BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑中的應(yīng)用

佟 月

（沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168）

在傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的成本中重要的組成部分有：稅金、利潤、直接成本、間接成本等，其中直接成本是成本中必不可少的部分也占很大比重。裝配式建筑結(jié)構(gòu)成本不僅包括材料、人工等成本，還包括裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)、安裝和運輸成本，這些成本是影響裝配式混凝土建筑成本的決定性因素。

1 裝配式混凝土建筑成本高的主要原因

在各階段，裝配式混凝土建筑成本超出規(guī)定要求原因包括以下幾點：

1.1 拆分預(yù)制構(gòu)件缺乏合理性

設(shè)計人員要以預(yù)制構(gòu)件的吊點設(shè)計、施工特征、后期運輸基本要求等作為基礎(chǔ)，利用設(shè)計院提供的圖紙，深入研究圖紙中包含的節(jié)點部位，科學(xué)分割預(yù)制構(gòu)件尺寸，避免第二次拆分，從而產(chǎn)生更多的成本和費用。同時，不合理的拆卸會大幅度提升構(gòu)件運輸和吊裝施工的難度，也會增加施工成本。

1.2 預(yù)制構(gòu)件缺乏規(guī)范化的、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，我國對于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)尚未完善，這會大大降低裝配式建筑構(gòu)建的生產(chǎn)能力，使其生產(chǎn)出的產(chǎn)品類型過于單一。同時因為不同企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，相互之間沒有替代品，這也降低了構(gòu)配件的生產(chǎn)競爭力，無法從中降低價格。為此實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化迫在眉睫，應(yīng)從根本上增強綜合水平，來降低施工成本支出。

1.3 施工吊裝方案缺乏合理性

與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制構(gòu)件的實際安裝工作量較大，大部分為垂直運輸。而在實際吊裝工作中，選擇不同的塔吊方案和不同的構(gòu)件數(shù)量會影響實際的施工成本。在材料成本方面，組件連接器在安裝成本中占很大比例。由于目前我國安裝技術(shù)還不成熟，嚴重缺乏安裝熟練的工種，這也將大大提升裝配式建筑施工成本。

2 基于BIM 技術(shù)的裝配式混凝土建筑成本控制策略

我國的裝配式混凝土建筑尚處于發(fā)展初期。其中，裝配式混凝土建筑的造價一般高于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，這是一個非常突出的問題。通過了解傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工成本和裝配式施工成本的區(qū)別，可以找到導(dǎo)致裝配式混凝土建筑的造價高問題的主要原因。在建筑項目管理中，BIM 技術(shù)是一種信息化的方法，應(yīng)用于裝配式混凝土建筑的各個階段，可以改進裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)工藝，從而提高設(shè)計質(zhì)量，促進裝配式混凝土建筑的成本降低。BIM 技術(shù)在裝配式混凝土建筑成本控制中的應(yīng)用包括以下幾點：

2.1 在設(shè)計階段的應(yīng)用

裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是指根據(jù)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，通常情況下會在常規(guī)設(shè)計工作后開展，會從整體上分析整個結(jié)構(gòu)，然后以不同構(gòu)件為基礎(chǔ)拆分相應(yīng)的節(jié)點，當(dāng)完成拆分工作后要開展深層次設(shè)計工作。而工廠則要以深化設(shè)計出的施工圖紙為基礎(chǔ)開展預(yù)制生產(chǎn)工作，最后將生產(chǎn)出的預(yù)制品運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場（如圖1）。

圖1 混凝土預(yù)制構(gòu)件沙盤

在施工現(xiàn)場，如若設(shè)計人員未核對結(jié)構(gòu)施工圖，盲目拆分，會出現(xiàn)很多問題，這會耗費大量的溝通時間，需要反復(fù)審核設(shè)計完的施工圖紙，而且會大大降低施工效率，這充分體現(xiàn)出了傳統(tǒng)裝配式管理方式的不足和局限性。為此，在這一過程要合理應(yīng)用BIM技術(shù)，在設(shè)計的初始階段要重點關(guān)注預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化問題，通過使用較少類型的構(gòu)件滿足不同建筑物的建設(shè)需求，形成一個完善的預(yù)制構(gòu)件庫，從而實現(xiàn)設(shè)計的可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等，并表現(xiàn)顯著優(yōu)勢。這種設(shè)計方法主要包括制定預(yù)制構(gòu)件庫、構(gòu)建BIM信息模型、完善BIM 信息模型這三個階段。

2.1.1 構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件庫

構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件庫是以增強預(yù)制混凝土施工的通用性，實現(xiàn)預(yù)制混凝土施工的標(biāo)準(zhǔn)化為目的。將有助于提高流水線施工效率，并滿足不同預(yù)制混凝土建筑產(chǎn)品的要求。

首先要在建筑設(shè)計中明確掌握網(wǎng)格和立面，然后根據(jù)具體的設(shè)計要求在預(yù)制構(gòu)件庫中查詢相同的常規(guī)構(gòu)件。最后，對于預(yù)制構(gòu)件庫中沒有的預(yù)制混凝土構(gòu)件，應(yīng)在了解具體要求的基礎(chǔ)上進行預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計，以增強構(gòu)件庫的豐富性。

2.1.2 制定預(yù)制構(gòu)件庫

當(dāng)形成預(yù)制構(gòu)件庫后，會布置預(yù)制混凝土構(gòu)建，最終形成裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計BIM 信息模型。在具體操作中經(jīng)常會使用先進的軟件創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件群，以不同的設(shè)計需求為基礎(chǔ)修改相關(guān)參數(shù)，最終形成BIM 信息模型（如圖2）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫

2.1.3 優(yōu)化BIM 信息模型

當(dāng)完成BIM 信息模型構(gòu)建后，要再一次檢查其結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。BIM 作為一種重要的管理手段，采用三維模擬的形式構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)，進行仔細地碰撞檢查，找到碰撞位置，防止因設(shè)計疏漏造成更大的經(jīng)濟損失。構(gòu)件廠是生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的重要場所。目前的生產(chǎn)管理方式可以有效控制預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，但是節(jié)點控制是難點，這時需要使用三維檢查鋼筋間和連接件的矛盾與沖突，這時碰撞檢查工作十分必要。完成BIM 模型的結(jié)構(gòu)審查后，需要為現(xiàn)場預(yù)制混凝土構(gòu)件的吊裝和施工提供正確的指導(dǎo)，避免因設(shè)計不合理而增加成本。

2.2 在生產(chǎn)階段中的應(yīng)用

雖然我國建立了很多家生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的加工廠，但是大部分工廠的機械化水平低，在實際加工中，很少使用信息軟件，這使得預(yù)制構(gòu)件的成本和質(zhì)量難以控制。而BIM技術(shù)具有參數(shù)化、可視化、模擬化等特征，將其與預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工流程有效結(jié)合可以提升生產(chǎn)的高效性，達到降低成本的目的。模具攤銷成本在預(yù)制構(gòu)件成本中占很大比例，良好的模具設(shè)計工作不僅可以降低工作量，有效節(jié)約施工時間，而且可以降低施工成本支出。為此在模具設(shè)計中利用BIM 技術(shù)三維手段可簡化大量的工作，并直接糾正檢查構(gòu)建建模（如圖3）。

圖3 BIM 模型模擬

在構(gòu)建BIM 模型時，可以在設(shè)置施工參數(shù)中輸入構(gòu)件材料、尺寸等信息，推導(dǎo)出BIM 模型中的具體材料消耗，制定日常生產(chǎn)計劃和鋼筋加工量計劃。同時，還可以利用BIM 技術(shù)輸出鋼筋信息，使用數(shù)控機床彎折、剪裁鋼筋，隨后利用BIM 形成的構(gòu)建圖形信息完成混凝土的振搗和澆筑工作，并自動將需要養(yǎng)護的構(gòu)建上傳到養(yǎng)護室，這將有效降低成本，實現(xiàn)控制危險源的目標(biāo)。

2.3 在施工階段的應(yīng)用

在裝配式混凝土建筑施工中，合理運用BIM 技術(shù)，可以提前發(fā)現(xiàn)施工中的問題，有效規(guī)避潛在的施工風(fēng)險，從而最大程度降低施工成本。

2.3.1 模擬吊裝檔案

在施工吊裝過程中，盡量不要使用手動安裝重量和體積較大的預(yù)制混凝土構(gòu)件，因此需要使用起重機械。實際上，吊裝機械精度不符合相關(guān)安裝要求，會增加成本，無法有效保障和控制現(xiàn)場施工進度。為此，可以利用BIM 技術(shù)施工吊裝模擬功能提升預(yù)制混凝土構(gòu)件安裝質(zhì)量。首先在構(gòu)件好的BIM 建筑模型基礎(chǔ)上，設(shè)置預(yù)制構(gòu)件擺放位置，隨后以施工組織設(shè)計方案為基礎(chǔ)，模擬出整個預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場的吊裝過程。最后，向現(xiàn)場施工人員展示動畫視頻，有針對性的溝通潛在的問題，優(yōu)化和完善施工吊裝方案。

2.3.2 復(fù)雜節(jié)點樣本引路

在預(yù)制混凝土構(gòu)件的吊裝中，遇到的預(yù)制構(gòu)件種類很多，并且節(jié)點具有較強的復(fù)雜性。例如預(yù)制混凝土板的吊裝及時位移幅度較小，但是也會出現(xiàn)預(yù)制板無法定位施工的現(xiàn)象。由于某些節(jié)點具有較強的復(fù)雜性，這可能增加現(xiàn)場施工人員的交底工作難度，不利于施工人員及時、全面的掌握吊裝流程和方法。這時可以充分發(fā)揮BIM 技術(shù)可視化特征，以現(xiàn)場實際情況制作動態(tài)化的樣板，利用這些動態(tài)化樣板促進現(xiàn)場人員交底工作順利進行，避免由于不明確的交底工作而增加施工成本支出。

3 結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)致建筑成本過高的因素分別體現(xiàn)在裝配式混凝土建筑構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)、施工等階段。因此合理運用BIM 技術(shù)，可以有效解決建設(shè)成本高的問題，并可以從根本上提高裝配式混凝土建筑的生產(chǎn)水平，為降低裝配式混凝土建筑造價提供重要的技術(shù)支撐。