制作和實(shí)際尺寸三者共同測(cè)定后才能得出，使預(yù)制構(gòu)件能夠滿足構(gòu)件之間的誤差，符合結(jié)構(gòu)變形、生產(chǎn)施工誤差等因素。此外，BIM 技術(shù)在建筑模型和構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)當(dāng)考慮到后期拆除回收利用的可能性。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)輸

裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)主要是鋼構(gòu)件與混凝土構(gòu)件兩種。鋼構(gòu)件制作包括放樣、號(hào)料、切割等工藝，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，使各項(xiàng)工序的制作尺寸符合相關(guān)規(guī)定即可。而混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，需要經(jīng)過模具制作與拼裝、鋼筋及預(yù)埋件加工、構(gòu)件制作和標(biāo)識(shí)等多項(xiàng)步驟。首先，模具制作是裝配式混凝土構(gòu)件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其將直接影響構(gòu)件質(zhì)量、生產(chǎn)周期和成本。模具可選用多種材料制成，一般采用鋼模具。模具的尺寸必須滿足一定精度，試生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件符合各項(xiàng)指標(biāo)后才能投入生產(chǎn)，側(cè)模和底膜要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且在澆筑振搗過程中混凝土出現(xiàn)膨脹，模具也會(huì)隨之漲起，這就要求實(shí)際制作的模具尺寸應(yīng)比構(gòu)件尺寸小1～2mm。其次是鋼筋及預(yù)埋件的安裝，采用中心線定位的方式進(jìn)行固定放置，按照相關(guān)規(guī)定控制誤差。最后是鋼筋加工，在實(shí)際生產(chǎn)中混凝土預(yù)制構(gòu)件會(huì)將鋼筋骨架加工完畢，將預(yù)埋件、預(yù)埋管線、吊鉤吊釘以及鋼筋骨架連接完成后一同入模，來確保鋼筋加工的質(zhì)量和效率。此外，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)建筑的質(zhì)量，在生產(chǎn)完成后需嚴(yán)格檢驗(yàn)構(gòu)件的質(zhì)量，從材料、構(gòu)件制作過程和構(gòu)件本身進(jìn)行檢驗(yàn)。

運(yùn)輸前需運(yùn)用BIM 在地圖上模擬運(yùn)輸路線，對(duì)道路、橋梁、隧道等有限高、限寬要求的路段詳細(xì)規(guī)劃，篩選出一條常用的運(yùn)輸路線并配有一至兩條備用路線。在實(shí)際運(yùn)輸中采取相應(yīng)的保護(hù)措施可以避免構(gòu)件在運(yùn)輸過程出現(xiàn)損壞或被污染。

3.3 施工安裝

與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑建筑相比，裝配式安裝對(duì)施工精度的要求，構(gòu)件安裝工作也將在施工中占據(jù)較大比重，施工環(huán)節(jié)相比設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各部門的聯(lián)系更為緊密。為達(dá)到裝配式安裝對(duì)施工的毫米級(jí)精度要求，離不開BIM 技術(shù)的輔助。首先是預(yù)制構(gòu)件的堆放和使用，過往施工場(chǎng)地中運(yùn)輸車輛來往不斷，構(gòu)件材料在施工現(xiàn)場(chǎng)隨意堆放從而延誤施工流程的情況并不少見。而BIM 技術(shù)不僅可以利用其信息共享優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)管控各車輛和構(gòu)件的堆放，而且在構(gòu)件中安裝定位設(shè)備，可以精確查看預(yù)制構(gòu)件的情況，達(dá)到精細(xì)化管理的效果。在實(shí)際施工中依托于BIM 技術(shù)對(duì)構(gòu)件施工流程進(jìn)行管控，通常情況下預(yù)制構(gòu)件的出廠順序與吊裝順序應(yīng)當(dāng)一致，例如混凝土預(yù)制構(gòu)件應(yīng)從預(yù)制墻柱開始，到疊合梁，再到疊合板。不同類型的預(yù)制構(gòu)件有各自的施工工藝，BIM技術(shù)主要是通過建立施工現(xiàn)場(chǎng)模型，根據(jù)構(gòu)件位置提供三維視圖，通過對(duì)模型實(shí)際效果與預(yù)估計(jì)劃的對(duì)比，引導(dǎo)施工單位開展工作，能更好地保障工程的整體質(zhì)量。并且BIM 還能對(duì)施工進(jìn)度和施工方案進(jìn)行安全管理，預(yù)先計(jì)算出每個(gè)施工環(huán)節(jié)所需的時(shí)間，為工程建設(shè)做好準(zhǔn)備。而施工方案是利用信息技術(shù)中的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算，針對(duì)施工中出現(xiàn)的問題或狀況，通過大數(shù)據(jù)或?qū)＜蚁到y(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、評(píng)估和分析，給出最優(yōu)的解決方法，以此降低施工的錯(cuò)誤率。

3.4 運(yùn)營(yíng)維護(hù)

運(yùn)營(yíng)維護(hù)是運(yùn)用BIM 技術(shù)整合人員、設(shè)施、技術(shù)等資源，對(duì)裝配式建筑規(guī)劃、管理，滿足使用者需求的階段。運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理分為資產(chǎn)信息、維護(hù)、應(yīng)急處理和生態(tài)能源四部分。建筑工程中的財(cái)務(wù)、技術(shù)信息都會(huì)被收納到BIM 的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存，是運(yùn)營(yíng)維護(hù)與后期交付的必要文件。維護(hù)則是運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門運(yùn)用BIM 技術(shù)建立的設(shè)施設(shè)備信息收集和維護(hù)管理計(jì)劃，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，能夠及時(shí)進(jìn)行維修。應(yīng)急處理是對(duì)自然災(zāi)害和人為隱患構(gòu)件的防范機(jī)制和解決方案。而生態(tài)能源則是運(yùn)用BIM 收集統(tǒng)計(jì)整個(gè)施工流程中水、電、環(huán)境影響等情況，為節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。此外，BIM 系統(tǒng)會(huì)與物業(yè)管理部門進(jìn)行連接，以便后續(xù)監(jiān)督各項(xiàng)設(shè)備與構(gòu)件的情況。

3.5 拆除回收

拆除回收往往被建筑行業(yè)所忽視，與傳統(tǒng)建筑不同，裝配式建筑全生命周期安全管理是包括拆除回收階段的。建筑到了使用年限或處于某種目的需要改擴(kuò)建拆，都可以運(yùn)用BIM 技術(shù)。傳統(tǒng)拆除方式多是會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾和廢棄物的毀壞性拆除，將為社會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。而利用BIM 技術(shù)可以通過模型設(shè)計(jì)，制定拆解、切割、去污、加固等優(yōu)化構(gòu)件的方式，部分加工過的構(gòu)件可以再次應(yīng)用與其他建筑建造中，實(shí)現(xiàn)建筑資源的循環(huán)利用，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染。利用BIM技術(shù)實(shí)際拆卸施工中，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件質(zhì)量、連接方式、經(jīng)濟(jì)效益等因素對(duì)拆卸要求和拆卸程度進(jìn)行規(guī)劃。例如混凝土澆筑構(gòu)件的建造過程不可逆，經(jīng)濟(jì)成本較低，構(gòu)件拆卸再利用難度較大，就無(wú)須運(yùn)用BIM 進(jìn)行構(gòu)件拆除設(shè)計(jì)。拆卸流程應(yīng)從內(nèi)到外、自上而下的方式進(jìn)行，以機(jī)械設(shè)備為主，人工輔助進(jìn)行拆卸。

4 結(jié)論

裝配式建筑已經(jīng)逐漸成為我國(guó)建筑工程中主要的建筑形式，裝配式建筑全生命周期安全管理可以依托于BIM 技術(shù)，從前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)绞┕ぐ惭b和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，直至最后的拆除回收，BIM 技術(shù)都能對(duì)建筑構(gòu)件、施工流程進(jìn)行管控，進(jìn)一步延長(zhǎng)裝配式建筑的生命周期，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。