BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的應(yīng)用

夏祝煒，王建峰，徐 濤，曹小鳳

中建一局第一建筑工程有限公司，上海 201100

裝配式建筑大部分的預(yù)制構(gòu)件是在工廠制造完成的，后期運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)象進(jìn)行裝配。為優(yōu)化裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)裝配式建筑全過(guò)程的管理，就需要借助BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，相關(guān)建筑企業(yè)需要提高對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的重視，發(fā)揮BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的作用，更好地整合資源，提高資源利用率，進(jìn)而為裝配式建筑各個(gè)環(huán)節(jié)提供技術(shù)支持。

1 裝配式建筑中BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

當(dāng)前，在城市化進(jìn)程快速推進(jìn)的背景下，建筑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程數(shù)量不斷增加，行業(yè)內(nèi)已廣泛應(yīng)用BIM技術(shù)，并在建筑行業(yè)掀起技術(shù)革命，在實(shí)踐應(yīng)用中產(chǎn)生了顯著性的成效，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。BIM技術(shù)改變了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)模式，通過(guò)構(gòu)建三維模型實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的仿真設(shè)計(jì)，加強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件等參數(shù)信息的碰撞和分析，從而保證工程信息的完整性，推動(dòng)項(xiàng)目的高效開(kāi)展。BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在工程信息的整合和共享上，能實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)目標(biāo)，確保設(shè)計(jì)與施工同步，降低誤差，還能通過(guò)4D模型模擬和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的管理。BIM技術(shù)的應(yīng)用減少了人工方面的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了二維圖紙向三維無(wú)紙化的轉(zhuǎn)化，提高了設(shè)計(jì)、出圖精細(xì)化管理水平，還提高了項(xiàng)目全流程的管理水平；通過(guò)精準(zhǔn)定位構(gòu)件的位置，為建筑企業(yè)提供了高度集成的信息化平臺(tái)，使企業(yè)加強(qiáng)了對(duì)裝配式建筑項(xiàng)目的指導(dǎo)和管理。

建筑行業(yè)的迅速發(fā)展擴(kuò)大了BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍，保證了項(xiàng)目質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工進(jìn)度的管理，可利用技術(shù)可視化、全面化、協(xié)同性優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體的工程信息建立參數(shù)模型，并實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑的數(shù)字化管理，加強(qiáng)對(duì)工程中不足之處的糾正和指導(dǎo)，及時(shí)提供具有針對(duì)性的解決措施，推動(dòng)裝配式建筑項(xiàng)目的高質(zhì)量開(kāi)展。此外，還能減少設(shè)計(jì)變更，保證設(shè)計(jì)與施工的一致性，通過(guò)建立BIM信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程信息共享，提高信息數(shù)據(jù)傳遞時(shí)效，促進(jìn)各部門(mén)之間的溝通和交流，進(jìn)而提高工作效率，并根據(jù)模型碰撞檢驗(yàn)加強(qiáng)對(duì)具體環(huán)節(jié)的優(yōu)化和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的管理目標(biāo)。

BIM技術(shù)與裝配式建筑的融合與國(guó)家提出的宏觀經(jīng)濟(jì)政策相吻合，是國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的重要目標(biāo)。技術(shù)的融合推動(dòng)了建筑行業(yè)向建筑產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，加快了城市現(xiàn)代化進(jìn)程，促使產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)合式發(fā)展。未來(lái)，建筑行業(yè)將依托現(xiàn)代化技術(shù)帶動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展，掀起建筑領(lǐng)域的巨大變革。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑全生命周期中的具體應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

利用BIM技術(shù)，通過(guò)建立裝配式建筑3D模型，為設(shè)計(jì)人員提供了設(shè)計(jì)指導(dǎo)，進(jìn)一步優(yōu)化了方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)；相關(guān)人員根據(jù)裝配式預(yù)制構(gòu)件各項(xiàng)參數(shù)信息創(chuàng)建模型，能加強(qiáng)對(duì)參數(shù)信息的控制和分析，將構(gòu)件的尺寸、型號(hào)、材質(zhì)等參數(shù)信息錄入模型中，通常，在參數(shù)信息改變的情況下，模型中的信息也隨之改變。以某裝配式建筑項(xiàng)目為例，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用了BIM技術(shù)，加強(qiáng)了對(duì)2D圖紙信息內(nèi)容的檢驗(yàn)和校驗(yàn)，并創(chuàng)建了三維圖紙，彌補(bǔ)了2D圖紙的缺陷，建筑設(shè)計(jì)單位根據(jù)BIM可視化優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析和驗(yàn)證，顯著提升了方案設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。BIM技術(shù)應(yīng)用在施工深化階段，通過(guò)施工模型的設(shè)計(jì)，納入了工程實(shí)體信息，能清晰地標(biāo)識(shí)關(guān)鍵點(diǎn)施工辦法，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)圖，并借助施工深化設(shè)計(jì)模型輸出施工圖，最終進(jìn)行碰撞檢查報(bào)告分析和工程量清單計(jì)算。

2.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑生產(chǎn)階段的應(yīng)用

裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)包括了模具設(shè)計(jì)、加工模具等環(huán)節(jié)，在BIM技術(shù)支持下，能實(shí)現(xiàn)對(duì)異形構(gòu)件缺陷的彌補(bǔ)，解決了鋼筋碰撞問(wèn)題。同時(shí)，BIM技術(shù)為施工單位和構(gòu)件生產(chǎn)商提供了信息交流平臺(tái)，裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)商通過(guò)BIM信息平臺(tái)直接獲取生產(chǎn)信息，加快信息傳遞時(shí)效，保證設(shè)計(jì)階段的合理性，高效銜接了設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)。在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)單位結(jié)合用戶實(shí)際需求，在BIM技術(shù)中引入了RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件編碼的編訂，保證了預(yù)制構(gòu)件信息的準(zhǔn)確性，并為預(yù)制構(gòu)件后續(xù)運(yùn)輸工作夯實(shí)了基礎(chǔ)，避免出現(xiàn)疏漏和停工待料的情況。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)預(yù)制鋼筋構(gòu)件的碰撞檢查，能對(duì)鋼筋排布進(jìn)行校核。借助BIM模型可將符合零件加工要求的預(yù)制件篩選出來(lái)，確保滿足工程建造和構(gòu)件安裝要求，并生成生產(chǎn)批次構(gòu)件清單，實(shí)時(shí)跟蹤構(gòu)件入庫(kù)和移庫(kù)以及運(yùn)輸相關(guān)信息，合理規(guī)劃部署構(gòu)件堆放的位置，保證構(gòu)件位置信息的有效性，從而為后續(xù)的施工管理提供數(shù)據(jù)參考。

此外，BIM技術(shù)能持續(xù)推進(jìn)施工進(jìn)度計(jì)劃，保證項(xiàng)目在預(yù)期時(shí)間內(nèi)完工建設(shè)。經(jīng)過(guò)構(gòu)件生產(chǎn)階段的深化設(shè)計(jì)，構(gòu)件生產(chǎn)商全面掌握了相關(guān)的尺寸信息等，并進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)作業(yè)中，就實(shí)際問(wèn)題及時(shí)與施工方進(jìn)行溝通，能加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件相關(guān)信息的調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)構(gòu)架制作質(zhì)量的控制。施工方一般會(huì)采用P6編制施工進(jìn)度計(jì)劃，并采取BIM 4D模型對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，及時(shí)調(diào)整工況，保證方案最優(yōu)。

由于該項(xiàng)目施工過(guò)程中涉及的構(gòu)件數(shù)量多，增加了吊裝工作量，為保證裝配式預(yù)制構(gòu)件各項(xiàng)信息的精準(zhǔn)性，在項(xiàng)目中借助BIM技術(shù)建立碰撞檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shí)現(xiàn)了信息化協(xié)同管理，將項(xiàng)目參與各方集成到BIM信息平臺(tái)中，并加強(qiáng)信息交流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理。在BIM模型中導(dǎo)入了碰撞軟件，加強(qiáng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件碰撞點(diǎn)的檢驗(yàn)，促使設(shè)計(jì)與實(shí)際施工協(xié)同，避免出現(xiàn)二次返工或停工現(xiàn)象，提高了工作效率。

2.3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

BIM信息平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)工程信息的采集、存儲(chǔ)和處理，提供了完整的工程信息鏈，能科學(xué)計(jì)算工程量信息，為材料采購(gòu)提供參考，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)現(xiàn)象，從而提高資源利用率。在該項(xiàng)目工程中，通過(guò)利用BIM技術(shù)進(jìn)行工程量計(jì)算，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目成本的控制，將造價(jià)控制在3%以下，節(jié)省了85%的造價(jià)估算；通過(guò)碰撞檢驗(yàn)，解決了各專業(yè)之間的矛盾，顯著降低了項(xiàng)目總成本。項(xiàng)目施工階段，建筑設(shè)計(jì)單位借助BIM技術(shù)構(gòu)建施工場(chǎng)景仿真模型，預(yù)先對(duì)該項(xiàng)目工程施工過(guò)程進(jìn)行模擬，進(jìn)一步優(yōu)化了施工方案，保證預(yù)制構(gòu)件在實(shí)際施工中合理化地進(jìn)行安裝，保障了構(gòu)件安裝質(zhì)量?；贐IM技術(shù)支持虛擬和模擬仿真優(yōu)化了施工現(xiàn)場(chǎng)的布設(shè)，包括人員布置、構(gòu)配件以及機(jī)械設(shè)備布置等，通過(guò)仿真場(chǎng)景對(duì)預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸線路進(jìn)行模擬，優(yōu)化了物料運(yùn)輸線路，化解了物料與機(jī)械設(shè)備之間的沖突，簡(jiǎn)化了搬運(yùn)環(huán)節(jié)，提高了施工效率，保證了項(xiàng)目進(jìn)度。同時(shí)，建筑單位利用BIM技術(shù)加強(qiáng)了對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全性的模擬，以及對(duì)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算和分析，制訂了施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理方案，最大化地實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。

另外，施工單位可借助ITWO系統(tǒng)在三維模式下進(jìn)行整個(gè)施工裝配過(guò)程模擬，加強(qiáng)對(duì)施工工序可操作性的校驗(yàn)，合理化分析各種不同方案的弊端和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而篩選出最佳的施工方案，加強(qiáng)對(duì)方案中潛在隱患的識(shí)別和評(píng)估，包括起重機(jī)位置和作用，為施工進(jìn)度計(jì)劃的落實(shí)提供切實(shí)可行的數(shù)據(jù)支持。不同的構(gòu)件需要不同的專業(yè)人士進(jìn)行配備操作，借助BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)人工、材料等要素的設(shè)計(jì)和分析，進(jìn)而選擇出最優(yōu)成本方案。

基于BIM模擬性和協(xié)調(diào)性優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了項(xiàng)目施工圖出圖環(huán)節(jié)，將2D圖紙轉(zhuǎn)化為3D BIM模型，施工管理人員可實(shí)時(shí)掌握施工動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員的定位，便于加強(qiáng)施工指導(dǎo)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理，創(chuàng)建了5D BIM模型，施工單位可全程對(duì)裝配式項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行模擬，全面了解和分析投資情況，保證項(xiàng)目施工進(jìn)度以及成本管理和質(zhì)量的動(dòng)態(tài)化管理。在模擬階段，創(chuàng)建了施工吊裝模型并對(duì)其進(jìn)行模擬，能實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和三維虛擬的排布，加強(qiáng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件和施工材料的優(yōu)化整合，避免施工材料浪費(fèi)，提高資源利用率。

2.4 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工質(zhì)量控制和運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用

結(jié)合該工程項(xiàng)目，可運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程質(zhì)量檢驗(yàn)，確保將誤差控制在合理范圍內(nèi)。相關(guān)人員將施工圖紙與三維模型進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)檢查外掛板吊裝后的平整度情況，并就出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和更改。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段，將檢驗(yàn)報(bào)告、工作清單以及相關(guān)設(shè)備清單等參數(shù)信息錄入BIM模型中，實(shí)現(xiàn)了模型、圖紙、數(shù)據(jù)信息一體化管理，確保項(xiàng)目竣工階段信息與三維模型的一致。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)備、管道、構(gòu)件等部位的維護(hù)，借助BIM技術(shù)制訂項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段的維護(hù)方案，顯著降低了能耗和后期維護(hù)成本，提高了項(xiàng)目整體性能。利用BIM技術(shù)可展示項(xiàng)目施工全過(guò)程記錄的信息和相關(guān)內(nèi)容，并記錄構(gòu)件受損信息等，為相關(guān)維修人員提供可靠性參考。另外，還要定期進(jìn)行構(gòu)件耐久性檢查，為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)創(chuàng)建良好的環(huán)境條件，保證項(xiàng)目管理的科學(xué)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

裝配式建筑全生命周期中涉及的環(huán)節(jié)較多，從設(shè)計(jì)到后期的維護(hù)是一個(gè)全循環(huán)過(guò)程，在不同的項(xiàng)目階段產(chǎn)生的信息不同。為實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的管理目標(biāo)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，借助BIM技術(shù)可視化等優(yōu)勢(shì)構(gòu)建三維模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件的碰撞檢驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)等，優(yōu)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)戎T多環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)成本費(fèi)用的把控以及對(duì)全過(guò)程的監(jiān)督管理，為項(xiàng)目建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)，保證裝配式建筑品質(zhì)。