BIM 技術(shù)在沌口六村裝配式項(xiàng)目的全過(guò)程應(yīng)用

粟劍波，王 瓏，陳東升，孫志庭，江 濤，何洪普

（中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

當(dāng)前，國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑，其工業(yè)化的建造方式帶來(lái)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全過(guò)程的改變，對(duì)一體化集成設(shè)計(jì)、精細(xì)化生產(chǎn)及施工提出了更高的要求。

國(guó)家政府文件中多次指出在裝配式建筑中要積極應(yīng)用 BIM 技術(shù)，加快推進(jìn) BIM 技術(shù)在新型建筑工業(yè)化全壽命期的一體化集成應(yīng)用［1］。BIM 技術(shù)可以打通設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工各階段的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、施工裝配直到運(yùn)維等全過(guò)程的信息有效傳遞和共享，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化和信息化深度融合［2］。

本文依托沌口六村項(xiàng)目，對(duì) BIM 技術(shù)在裝配式項(xiàng)目中的全過(guò)程應(yīng)用進(jìn)行探索。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

沌口六村項(xiàng)目位于武漢市蔡甸區(qū)萬(wàn)家湖路，總建筑面積 78 萬(wàn) m2，是湖北地區(qū)最大體量的裝配式房建項(xiàng)目。項(xiàng)目 1# 地塊包含 17 棟住宅樓、2# 地塊包含 12 棟住宅樓，建筑層數(shù) 26～34 層，6 層及以上均采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，裝配率為 55 %，項(xiàng)目裝配式應(yīng)用包括了預(yù)制外墻、預(yù)制樓板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)、預(yù)制飄窗、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯等 10 余種預(yù)制構(gòu)件。

1.2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

EPC+ 裝配式建筑相比傳統(tǒng)建筑，具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工裝配化、裝修一體化等特點(diǎn)，全過(guò)程精細(xì)化管理難度大。在設(shè)計(jì)階段需綜合考慮預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、施工效率及工藝的可行性，對(duì)集成化、一體化設(shè)計(jì)，專(zhuān)業(yè)和全過(guò)程的協(xié)同要求高。

2 BIM 組織與應(yīng)用環(huán)境

針對(duì)裝配式建筑特點(diǎn)，在項(xiàng)目開(kāi)始前進(jìn)行了詳細(xì)的 BIM 技術(shù)應(yīng)用策劃及團(tuán)隊(duì)組織分工，明確了 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目各階段的應(yīng)用措施，以確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

2.1 BIM 應(yīng)用目標(biāo)

本項(xiàng)目旨在利用數(shù)字化、信息化和可視化手段，基于 BIM+ 裝配式設(shè)計(jì)+軟件平臺(tái)的深度融合，通過(guò) EPC 全過(guò)程 BIM 應(yīng)用，開(kāi)展設(shè)計(jì)前置和信息化管理，提高模型利用率，縮短工程工期，提高工程質(zhì)量，節(jié)約工程成本，全面提升項(xiàng)目精細(xì)化管理水平。

2.2 實(shí)施方案

項(xiàng)目 BIM 小組基于項(xiàng)目實(shí)際狀況，編制了本項(xiàng)目設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全過(guò)程應(yīng)用的《BIM 實(shí)施方案》，作為項(xiàng)目實(shí)施的指導(dǎo)性文件，包括 BIM 應(yīng)用目標(biāo)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施流程、主要應(yīng)用內(nèi)容、項(xiàng)目協(xié)同機(jī)制等，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目 BIM 規(guī)范統(tǒng)一措施。

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目 BIM 全過(guò)程應(yīng)用，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。基于公司全產(chǎn)業(yè)鏈布局，組建了由公司 BIM 中心及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工各部門(mén)聯(lián)合的 BIM 團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)、全過(guò)程的協(xié)同合作。

2.4 應(yīng)用措施

針對(duì)項(xiàng)目 BIM 全過(guò)程應(yīng)用，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)基于 revit 平臺(tái)進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，采用 Planbar、BeePC 等參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)并出具構(gòu)件 BOM 清單。生產(chǎn)環(huán)節(jié)將 BIM 模型數(shù)據(jù)信息與公司工廠管理系統(tǒng)、多級(jí)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)接，進(jìn)行生產(chǎn)自動(dòng)排產(chǎn)、物料管理等；施工環(huán)節(jié)進(jìn)行 BIM 模型深化，開(kāi)展三維場(chǎng)地布置、標(biāo)準(zhǔn)層工序模擬、土方開(kāi)挖分析等 BIM 技術(shù)應(yīng)用；同時(shí)基于公司 BIM 智慧建造管理平臺(tái)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件管理、材料管理、塔吊管理等。

2.5 軟硬件環(huán)境

公司設(shè)立文件服務(wù)器、BIM 工作站和平板電腦等，采購(gòu)常用 BIM 設(shè)計(jì)及管理軟件，為信息化研究提供軟硬件環(huán)境。

3 BIM 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

3.1 規(guī)劃方案設(shè)計(jì)

在滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的前提下，利用 BIM 技術(shù)輔助規(guī)劃方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行建筑風(fēng)、光、聲等性能分析（見(jiàn)圖 1），輸出分析圖并驗(yàn)證是否滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求。

圖1 建筑性能模擬

3.2 拆分方案設(shè)計(jì)

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型功能分區(qū)，利用三維模型進(jìn)行拆分方案設(shè)計(jì)，輸出標(biāo)準(zhǔn)層拆分方案圖，直觀展示拆分結(jié)果，并進(jìn)行裝配率計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)層拆分方案效果如圖 2 所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層拆分方案設(shè)計(jì)

3.3 構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化研究

項(xiàng)目組通過(guò)總結(jié)裝配式項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)構(gòu)件規(guī)格、尺寸和配筋進(jìn)行深入研究，制定預(yù)制構(gòu)件模數(shù)化規(guī)則，建立標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫(kù)（見(jiàn)圖 3）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件庫(kù)

3.4 構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

遵循構(gòu)件拆分原則及深化設(shè)計(jì)流程，利用BeePC 和 Planbar 軟件，協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專(zhuān)業(yè)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，構(gòu)件配筋和預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)，專(zhuān)業(yè)內(nèi)碰撞檢查，一鍵出圖及工程量統(tǒng)計(jì)。預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)過(guò)程如圖 4 所示。

圖4 預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

3.5 標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型預(yù)拼裝

結(jié)合深化設(shè)計(jì)戶(hù)型 BIM 模型，進(jìn)行構(gòu)件預(yù)拼裝和戶(hù)型預(yù)拼裝，解決了構(gòu)件尺寸碰撞、預(yù)留預(yù)埋誤差（見(jiàn)圖 5），輸出碰撞點(diǎn)圖片及報(bào)告，進(jìn)而優(yōu)化配筋設(shè)計(jì)，驗(yàn)證深化設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，遏制錯(cuò)漏碰缺向下游延續(xù)。

圖5 預(yù)拼裝及碰撞檢查

3.6 精細(xì)化協(xié)同設(shè)計(jì)

基于 Revit 平臺(tái)，進(jìn)行全專(zhuān)業(yè)三維精細(xì)化設(shè)計(jì)，通過(guò)戶(hù)型電箱排布、構(gòu)件預(yù)留預(yù)埋、入戶(hù)管線及線盒布置［見(jiàn)圖 6（a）］，達(dá)到精確預(yù)埋減少返工。結(jié)合全專(zhuān)業(yè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，開(kāi)展地庫(kù)管線綜合［見(jiàn)圖 6（b）］，優(yōu)化路由，提高地庫(kù)使用凈空，輸出管綜圖紙及優(yōu)化報(bào)告。

圖6 機(jī)電管線精細(xì)化設(shè)計(jì)

3.7 鋁模深化設(shè)計(jì)

基于專(zhuān)業(yè)鋁模標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，考慮構(gòu)件拆分、腳手架及施工便捷等因素，進(jìn)行鋁模深化設(shè)計(jì)，確定鋁模規(guī)格及加固體系，進(jìn)行模板虛擬拼裝，輸出安裝施工圖紙及構(gòu)件加工清單。剪力墻邊緣構(gòu)件、飄窗鋁模深化設(shè)計(jì)效果如圖 7 所示。

圖7 邊緣構(gòu)件、飄窗鋁模深化設(shè)計(jì)

4 BIM 在項(xiàng)目生產(chǎn)階段的應(yīng)用

4.1 剪力墻通用模具研究與應(yīng)用

為減少模具數(shù)量，提高周轉(zhuǎn)率，本項(xiàng)目基于預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和 BIM 模型，研發(fā)剪力墻通用模具，形成預(yù)制墻標(biāo)準(zhǔn)模具庫(kù)（見(jiàn)圖 8）。選取標(biāo)準(zhǔn)通用模具，研究剪力墻底模和邊模的分段組拼方案，并進(jìn)行靜應(yīng)力模擬分析，設(shè)計(jì)結(jié)果滿(mǎn)足強(qiáng)度和變形要求。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)化組拼式模具庫(kù)

4.2 排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究與應(yīng)用

基于對(duì)工廠生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的調(diào)研分析及仿真模擬，自主研發(fā)了多級(jí)調(diào)度管理系統(tǒng)，通過(guò)輸入本項(xiàng)目的計(jì)劃、圖紙等基礎(chǔ)信息，自動(dòng)進(jìn)行排產(chǎn)數(shù)據(jù)分級(jí)管理，調(diào)節(jié)生產(chǎn)線參數(shù)，得到多場(chǎng)景下構(gòu)件生產(chǎn)的最優(yōu)均衡排產(chǎn)規(guī)劃。圖 9 為通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)生成的工廠多項(xiàng)目生產(chǎn)情況下的均衡排產(chǎn)方案分析圖。

圖9 多項(xiàng)目排產(chǎn)方案

4.3 工廠云平臺(tái)綜合應(yīng)用

采用工廠云平臺(tái)，從原材料采購(gòu)、生產(chǎn)過(guò)程控制、構(gòu)件出廠檢驗(yàn)等方面進(jìn)行全流程信息化管理，優(yōu)化工廠原材料及成品庫(kù)存，提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效率，強(qiáng)化項(xiàng)目合同過(guò)程管控能力，保障了項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，為項(xiàng)目順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。圖 10 為工廠云系統(tǒng)構(gòu)件生產(chǎn)任務(wù)界面示意圖。

圖10 工廠云平臺(tái)（構(gòu)件生產(chǎn)任務(wù)界面）

5 BIM 在項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用

5.1 場(chǎng)地及基坑支護(hù)分析

利用 CIVIL 3D 創(chuàng)建地層曲面，進(jìn)行曲面高程分析、匯水分析、放坡開(kāi)挖，直觀查看場(chǎng)地情況，進(jìn)行場(chǎng)地平整和土方平衡，驗(yàn)證規(guī)劃設(shè)計(jì)高程，生成體積曲面估算土方體積。創(chuàng)建地質(zhì)三維實(shí)體，導(dǎo)入 REVIT 形成三維地質(zhì)模型，查看地表構(gòu)造及地質(zhì)剖面情況，輸出地質(zhì)信息表，進(jìn)行支護(hù)樁入土深度分析及支護(hù)樁深地層情況檢驗(yàn)（見(jiàn)圖 11）。

圖11 地質(zhì)分析、支護(hù)樁分析

在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)布置分析、支護(hù)結(jié)構(gòu)效果驗(yàn)證及優(yōu)化支護(hù)節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖 12）。

圖12 基坑支護(hù)分析

5.2 三維場(chǎng)地布置

創(chuàng)建構(gòu)件安裝階段的三維場(chǎng)地布置模型（見(jiàn)圖 13），通過(guò)用地分析、塔吊選型及構(gòu)件堆場(chǎng)布置分析進(jìn)行優(yōu)化，直觀地表現(xiàn)其空間效果，提高場(chǎng)地利用率，保證構(gòu)件吊裝能力。

圖13 三維場(chǎng)地布置

5.3 三維技術(shù)交底

針對(duì)項(xiàng)目關(guān)鍵和重要工序采用三維技術(shù)交底，直觀、易懂，便于施工人員更加準(zhǔn)確地理解設(shè)計(jì)意圖，減輕一線技術(shù)人員的工作量，對(duì)施工質(zhì)量的提高有顯著的作用。圖 14 為針對(duì)三明治墻板衛(wèi)生間水平節(jié)點(diǎn)的技術(shù)交底。

圖14 三明治墻板衛(wèi)生間水平節(jié)點(diǎn)交底

5.4 標(biāo)準(zhǔn)層工序模擬

結(jié)合總施工組織設(shè)計(jì)和吊裝方案，研究標(biāo)準(zhǔn)層施工工期 5 d 的技術(shù)難點(diǎn)，制定本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，分析判斷關(guān)鍵路線，利用 Revit 進(jìn)行吊裝順序、構(gòu)件規(guī)格等信息標(biāo)記，制定吊裝計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)每天的資源需求，進(jìn)行施工進(jìn)度工況模擬（見(jiàn)圖 15），分析和驗(yàn)證進(jìn)度計(jì)劃的合理性。

圖15 標(biāo)準(zhǔn)層工況圖（第 1 d）

5.5 工程量統(tǒng)計(jì)

利用各專(zhuān)業(yè)模型，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量，輔助施工材料準(zhǔn)備，施工預(yù)算及結(jié)算，實(shí)現(xiàn)成本管控和材料管理。

5.6 BIM+智慧建造管理平臺(tái)

基于 BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備，搭建智慧建造管理平臺(tái)，對(duì)勞動(dòng)力資源配置、構(gòu)件信息跟蹤、材料物資管理、塔吊安全管理等進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、料、法、環(huán)的全面質(zhì)量管理和綜合管理。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)信息化手段進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)、智能化生產(chǎn)、高效能建造，在裝配式建筑全過(guò)程進(jìn)行了 BIM 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，保證了項(xiàng)目建設(shè)的總體目標(biāo)，大大提高了建設(shè)工程的質(zhì)量和效率，為裝配式建筑的信息化發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。Q