裝配式內(nèi)裝住宅中BIM技術(shù)的應(yīng)用與研究

卜真良

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

我國建筑業(yè)正處于由傳統(tǒng)粗放式施工向現(xiàn)代 數(shù)字化、工業(yè)化 施工轉(zhuǎn)型的時(shí)代，綠色節(jié)能設(shè)計(jì)、信息化管理、標(biāo)準(zhǔn)化施工已成為我國建筑業(yè)發(fā)展的核心要求。

經(jīng)過多年的摸索，BIM信息化技術(shù)和裝配式建筑模式在各自的領(lǐng)域中已有所發(fā)展，但對(duì)行業(yè)轉(zhuǎn)型的助力仍很有限。要進(jìn)一步推進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型，需以建筑裝配式為核心、BIM數(shù)字化為推手，將新興技術(shù)與建筑模式相互結(jié)合、集成，合理化應(yīng)用資源，從而尋求BIM技術(shù)發(fā)展的契機(jī)[1-6]。

1 裝配式建筑應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展建筑裝配化的作用和意義

裝配式建筑是一種將部品構(gòu)件在系統(tǒng)之間集成設(shè)計(jì)、構(gòu)件在工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)低人工快速組裝的建筑模式。目前，勞動(dòng)力銳減、節(jié)能環(huán)保要求增高，裝配式建筑以其場(chǎng)外制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝的生產(chǎn)模式促進(jìn)了綠色、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展，以其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)的制作特性，生產(chǎn)過程中加強(qiáng)了對(duì)質(zhì)量和品質(zhì)的控制，減少了人、料、機(jī)的損耗，以其統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式有效地加快了施工進(jìn)度，確保了施工質(zhì)量。

1.2 裝配式建筑發(fā)展緩慢的因素分析

自中共十八大提出 堅(jiān)持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合 的要求以來，我國大力推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展和探索。但目前，大部分建筑仍采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的建造方式，裝配式建造僅在住宅類建筑中得以推廣，且無法深入應(yīng)用于具有個(gè)性化裝飾風(fēng)格的 裝配式內(nèi)裝住宅中 ，其主要因素如下。

1）人為因素。相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑，裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工業(yè)化生產(chǎn)是其最大優(yōu)勢(shì)，但也是其發(fā)展緩慢的重要因素。當(dāng)今時(shí)代，各類建筑均因獨(dú)特、富含美學(xué)的外觀而出彩，這與建筑裝配化的理念格格不入。在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，如無裝配式設(shè)計(jì)，即使強(qiáng)行融入也僅是在極小范圍內(nèi)采用裝配化，綜合考慮制造時(shí)的模具成本、預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸成本以及現(xiàn)場(chǎng)安裝的工序耗時(shí)成本，是得不償失的。

2）內(nèi)在因素。裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)完成、運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，很難再調(diào)整，且因其標(biāo)準(zhǔn)化，如有設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，將面臨大批量預(yù)制構(gòu)件的整改或報(bào)廢。因此，在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)全專業(yè)進(jìn)行精細(xì)化協(xié)調(diào)，確保建筑功能、結(jié)構(gòu)體系、機(jī)電布置、裝修效果相匹配，避免二次返工。這也是經(jīng)過多年發(fā)展后，裝配式建筑仍停滯于裝配式建筑集成系統(tǒng)、裝配式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和裝配式外圍護(hù)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，且裝配式內(nèi)裝系統(tǒng)和裝配式設(shè)備管線系統(tǒng)僅能在各自系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)系統(tǒng)裝配化、無法融入整體設(shè)計(jì)中的原因。

3）環(huán)境因素。在裝配式建筑應(yīng)用中，預(yù)制構(gòu)件廠的設(shè)置十分關(guān)鍵。對(duì)于待開發(fā)地區(qū)可采用多個(gè)工程合力在項(xiàng)目附近建立構(gòu)件廠，既能降低預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸成本，也能解決構(gòu)件廠長期的生存問題。對(duì)于在既有城區(qū)位置的裝配式工程，如果構(gòu)件廠距離項(xiàng)目地較遠(yuǎn)，則高額的運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)輸過程中的交通限制往往會(huì)造成工期的延誤和造價(jià)成本的上漲。

4）管理因素。建筑裝配化的推動(dòng)也是對(duì)工程精細(xì)化管理的推動(dòng)，在預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)中，需要制定嚴(yán)格的管控制度。從模具加工計(jì)劃、材料采購計(jì)劃、構(gòu)件排產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量管控、運(yùn)輸調(diào)度，到現(xiàn)場(chǎng)堆放、吊裝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、吊裝順序、損壞件返廠等均需進(jìn)行系統(tǒng)、精密的管理。然而，工廠、物流和現(xiàn)場(chǎng)的管理割裂、管理人員對(duì)于預(yù)制裝配式施工的經(jīng)驗(yàn)不足和責(zé)任心的缺失都將對(duì)裝配化建筑的質(zhì)量和進(jìn)度造成影響。

2 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目實(shí)例

2.1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)本質(zhì)是信息化的數(shù)字載體，其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性可服務(wù)于裝配式建筑的各個(gè)階段。

1）設(shè)計(jì)階段。BIM技術(shù)的三維可視化能夠在傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)時(shí)，改善設(shè)計(jì)人員因空間想象不足而造成的設(shè)計(jì)盲區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)建筑全專業(yè)一體化、精細(xì)化協(xié)調(diào)。

2）生產(chǎn)階段。運(yùn)用 BIM＋物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放等信息進(jìn)行采集、監(jiān)控和定位，形成全過程追蹤。

3）施工階段。在施工安裝前，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)施工方案、工序進(jìn)行模擬驗(yàn)證，選擇最合理的施工方案對(duì)工序進(jìn)行優(yōu)化，提高安裝效率和施工質(zhì)量。

但是，在項(xiàng)目應(yīng)用中，受限于BIM從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)水平、BIM技術(shù)發(fā)展的深度和項(xiàng)目對(duì)BIM成果的重視程度，BIM技術(shù)僅能在裝配式內(nèi)裝住宅的設(shè)計(jì)階段充分發(fā)揮作用，利用其可視化模型對(duì)需在預(yù)制構(gòu)件上進(jìn)行預(yù)留、預(yù)埋的孔洞和預(yù)埋件進(jìn)行合理化布置，避免因預(yù)埋件過大或預(yù)留洞不合理而影響預(yù)制結(jié)構(gòu)件的安全性。

2.2 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目總建筑面積41 596.86 m2，其中，地上建筑面積26 429.60 m2，地下建筑面積15 167.26 m2。含3幢16層的高層住宅樓、2幢15層的高層住宅樓和小區(qū)配套公建，2層地下室為設(shè)備機(jī)房及車庫，5幢住宅樓為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，裝配式建筑面積23 756.02 m2。預(yù)制構(gòu)件的類型有：預(yù)制普通外墻、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制外圍護(hù)墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制凸窗、預(yù)制陽臺(tái)和預(yù)制樓梯。

2.3 技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 設(shè)計(jì)驗(yàn)證、管線綜合滿足凈高

該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層的層高3 050 mm，梁底僅有2 450 mm，為滿足2 400、2 700 mm的高低吊頂凈空要求，傳統(tǒng)的 二維圖紙＋空間想象 模式已無法驗(yàn)證吊頂內(nèi)管線排布和系統(tǒng)分配是否合理。

運(yùn)用BIM技術(shù)搭建包含裝飾高低天花板、地暖排管、電氣線管和末端插座、開關(guān)的精細(xì)化模型，利用梁窩和高、低吊頂槽對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行綜合排布，對(duì)于無法實(shí)現(xiàn)凈空的區(qū)域以可視化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)商和方案確認(rèn)，最終出具戶型內(nèi)機(jī)電管線綜合圖。

2.3.2 預(yù)留、預(yù)埋確保結(jié)構(gòu)安全

低吊頂與梁底之間預(yù)留石膏板的安裝空間，造成戶內(nèi)大量的機(jī)電管線需在結(jié)構(gòu)梁和剪力墻中進(jìn)行預(yù)留洞處理。同時(shí)，該項(xiàng)目預(yù)制率為40%，存在預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件繁復(fù)交錯(cuò)的區(qū)域，如何既滿足吊頂凈空又能妥善、安全地完成結(jié)構(gòu)預(yù)留、預(yù)埋，是BIM技術(shù)應(yīng)用的重要體現(xiàn)。

BIM實(shí)施中，在戶型土建模型搭建時(shí)建立現(xiàn)澆出頭筋和預(yù)制構(gòu)件的主筋，拼接好結(jié)構(gòu)后，檢驗(yàn)碰撞和設(shè)計(jì)合理性。另外，在符合結(jié)構(gòu)預(yù)留洞標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量將管線預(yù)留洞設(shè)置在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)區(qū)域，最大程度降低對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工裝的影響。

對(duì)需在預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)上預(yù)埋的機(jī)電末端線管、線盒、結(jié)構(gòu)開槽等進(jìn)行位置驗(yàn)證，避免其處于結(jié)構(gòu)拼接位置。結(jié)合施工工序，驗(yàn)證圖紙無誤后，將預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留、預(yù)埋和現(xiàn)澆混凝土區(qū)域的預(yù)留、預(yù)埋進(jìn)行分離并出圖，避免發(fā)生因預(yù)制與現(xiàn)澆預(yù)留、預(yù)埋界面混淆而造成的點(diǎn)位遺漏和二次返修。

2.3.3 720云展示，方便現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

BIM技術(shù)在裝配式內(nèi)裝住宅中的應(yīng)用不僅限于前端設(shè)計(jì)糾錯(cuò)和施工前的模擬預(yù)演，還需切實(shí)將BIM技術(shù)落實(shí)到項(xiàng)目全過程，BIM成果能夠在施工過程中持續(xù)性地發(fā)揮作用。

因此，采用 BIM＋VR 線上全景制作工具720云制作戶型點(diǎn)位演示模型。在項(xiàng)目機(jī)電安裝和裝飾施工過程中，便于業(yè)主、項(xiàng)管和監(jiān)理單位能夠隨時(shí)使用手機(jī)通過720云查驗(yàn)戶型中管線的安裝走向，電氣配電箱、插座、開關(guān)、傳感器，空調(diào)風(fēng)口和給排水管預(yù)留接頭的詳細(xì)定位和用途。

2.3.4 協(xié)同管理平臺(tái)軟裝展示

BIM技術(shù)不只是三維可視化、管線碰撞和施工模擬，還是信息化管理手段，通過管理平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本進(jìn)行協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)降本增效。

該項(xiàng)目利用協(xié)同管理平臺(tái)進(jìn)行了質(zhì)量、安全板塊的應(yīng)用。此外，基于業(yè)主對(duì)裝飾風(fēng)格的嚴(yán)格要求，在BIM戶型模型中建立軟裝模型并上傳平臺(tái)，便于在調(diào)整設(shè)計(jì)后，參建各方能夠快速、直觀地理解設(shè)計(jì)意圖并作出及時(shí)反應(yīng)，避免因溝通不及時(shí)、理解偏差而造成差錯(cuò)。

3 結(jié)語

隨著數(shù)字化施工轉(zhuǎn)型的逐步深入，各項(xiàng)新興技術(shù)和建筑模式與信息化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密。但在工程實(shí)施過程中，仍需注意以下2點(diǎn)。

1）對(duì)于工程而言，有價(jià)值的是正確的數(shù)據(jù)信息，在仍無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全智能化采集的當(dāng)下，對(duì)信息的真實(shí)性、實(shí)用性應(yīng)保持謹(jǐn)慎。

2）信息化技術(shù)通過其協(xié)調(diào)性、可傳遞性、分析性，提高了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維質(zhì)量。但是，真正能夠保證項(xiàng)目質(zhì)量的，仍然是參與人員的專業(yè)技術(shù)能力和職業(yè)素養(yǎng)。