BIM技術(shù)在某裝配式住宅小區(qū)施工階段中的應(yīng)用

劉蘭杰，李毅

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 工程概況

某高層住宅小區(qū)為裝配式建筑，由14棟樓組成，總建筑面積1.4 萬m2。該裝配式建筑單體預(yù)制率不低于50%，預(yù)制構(gòu)件由預(yù)制圍護(hù)墻、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合板和預(yù)制剪力墻。該住宅項(xiàng)目為滿足不同的市場(chǎng)人群需求，設(shè)計(jì)有4 種戶型，因此裝配式構(gòu)件型號(hào)和種類較多，單體重量分布較分散。該住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)為精裝修住宅，要求標(biāo)準(zhǔn)較高，配套工程包含各類布線系統(tǒng)、給排水和通風(fēng)空調(diào)等，需要合理規(guī)劃各類工程的工序、定位、預(yù)埋和預(yù)留孔洞。該高層項(xiàng)目建筑比較集中、樓間距相對(duì)較小，所有建筑同時(shí)施工將對(duì)塔吊選型、構(gòu)件入場(chǎng)、材料設(shè)備堆場(chǎng)等提出挑戰(zhàn)[1-2]。

2 準(zhǔn)備工作

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)和設(shè)備配置

按照項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行項(xiàng)目模型搭建，對(duì)模型進(jìn)行合理拆分和優(yōu)化，以便提高施工效率。基于BIM 技術(shù)的模型模擬演示功能，及時(shí)對(duì)工序碰撞進(jìn)行方案調(diào)整，提高施工可行性，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。通過BIM技術(shù)搭建的平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的全過程精細(xì)化管理。按照BIM技術(shù)要求，BIM平臺(tái)主要硬件為圖形工作站1臺(tái)、移動(dòng)圖形工作站2臺(tái)、移動(dòng)終端4臺(tái)。

2.2 BIM技術(shù)實(shí)施方案、標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目成立了專門的BIM管理團(tuán)隊(duì)，專門編制與本項(xiàng)目相關(guān)的BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施方案，明確該應(yīng)用的目標(biāo)和方法。按照裝配式設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行各種構(gòu)件模型以及裝配式構(gòu)件族庫的創(chuàng)建。如疊合板模型搭建時(shí)，可以通過參數(shù)模型三維立體化展示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各參數(shù)，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)可以通過動(dòng)畫方式演示現(xiàn)澆部位的鋼筋搭接錨固施工方法以及各結(jié)構(gòu)部件，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝及項(xiàng)目施工。同時(shí)，還對(duì)機(jī)電安裝、給排水等專業(yè)進(jìn)行建模指導(dǎo)[3-4]。

3 BlM技術(shù)應(yīng)用

3.1 場(chǎng)地布置

BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維可視化施工現(xiàn)場(chǎng)布置。面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，針對(duì)裝配式建筑的特點(diǎn)，可以采用BIM技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)、運(yùn)輸和存放等，并確定最合適的場(chǎng)地布置方案。

例如，根據(jù)場(chǎng)地布置模型動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果，可以先在每一棟樓前堆放滿足一層施工的各類構(gòu)件。嚴(yán)格按照施工進(jìn)度并參照構(gòu)件的型號(hào)類別、存放要求等并按照比例進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)、施工吊裝。在有限的施工場(chǎng)地內(nèi)，提高場(chǎng)地利用率。

3.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.2.1 裝配式構(gòu)件優(yōu)化拆分

裝配式構(gòu)件初步拆分設(shè)計(jì)時(shí)，存在疊合板拆分過于瑣碎、單重較小，而其他單個(gè)構(gòu)件自重大，使塔吊施工效率降低?；贐IM模型搭建的參數(shù)模型，通過對(duì)構(gòu)件拆分過程不斷進(jìn)行模擬演示，將拆分過于瑣碎、單重較小的疊合板進(jìn)行合并，減少構(gòu)件總數(shù)，重新拆分單重較大的構(gòu)件，降低使用塔吊的型號(hào)，最終確定現(xiàn)場(chǎng)使用QTZl25型號(hào)的塔吊，提高了吊裝效率，降低施工建造成本。

例如，7號(hào)樓的某塊墻板自重4t，吊裝時(shí)必須采用更高起重量的塔吊才可以進(jìn)行施工作業(yè)，但是該型號(hào)的墻板每層只有一塊，為了單塊墻板提高塔吊型號(hào)，降低機(jī)械設(shè)備使用效率，使施工成本增加。為此，可以按照相關(guān)規(guī)范將該塊墻板拆分成兩塊2t 重的墻板，現(xiàn)場(chǎng)使用QTzl25 型號(hào)塔吊即可滿足施工要求，提高了機(jī)械利用率，每月的每臺(tái)塔吊租賃費(fèi)減少5 千元，現(xiàn)場(chǎng)施工工期5個(gè)月計(jì)算，至少節(jié)約施工成本10萬元。

3.2.2 精裝修點(diǎn)位優(yōu)化

精裝修住宅產(chǎn)品應(yīng)確保各種管線施工的預(yù)埋和安裝點(diǎn)位精度與現(xiàn)場(chǎng)匹配。預(yù)制構(gòu)件種類多，構(gòu)件加工出廠前應(yīng)進(jìn)行碰撞檢查，檢查預(yù)埋盒與桁架筋的位置是否存在沖突，同時(shí)對(duì)精裝修戶型進(jìn)行水電、管線等點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核，主要是檢查墻板的管線定位、預(yù)埋盒位置是夠與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的管線口、預(yù)埋口相匹配，避免后期重新打孔開槽增加施工成本。

3.3 施工方案優(yōu)化

3.3.1 群塔設(shè)備優(yōu)化

本項(xiàng)目的14 棟住宅單元同時(shí)施工需要14 臺(tái)塔吊同時(shí)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)建筑高度集中且樓間距比較小，對(duì)塔吊入場(chǎng)及工作時(shí)應(yīng)進(jìn)行合理安排，避免運(yùn)行出現(xiàn)沖突碰撞。需要合理計(jì)算塔吊的位置、高度、臂長，對(duì)塔吊的施工作業(yè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，并確定最終施工方案，確保塔吊在自身運(yùn)行參數(shù)及工作范圍內(nèi)的施工順利和安全（見圖1）。

圖1 群塔作業(yè)模擬施工

3.3.2 懸挑腳手架優(yōu)化

本住宅項(xiàng)目工程的腳手架采用傳統(tǒng)的型鋼懸挑腳手架，因此在建筑外墻上需要預(yù)留洞口進(jìn)行腳手架施工。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆墻體搭設(shè)腳手架時(shí)比較簡(jiǎn)單，直接預(yù)埋木箱便可將洞口預(yù)留好，對(duì)預(yù)制外墻應(yīng)該在墻體預(yù)制出廠之前預(yù)留好洞口，并在洞口處做好防堵措施，避免影響澆筑時(shí)鋼筋綁扎和混凝土澆筑，否則將會(huì)給建筑工程帶來質(zhì)量和安全隱患。通過利用BIM 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)三維立體化的懸挑腳手架的設(shè)計(jì)，通過對(duì)安裝過程的模擬，可以精準(zhǔn)定位洞口位置，并能合理避讓鋼筋和澆筑施工，使施工方案更加合理可行。經(jīng)監(jiān)理單位對(duì)施工澆筑質(zhì)量進(jìn)行檢查得出質(zhì)量全部合格。如圖2 所示為模擬安裝示意圖。

圖2 透視安裝模擬

3.3.3 模板支撐體系優(yōu)化

裝配式構(gòu)件的型號(hào)和種類比較多，裝配建筑時(shí)依然需要混凝土的澆筑。模板支護(hù)是混凝土澆筑的必不可少的環(huán)節(jié)，該建筑施工時(shí)在疊合板處部分配置模板，混凝土澆筑部分需要全部支模，比較繁瑣復(fù)雜，且容易出錯(cuò)造成材料和人工浪費(fèi)。基于BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模板支護(hù)的三維模擬預(yù)演，通過對(duì)支模過程進(jìn)行演示和深化設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)生產(chǎn)模板下料數(shù)據(jù)，相較人工測(cè)量計(jì)算進(jìn)行模板搭配，極大地提高了施工效率，有效縮短施工工期。

3.4 BlM信息平臺(tái)應(yīng)用

裝配式建筑建設(shè)中構(gòu)件的管理至關(guān)重要，直接影響到建筑的施工質(zhì)量。為了進(jìn)一步提高構(gòu)件的制作和安裝精確性，確保預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度的匹配性，需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行全過程管控。首先是對(duì)構(gòu)件按照規(guī)范進(jìn)行歸類編碼，然后對(duì)每一個(gè)構(gòu)件賦二維碼，在構(gòu)件的生產(chǎn)、出廠、進(jìn)場(chǎng)、倉儲(chǔ)和安裝的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行掃碼跟蹤，這樣可以從后臺(tái)監(jiān)視到構(gòu)件的全構(gòu)成，并且可以加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的倉儲(chǔ)和安裝施工，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的共享。預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)場(chǎng)入庫及安裝時(shí)會(huì)掃碼登記，并與BIM平臺(tái)數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新，這樣基于BIM技術(shù)的三維模型和進(jìn)度計(jì)劃可以更好地指導(dǎo)安裝施工、材料供應(yīng)和構(gòu)件計(jì)劃，確保構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝過程安全可靠。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝情況與BIM平臺(tái)模型相關(guān)聯(lián)，可以通過現(xiàn)場(chǎng)每日的構(gòu)件安裝速度，結(jié)合構(gòu)件的工程量清單和造價(jià)，直接計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與工程建設(shè)產(chǎn)值，結(jié)合三維模型可以更直觀展示施工進(jìn)度，有利于對(duì)施工過程的糾偏和精準(zhǔn)管理。

4 結(jié)語

在裝配式建筑中引入BIM 技術(shù)可以提高施工管理效率。通過三維模型進(jìn)行模擬施工不僅可以對(duì)施工過程進(jìn)行碰撞檢查，并對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，避免工序和構(gòu)件碰撞帶來的材料浪費(fèi)和成本支出，有效提高了施工質(zhì)量和效率。同時(shí)也存在相應(yīng)問題。

①缺乏專業(yè)復(fù)合型人才，管理小組不僅需要具備建筑知識(shí)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，還需要熟練掌握軟件；

②建模標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺少統(tǒng)一的模板族庫；

③對(duì)于安裝過程中的細(xì)節(jié)控制不到位，例如，預(yù)制構(gòu)件墻板應(yīng)低于澆筑高度20mm，以便調(diào)整安裝誤差，因此設(shè)計(jì)階段無法完全與安裝結(jié)果相一致。隨著裝配式施工經(jīng)驗(yàn)的豐富和BIM 技術(shù)的不斷開發(fā)，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)更加深入和拓展。