初探 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段應(yīng)用

侯建斌

（海南天力建筑工程有限公司，海南 ?？?570100）

0 引言

從“十二五”開(kāi)始，裝配式建筑開(kāi)始獲得國(guó)家級(jí)層面的政策支持，各地政府陸續(xù)出臺(tái)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的政策以促進(jìn)推進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前海南省已在政府層面出臺(tái)多個(gè)相關(guān)政策，并制定了 2018～2022 年的發(fā)展規(guī)劃，即從土地出讓到規(guī)劃必須有裝配式建筑的相關(guān)指標(biāo)要求，特別是要求在 2020 年原則上具備條件的新建建筑都必須采用裝配式建造方式施工［1］。同時(shí)將建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化及技術(shù)研究列為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)和科技重點(diǎn)攻關(guān)方向，增加建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的科技投入，在全省大力推進(jìn)建筑信息模型（BIM）基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的技術(shù)應(yīng)用［2］。這些政策推動(dòng)了房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商及施工企業(yè)必須緊隨政府宏觀政策要求，轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展裝配式建筑及大力推廣 BIM 技術(shù)。

1 工程簡(jiǎn)介

本裝配式項(xiàng)目為海南臨高富力國(guó)際健康城 D-05 地塊項(xiàng)目。其中 B5、B6 棟兩棟高層住宅結(jié)構(gòu)形式為裝配式建筑，B5 棟地上 16 層，建筑高度為 47.15 m。B6 棟地上 17 層，建筑高度為 50.05 m。裝配式建筑面積為 20 125.29 m2。采用的預(yù)制構(gòu)件為預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合板、預(yù)制輕質(zhì)內(nèi)隔墻、內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化。采用范圍為標(biāo)準(zhǔn)層（B5#：2～16F、B6#：2～17F），如圖 1 所示。在裝修方式上采用了集成廚房、集成衛(wèi)生間、干式樓地面做法等工業(yè)化裝修的方式，裝配率達(dá)到 54 %，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限為 50 年。

圖1 裝配式樓層范圍

2 基礎(chǔ)工作

裝配式建筑為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑。其中建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由混凝土部件（預(yù)制構(gòu)件）構(gòu)成的裝配式建筑為裝配式混凝土建筑［3］。由此可見(jiàn)，裝配式建筑的典型特征是采用標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件或部品部件，可促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、部件生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、過(guò)程管理信息化、建筑裝修一體化。

要在裝配式施工階段落實(shí) BIM 技術(shù)，應(yīng)適應(yīng)裝配式的特征，充分利用 BIM 軟件族庫(kù)的基礎(chǔ)功能，利用 Revit、ArchiCAD 等軟件建立、收集裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)及適應(yīng)裝配式建筑施工的施工族庫(kù)。不斷在不同項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中豐富與補(bǔ)充 BIM 虛擬構(gòu)件的數(shù)量、種類和規(guī)格。需注意的是使用各種 BIM 軟件建立族庫(kù)文件時(shí)，要考慮生成的文件通用性如何，是否滿足項(xiàng)目涉及單位全階段協(xié)同管理的要求。

虛擬構(gòu)件庫(kù)是施工階段實(shí)施 BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)工作，它是大量信息的載體，為保證構(gòu)件庫(kù)的效用，發(fā)揮其使用價(jià)值，必須遵循一定的原則進(jìn)行建立及分類。

1）構(gòu)件庫(kù)內(nèi)建立的族文件應(yīng)盡量參數(shù)化，使之具有高度可自定義的特征。確保對(duì)同一類構(gòu)件可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，減少重復(fù)建族。以下是通過(guò)建立一塊參數(shù)化疊合板族，只通過(guò)調(diào)整參數(shù)，進(jìn)行整層板面各個(gè)不同尺寸疊合板布置（見(jiàn)圖 2）。

圖2 裝配式樓層布置

2）采用 Revit 建的族類型盡量選用可載入族，它是使用族樣板在項(xiàng)目外創(chuàng)建后綴為.rfa 的文件，該族文件可載入到各個(gè)項(xiàng)目中，方便在同一項(xiàng)目及不同項(xiàng)目提取及載入。

3）預(yù)制構(gòu)件的種類較多，需要對(duì)其進(jìn)行篩選與歸并。應(yīng)挑選通用性較高的構(gòu)件建族，摒棄異形、特殊的構(gòu)件。同時(shí)應(yīng)著重考慮擬建構(gòu)件的主要特征，忽略細(xì)枝末節(jié)，避免耗費(fèi)過(guò)多精力在非關(guān)鍵細(xì)節(jié)的建立上。但前提是要滿足使用場(chǎng)景的精度要求，對(duì)于細(xì)部節(jié)點(diǎn)的 BIM 應(yīng)用精度要求相對(duì)高。

4）建筑施工的構(gòu)件族建立時(shí)應(yīng)結(jié)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件、企業(yè)的體系文件、企業(yè)的形象標(biāo)準(zhǔn)等文件。確保形象一致，尺寸一致，減少布置偏差及成本偏差，保證虛擬構(gòu)件與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景效果相吻合（見(jiàn)圖 3）。

圖3 符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)施工族庫(kù)

5）構(gòu)件族可參照專業(yè)工程、結(jié)構(gòu)體系、系統(tǒng)類別、用途等進(jìn)行分類，以便項(xiàng)目管理各方進(jìn)行構(gòu)件交流、歸集及調(diào)用。施工階段可利用 BIM 平臺(tái)，從庫(kù)中選取構(gòu)件然后進(jìn)行組裝，最終建立成為整體建筑模型（見(jiàn)圖 4），極大地提高了工作效率。

圖4 整體建筑模型建立

3 場(chǎng)地規(guī)劃

裝配式建筑場(chǎng)地 BIM 技術(shù)策劃是本項(xiàng)目實(shí)施的重要內(nèi)容，其是施工單位在充分了解項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)（質(zhì)量、安全、文明施工）、項(xiàng)目定位、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工成本限額、外部條件等因素后，利用 BIM 技術(shù)判斷、制定合理的機(jī)械布置、場(chǎng)區(qū)布置方案。保證各單位實(shí)施時(shí)不發(fā)生阻礙及相互干擾、提高裝配式施工的效率、場(chǎng)區(qū)的安全文明程度。BIM 場(chǎng)地規(guī)劃包括下面幾個(gè)方面的內(nèi)容。

3.1 道路及堆場(chǎng)規(guī)劃

道路及堆場(chǎng)規(guī)劃要以裝配式預(yù)制構(gòu)件深化圖、裝配式生產(chǎn)廠家運(yùn)輸方案、項(xiàng)目的進(jìn)度安排、吊裝方案為規(guī)劃依據(jù)。采取基于 BIM 技術(shù)的構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的三維可視化模擬。在虛擬三維模型中對(duì)運(yùn)輸線路、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)等位置進(jìn)行模擬運(yùn)輸、模擬堆放。通過(guò)構(gòu)件、作業(yè)流程的仿真及優(yōu)化（見(jiàn)圖 5），從而達(dá)到堆場(chǎng)面積合理、道路運(yùn)輸高效、運(yùn)卸作業(yè)互不干擾、減少構(gòu)件二次轉(zhuǎn)運(yùn)、滿足構(gòu)件消耗與堆放動(dòng)態(tài)平衡、場(chǎng)地安全文明的要求。

圖5 運(yùn)輸線路、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)仿真優(yōu)化

3.2 塔吊布置及運(yùn)力分析

PC 吊裝屬于危險(xiǎn)性較大的作業(yè)內(nèi)容，需提前進(jìn)行策劃，以保證施工吊裝的便利，同時(shí)減少施工中可能發(fā)生的安全隱患。裝配式建筑吊裝作業(yè)頻繁，對(duì)起重設(shè)備選型、布置以及方案策劃提出了更高的要求。輔助 BIM 技術(shù)可對(duì)塔吊的空間定位、運(yùn)力、高度等進(jìn)行綜合分析，解決裝配式塔吊策劃面臨的技術(shù)難題。項(xiàng)目通過(guò) BIM 技術(shù)進(jìn)行塔吊策劃的內(nèi)容如下所述。

1）利用 BIM 軟件形成塔吊不同幅度的有效起重覆蓋范圍，確保擬建裝配式建筑全覆蓋。

2）利用 BIM 技術(shù)篩選最不利構(gòu)件，進(jìn)行標(biāo)識(shí)。提取重量、尺寸、離塔吊距離，用于塔吊型號(hào)選型及運(yùn)力分析（見(jiàn)圖 6）。

圖6 塔吊選型及運(yùn)力分析

3）模擬塔吊實(shí)際吊運(yùn)線路，規(guī)劃堆場(chǎng)位置及構(gòu)件擺放位置。人行區(qū)、人流聚集區(qū)、安全通道的設(shè)置避開(kāi)相應(yīng)區(qū)域，確保施工安全。

4）結(jié)合 BIM 結(jié)構(gòu)模型，確定塔吊最優(yōu)附墻位置及標(biāo)高。對(duì)塔吊附墻預(yù)埋件節(jié)點(diǎn)連接處進(jìn)行 BIM 模擬定位（見(jiàn)圖 7），優(yōu)化預(yù)埋件處結(jié)構(gòu)鋼筋，避免沖突，確保塔吊及結(jié)構(gòu)安全。提前模擬群塔作業(yè)，確定塔吊相互高度關(guān)系，避免后期出現(xiàn)塔吊自由端超限及碰撞問(wèn)題。

圖7 塔吊連墻件 BIM 模擬定位

3.3 場(chǎng)地三維可視化策劃

施工場(chǎng)地規(guī)劃形成的施工總平面布置，是施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分。需根據(jù)擬建建筑物，現(xiàn)場(chǎng)施工條件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備、預(yù)制構(gòu)件、臨時(shí)設(shè)施、道路、出入口、材料堆放場(chǎng)等進(jìn)行因地制宜的合理布置。在滿足施工便利的條件下，更要做到綠色低碳、安全文明、工作環(huán)境適宜。通過(guò) BIM 技術(shù)整合裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)、企業(yè)施工族庫(kù)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)三維可視化模擬，給與決策人員直觀、形象立體的感受，以便對(duì)場(chǎng)地各位置形成判斷，實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化（見(jiàn)圖 8）。本項(xiàng)目通過(guò) Revit、Enscape、Twinmotion 軟件的相互配合，實(shí)現(xiàn)沉浸式的 VR 場(chǎng)地瀏覽。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目多次決策調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)永臨結(jié)合、安全標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)形象突出的場(chǎng)地布置。鑒于 BIM 模型不利于傳輸，項(xiàng)目利用云端平臺(tái)，二維碼技術(shù)對(duì)策劃成果進(jìn)行快捷傳播、方便瀏覽。

圖8 場(chǎng)地三維可視化策劃

3.4 場(chǎng)地策劃成本構(gòu)成

在 BIM 模型中，場(chǎng)地已經(jīng)整合裝配式建筑各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)、施工族庫(kù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的族庫(kù)，企業(yè)可以建立起對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)算。通過(guò)軟件可以統(tǒng)計(jì)到模型內(nèi)的各種工程量信息，對(duì)于方案調(diào)整時(shí)，信息也能同步跟新。企業(yè)可利用 BIM 軟件對(duì)所用資源進(jìn)行拆分、分類、整合、統(tǒng)計(jì)。將量、價(jià)信息的結(jié)合可以生成場(chǎng)地布置的成本構(gòu)成，對(duì)項(xiàng)目策劃成本可提前預(yù)判，做好事前控制。

4 機(jī)電策劃

由于樓棟公區(qū)等部位疊合板現(xiàn)澆層較薄，線管較多，根據(jù) BIM 模擬施工發(fā)現(xiàn)板厚滿足不了施工要求。項(xiàng)目與業(yè)主及設(shè)計(jì)協(xié)商，優(yōu)化為疊合板底走管及橋架鋪設(shè)（見(jiàn)圖 9）。項(xiàng)目利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布。同時(shí)基于 Navisworks 碰撞結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)留洞進(jìn)行了位置定位，確保穿墻套管準(zhǔn)確預(yù)埋。

圖9 中筒部位機(jī)電管線優(yōu)化

5 會(huì)審及可視化交底

將 BIM 技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑圖紙會(huì)審、技術(shù)交底中。通過(guò)三維可視化審圖、交底，減少傳統(tǒng)平面模式下不易察覺(jué)的“錯(cuò)”“漏”“碰”“缺”現(xiàn)象，提高了審圖、交底效率。對(duì)細(xì)部節(jié)點(diǎn)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并尋找解決措施，減少了施工過(guò)程中可能遇到的質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中對(duì)傳統(tǒng)二維模式下不易察覺(jué)的洞口滲水問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在構(gòu)件進(jìn)行審圖時(shí)，對(duì)該部位提出翻邊一次預(yù)制成型的修改意見(jiàn)，出具疊合板修改大樣，經(jīng)過(guò)與預(yù)制構(gòu)件廠進(jìn)行協(xié)商，在制作階段對(duì)疊合板塊進(jìn)行了優(yōu)化（見(jiàn)圖 10）。

圖10 疊合板洞口會(huì)審優(yōu)化

6 內(nèi)外裝飾策劃

裝修成果的好壞，除了施工質(zhì)量外，觀感質(zhì)量是重要影響因素。在施工階段決定觀感好壞的主要因素是排版策劃是否合理。本裝配式項(xiàng)目利用 Revit 軟件進(jìn)行墻地磚的鋪貼排版策劃、輕質(zhì)隔墻的排版策劃、屋面的排版策劃、外飾面的排版策劃，樣例如圖 11 所示。通過(guò)多方案的可視化渲染，作為判斷各部位排版方案是否合理，美觀的依據(jù)。通過(guò)軟件出具工程量清單，統(tǒng)計(jì)材料類型、尺寸、數(shù)量，確保了材料計(jì)劃的準(zhǔn)確性。利用 BIM 軟件生成排版圖，項(xiàng)目設(shè)置瓷磚集中加工場(chǎng)，進(jìn)行瓷磚集中加工，減少瓷磚損耗，滿足了當(dāng)今裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)的倡導(dǎo)及要求。

圖11 內(nèi)外裝飾排版策劃

7 施工進(jìn)度及拼裝模擬

對(duì)疊合板進(jìn)行模擬預(yù)拼裝，優(yōu)化拼裝順序，發(fā)現(xiàn)拼裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行快速檢驗(yàn)與調(diào)整。同時(shí)利用 Project 進(jìn)度計(jì)劃軟件編制施工進(jìn)度計(jì)劃，將進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入 Navisworks 中，需注意 Project 進(jìn)度計(jì)劃的任務(wù)名稱要與 Navisworks 的構(gòu)件集保持一致，方便將進(jìn)度計(jì)劃任務(wù)與 BIM 模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。進(jìn)度交底時(shí)，通過(guò)對(duì)裝配式建筑施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，可直觀、精確地反映整個(gè)施工過(guò)程，確保進(jìn)度節(jié)點(diǎn)交底到位。為實(shí)現(xiàn)干式樓地面做法，使樓面平整度誤差值控制在 3 mm 以內(nèi)，項(xiàng)目通過(guò) BIM 技術(shù)布設(shè)標(biāo)高控制筋。通過(guò)模擬 2.5 m 刮桿抄平，實(shí)現(xiàn)標(biāo)高定位筋布置間距最優(yōu)，數(shù)量最少。在達(dá)到精找平的目標(biāo)情況下，減少施工工作量，降低成本（見(jiàn)圖 12）。

圖12 高精度地面模擬抄平

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)裝配式建筑項(xiàng)目的 BIM 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用及探討可知，裝配式建筑施工階段與 BIM 技術(shù)可以有廣泛的結(jié)合。施工前期，利用 BIM 技術(shù)創(chuàng)建合理的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件庫(kù)及施工族庫(kù)，可提高施工場(chǎng)地策劃及布置的效率，有利于成本分析，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，裝配式建筑施工階段利用 BIM 技術(shù)可視化的特性，能提高看圖、審圖、交底的效率。通過(guò)結(jié)合實(shí)際進(jìn)度計(jì)劃、關(guān)鍵部位的拼裝模擬，各單位可提前發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)需加強(qiáng)管控及協(xié)調(diào)的部位，保證了裝配式建筑工程進(jìn)度計(jì)劃及施工操作的可實(shí)施性。目前施工單位應(yīng)用 BIM 技術(shù)還面臨一些問(wèn)題，如 BIM 技術(shù)人才短缺、各單位 BIM 資源整合及協(xié)同工作流程優(yōu)化的問(wèn)題，這些問(wèn)題值得進(jìn)一步研究。Q