BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用研究

劉芯妤 李 超

西南科技大學(xué)城市學(xué)院

1 引言

隨著城市化進(jìn)程不斷地加快，建設(shè)工程項(xiàng)目也逐漸增多。在建筑行業(yè)中，裝配式建筑施工已經(jīng)成為了當(dāng)前我國建筑施工領(lǐng)域的主流，因其施工時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境影響較小、造價(jià)較低等特點(diǎn)，從而具有較為廣泛的發(fā)展空間。裝配式結(jié)構(gòu)建筑在建筑形式上有別于傳統(tǒng)建筑,在我國的發(fā)展仍面臨著部分問題。而在裝配式建筑施工中引入BIM技術(shù)，將能大大提高工程裝配施工的整體效率。除此之外，BIM的應(yīng)用能保障施工裝配階段達(dá)到綠色節(jié)能環(huán)保的要求，促進(jìn)施工全過程中管理工作的合理優(yōu)化，改善建設(shè)管理缺陷，使建筑工程工作更為有序，提高整體施工水平，為建設(shè)質(zhì)量做出有效的保證。

2 裝配式建筑概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，房屋可以像生產(chǎn)機(jī)械一樣批量、成套地進(jìn)行生產(chǎn)，即裝配式建筑。從概念上看，裝配式建筑是指在工廠中將建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)預(yù)制，并使用規(guī)定的裝配工藝在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝構(gòu)件進(jìn)行裝配施工而成的建筑。簡(jiǎn)言之，只需將房屋預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝即可。通俗地說，它類似于“搭積木”——裝配式建筑其房屋部件可全部在工廠內(nèi)規(guī)?；A(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)只需進(jìn)行組裝作業(yè)，能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的工廠化預(yù)制以及房屋的現(xiàn)場(chǎng)裝配化施工，是目前比較成熟的一種集成房屋體系，也是未來住宅建設(shè)大力發(fā)展的方向。從結(jié)構(gòu)的角度上來看，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)都是裝配式建筑，包括中國古代建筑木結(jié)構(gòu)中的榫卯結(jié)構(gòu)等，都是工業(yè)建筑的重要組成部分。裝配式施工中，預(yù)制構(gòu)件可以大大提高整體的施工效率。其建筑構(gòu)件由工廠進(jìn)行生產(chǎn)，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)施工建筑結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，能降低施工成本，合理利用資源。除此之外，還降低了運(yùn)輸和施工的難度。目前來說，發(fā)展裝配式建筑已成為了一種趨勢(shì)，成為促進(jìn)我國建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要力量，同時(shí)也推動(dòng)了現(xiàn)代建筑的可持續(xù)發(fā)展之路。

3 建筑信息化技術(shù)的概述

建筑信息化模型（BIM），是一種數(shù)據(jù)化工具，它可以共享知識(shí)資源，并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工和管理中。其主要目的是提高建筑業(yè)的生產(chǎn)力，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)各部門之間以及各個(gè)工種、專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作，并且實(shí)現(xiàn)全生命周期中不同階段的技術(shù)信息交流，改善工程項(xiàng)目的整體性能。從理論角度上來講，BIM技術(shù)實(shí)際上是一個(gè)依靠計(jì)算機(jī)完成的設(shè)計(jì)過程，在實(shí)際信息的基礎(chǔ)上，建立了多維仿真模型，并利用BIM技術(shù)成功地將建筑物的二維信息轉(zhuǎn)化為三維的信息模型，實(shí)現(xiàn)可視化模擬，預(yù)測(cè)施工過程中出現(xiàn)的部分問題。在建筑工程當(dāng)中，可以通過BIM技術(shù)模擬工程項(xiàng)目“計(jì)劃-實(shí)施-完成”的整個(gè)過程，達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)警等目的。BIM技術(shù)不僅促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展，并且改變優(yōu)化了建筑理念和施工方法，加強(qiáng)了技術(shù)信息交流，有利于實(shí)現(xiàn)資源共享，提高共同工作的效率，同時(shí)能減少施工中出現(xiàn)的常見問題。

4 裝配式建筑施工中存在的問題

隨著我國建筑產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，裝配式建筑逐漸適應(yīng)了建筑工業(yè)化的發(fā)展，其所占比重也不斷提高?？傮w來說，在質(zhì)量上裝配式混凝土建筑的優(yōu)勢(shì)比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑多，但裝配式建筑仍有脆弱點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件的精準(zhǔn)度、有效連接、擺放布置，起重機(jī)位置的合理選擇，機(jī)械設(shè)備、材料資源的合理利用等,大多是施工人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行安排的，這對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量保障會(huì)造成一定的影響，同時(shí)會(huì)降低施工效率。

4.1 施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制問題

裝配式建筑施工過程中涉及結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)需要做好嚴(yán)格的質(zhì)量控制與合理的施工管理，達(dá)到規(guī)定的施工標(biāo)準(zhǔn)。包括預(yù)埋鋼筋、套筒或漿錨搭接孔的位置與角度精準(zhǔn)；隨層灌漿和灌漿作業(yè)飽滿；夾心保溫板拉結(jié)件錨固牢固；避免預(yù)埋遺漏和節(jié)點(diǎn)擁堵；保證樓板平整度和坐漿；嚴(yán)格控制板縫等。在節(jié)點(diǎn)連接方面，套筒灌漿連接技術(shù)比傳統(tǒng)的濕法連接方法更具適應(yīng)性，可以在多種施工方案下有效實(shí)現(xiàn)連接，成本也相對(duì)較低。鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是預(yù)制構(gòu)件之間進(jìn)行連接的關(guān)鍵技術(shù)之一，其連接質(zhì)量對(duì)預(yù)制構(gòu)件的力學(xué)性能影響很大，對(duì)施工質(zhì)量的保障亦具有極其重要的意義。

4.2 施工過程中的安全管理問題

在施工安全管理中主要涉及以下幾個(gè)方面：首先，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)存放的材料多且復(fù)雜，以至于其占地面積更大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)更高，不同于主要靠混凝土攪拌機(jī)和鋼材運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)膫鹘y(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工。裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)存放的場(chǎng)地中不僅包括原有的鋼筋、模板及周轉(zhuǎn)材料，還包括預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)。部分工程項(xiàng)目位于市中心，運(yùn)輸車輛只能在夜間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。而在施工組織管理及安全協(xié)調(diào)過程中，施工現(xiàn)場(chǎng)大批量構(gòu)件的存放，場(chǎng)地的布置，以及運(yùn)輸車輛的安全如何保障等問題都是其核心點(diǎn)。其次，由于目前裝配式建筑的部分技術(shù)以及規(guī)范要求還不成熟，傳統(tǒng)的施工人員進(jìn)場(chǎng)前的安全培訓(xùn)一般停留在紙面上或其他工程案例當(dāng)中。倘若，經(jīng)過培訓(xùn)的工人因不熟悉現(xiàn)場(chǎng)和工作環(huán)境而進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，則會(huì)引起安全風(fēng)險(xiǎn)的增加。除此之外，還要注意外架的防護(hù)，安全永遠(yuǎn)是重中之重，需要充分綜合考慮能否與施工同步；轉(zhuǎn)角掛構(gòu)件能否有效使用；周轉(zhuǎn)使用變形是否過多等多方面因素。最后是裝配式建筑施工中通過垂直運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行吊裝，一般情況下吊鉤應(yīng)與預(yù)留的桁架鋼筋吊點(diǎn)或者附加吊點(diǎn)連接，而在實(shí)際吊裝過程中，常會(huì)出現(xiàn)吊運(yùn)起重量不足的問題，從而導(dǎo)致垂直運(yùn)輸設(shè)備損壞甚至傾覆，造成的后果極其嚴(yán)重。因此，如何保障吊裝過程中的安全問題也是一大重難點(diǎn)。

4.3 施工場(chǎng)地的合理布置

裝配式建筑施工單位必須對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)籌化全方位的管理，增強(qiáng)管理的嚴(yán)格性與預(yù)見性，并通過合理布置施工場(chǎng)地，確保預(yù)制構(gòu)件能夠合理地放置在施工現(xiàn)場(chǎng)，保障施工質(zhì)量，降低現(xiàn)場(chǎng)雜亂度，提升現(xiàn)場(chǎng)安全性。在道路布置、塔吊選型、預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)布置等方面，裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的布置與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)存在著部分差異。例如，道路必須滿足運(yùn)輸車輛的行駛、周轉(zhuǎn)和卸貨要求；塔吊不僅要布置合理，還要考慮起重構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)合理性；預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)既要考慮運(yùn)輸和儲(chǔ)存的方便性，又要考慮吊裝的方便性和有效吊裝半徑的范圍。

5 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

5.1 建立BIM模型進(jìn)行可視化模擬，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

在BIM建模軟件平臺(tái)下，可建立數(shù)字化信息模型，完成建筑施工現(xiàn)場(chǎng)在BIM三維模型上的應(yīng)用，使建筑可視化。在傳統(tǒng)建筑施工中，首先要根據(jù)圖紙展開平面設(shè)計(jì)搭建立體模型，隨后依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際勘探的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的修改，這種方式難免會(huì)出現(xiàn)技術(shù)上的誤差，從而影響施工質(zhì)量。而通過BIM技術(shù)模擬設(shè)計(jì)圖紙涉及的參數(shù)信息，能夠直觀地發(fā)現(xiàn)裝配式建筑項(xiàng)目施工工藝等，并從各個(gè)方面、角度落實(shí)裝配式建筑項(xiàng)目施工的重難點(diǎn)，提升工作效率。對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工，通過BIM模型的模擬復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工場(chǎng)景，不僅可以解決構(gòu)件施工的順序問題，同時(shí)還可以對(duì)模擬施工中出現(xiàn)的問題制定解決方案進(jìn)行優(yōu)化，使得模型數(shù)據(jù)與實(shí)際施工數(shù)據(jù)相符，確保施工人員在施工前了解其施工質(zhì)量規(guī)范，提高工程技術(shù)的精度，達(dá)到保障裝配式建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量要求和維護(hù)運(yùn)營管理的目的。

5.2 虛擬施工，優(yōu)化施工方案

為整體提升施工水平，方便施工人員掌握裝配式建筑施工中的要點(diǎn)，可通過BIM技術(shù)模擬施工事前發(fā)現(xiàn)存在的部分施工問題，從而制定相應(yīng)的施工措施，減少事后問題出現(xiàn)的概率，促進(jìn)整個(gè)裝配式建筑施工的進(jìn)程。新冠疫情期間，火神山、雷神山醫(yī)院的建設(shè)全過程采用了BIM技術(shù)模擬施工，最終達(dá)到了施工效率提高、施工工期縮短的效果。在模擬施工過程中，對(duì)施工人員可進(jìn)行直觀的可視化交底，從而更為直觀地了解施工情況。與此同時(shí)，通過模擬施工對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的安裝順序、施工機(jī)械的行走路線以及集裝箱式活動(dòng)板房的吊裝次序進(jìn)行合理的驗(yàn)證分析，找出問題所在并對(duì)施工方案進(jìn)一步優(yōu)化，為工程項(xiàng)目竣工順利交付使用提供了重要保障。在組織流水施工的過程中，BIM技術(shù)模擬施工能實(shí)時(shí)顯示項(xiàng)目的進(jìn)度及方案優(yōu)化后的結(jié)果，從而達(dá)到各項(xiàng)作業(yè)協(xié)同完成的目的。

5.3 建筑信息化管理合理布局，確保施工進(jìn)度

通過BIM技術(shù)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)平面的各項(xiàng)內(nèi)容建立模型，并采取合理的布置措施，最終形成安全合理的施工計(jì)劃管理模型。將施工計(jì)劃管理模型與進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，對(duì)方案中可能發(fā)生的碰撞沖突進(jìn)行量化分析，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域的材料消耗情況，對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)而合理地加工，從而減少材料的二次搬運(yùn)，有效提高施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地利用率和施工成本效益，確保施工進(jìn)度?；鹕裆?、雷神山醫(yī)院的建設(shè)均采用建筑信息化技術(shù)進(jìn)行施工管理，精確至每個(gè)工作所需的時(shí)間，保障數(shù)千名工人、近千臺(tái)大型機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛在現(xiàn)場(chǎng)正常工作，整體吊裝和現(xiàn)場(chǎng)施工交替進(jìn)行。同時(shí)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，各項(xiàng)工作能有序進(jìn)行，為項(xiàng)目如期交付提供保障。

5.4 保障施工過程中的安全管理

在吊裝過程中，借助BIM軟件平臺(tái)建立垂直運(yùn)輸設(shè)備模型可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化工作模擬，便于發(fā)掘吊裝的最佳路徑。根據(jù)施工場(chǎng)地、運(yùn)輸車輛、建筑等尺寸可對(duì)構(gòu)件堆場(chǎng)存放的道路設(shè)計(jì)按照1：1的比例進(jìn)行建模，并在建模平臺(tái)上將不同的模型方案進(jìn)行比對(duì)篩選，找出較為安全的堆放位置及高度，實(shí)現(xiàn)安全可靠的分類存儲(chǔ)，保障人員安全及車輛行駛安全。

6 結(jié)束語

如今，BIM技術(shù)的應(yīng)用正處于不斷優(yōu)化階段，裝配式建筑的熱度仍在持續(xù)上升，BIM技術(shù)與裝配式建筑施工的結(jié)合，是裝配式建筑在未來發(fā)展中的必經(jīng)之路，亦是我國建筑行業(yè)發(fā)展中不可缺少的一步。為進(jìn)一步推進(jìn)裝配式建筑技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用，在裝配式建筑施工的全過程中，必須重視BIM技術(shù)，通過BIM技術(shù)模擬化、可視化等優(yōu)勢(shì)對(duì)裝配式建筑施工予以完善，加強(qiáng)其科學(xué)應(yīng)用方面的控制意識(shí)，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。