基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

張舒平

(湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

在傳統(tǒng)的建筑工程施工中，因為技術(shù)和工藝的局限性，各種構(gòu)件在設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、吊裝的過程中無法滿足施工要求，容易延誤工期，造成一定的經(jīng)濟損失，對此工程單位可以有效利用BIM技術(shù)對裝配式結(jié)構(gòu)施工進行全過程管控，以此促進裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。另外，我國建筑工程項目不斷增加，建筑市場存在高耗能、長周期、質(zhì)量通病、管理不到位等問題，對此需要工程單位采用現(xiàn)代化施工技術(shù)和方法進行改進，以此打造綠色、節(jié)能工程。

1 BIM技術(shù)和裝配式結(jié)構(gòu)概述

1.1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是指建筑信息模型，其是在建筑工程項目各種信息、數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字技術(shù)將這些信息仿真、模擬成為可視化的信息數(shù)據(jù)，其可以通過三維模型和數(shù)據(jù)庫結(jié)合形成一種綜合模型，該模型可視化、數(shù)字化、可控制性強。且BIM技術(shù)也可以通過模型構(gòu)建促使各種建筑信息通過參數(shù)形式呈現(xiàn)出來，便于工程建設(shè)人員進行分析、管理，對建設(shè)過程進行調(diào)整、控制，以此提高建筑工程施工的專業(yè)性、可靠性。對于裝配式結(jié)構(gòu)施工而言，就可以通過BIM技術(shù)數(shù)據(jù)合成，對建筑工程項目信息進行管控，以此優(yōu)化設(shè)計方案、施工工藝、流程、優(yōu)化配件，并對施工現(xiàn)場進行全過程管理，以此提高建筑指標(biāo)的合理性，提高建筑施工質(zhì)量和效率[1]。

1.2 裝配式結(jié)構(gòu)概述

裝配式結(jié)構(gòu)是一種垂直、系統(tǒng)式的結(jié)構(gòu)造型，其需要將工程項目生產(chǎn)線中的各種構(gòu)造、配件等，比如墻體、橫梁、樓板等有效拼接在一起形成一個整體結(jié)構(gòu)，在此拼接下可以進行立體化、平面型等多種結(jié)構(gòu)設(shè)計，多功能模式。并對施工裝配進行優(yōu)化改進，促使其更急現(xiàn)代化、專業(yè)化、規(guī)范化，便于人們進行管理和應(yīng)用的一種現(xiàn)代化建造模式。在裝配式結(jié)構(gòu)下可以推動建筑行業(yè)向著綠色、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，當(dāng)前我國一些一線城市大力推廣模式，通過應(yīng)用實踐發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑結(jié)構(gòu)體可以有效節(jié)約能源、降低能耗、成本等，并有效提高施工效率，其具體如下圖1所示。

圖1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)房屋

2 基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)特點

2.1 優(yōu)化裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)運輸

在BIM技術(shù)下，可以精準(zhǔn)設(shè)計預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑工程項目單元、標(biāo)準(zhǔn)等確定其結(jié)構(gòu)、類型，并明確預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、安裝內(nèi)容，最終確保裝配是結(jié)構(gòu)施工的專業(yè)化、程序化、一體化。

2.2 提高施工質(zhì)量

在BIM技術(shù)下可以有效審視整個施工進度、材料、人員、施工工序等情況，以此確保施工過程的規(guī)范化、專業(yè)化、現(xiàn)代化，最終從根本上提高施工水平，確保建筑項目質(zhì)量、安全合格[2]。

2.3 增強環(huán)保效益

裝配式結(jié)構(gòu)主要由預(yù)制場生產(chǎn)的各種預(yù)制構(gòu)件組成的，對此在施工現(xiàn)場需要選擇合理的吊裝機械設(shè)備和吊裝技術(shù)對構(gòu)件進行組裝，在此過程中需要進行節(jié)點連接，為了確保連接的可靠性、穩(wěn)定性，需要借助BIM技術(shù)來優(yōu)化安裝流程、安裝方案，把握安裝要點。以此有效減少各種建筑物垃圾的產(chǎn)生，并控制施工粉塵、噪音等污染，最終實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保目標(biāo)。

2.4 縮減施工工期，降低施工成本

通過BIM技術(shù)可以對施工現(xiàn)場情況進行模擬，以此確保預(yù)制構(gòu)件的合理使用、入場、堆放等，因為建筑工程項目施工需要用到較多的預(yù)制構(gòu)件，這些構(gòu)件體積大、占地面積大，其運輸和存放都有一定的要求，對此可以借助BIM技術(shù)進行管理，以此確保其滿足裝配式施工要求。且利用BIM技術(shù)也可以對施工現(xiàn)場進行合理規(guī)劃，以此明確交叉施工和獨立施工，專項施工范圍，并優(yōu)化施工流程，最終提高施工的整體性、銜接性。另外，因為裝配式施工都需要依賴大型機械設(shè)備輔助預(yù)制構(gòu)件搭接、放置，可以有效提高施工效率，保證施工安全[3]。

3 基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 施工工藝和施工方案的確定

裝配式建筑施工主要是將現(xiàn)澆混凝土建筑整體拆分成為各種預(yù)制構(gòu)件，通過鋼結(jié)構(gòu)來安裝和拼接，以此形成一個整體結(jié)構(gòu)，在此過程中對于各種預(yù)制構(gòu)件需要廠家嚴(yán)格根據(jù)建筑物拆分過程中的柱、梁、板、陽臺等構(gòu)件實際情況進行生產(chǎn)、運輸。并在現(xiàn)場合理管理預(yù)制構(gòu)件，在此過程中就可以借助BIM技術(shù)來優(yōu)化施工工藝，在該技術(shù)下可以借鑒集成思想，通過BIM技術(shù)模型將整個預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)、施工、管理、安裝等流程有效連接起來。明確施工周期和進度，通過數(shù)字技術(shù)進行模擬，信息化的呈現(xiàn)整個建筑結(jié)構(gòu)的要素，最終確保設(shè)計和施工實際同步進行。在BIM技術(shù)輔助下可以實現(xiàn)工程建筑的信息化，可以確保工程量信息數(shù)據(jù)的共享，可以確保各種裝配的可視化，也便于對各個連接節(jié)點進行檢查，最終形成一個完整的施工鏈條，實現(xiàn)施工全過程的信息化整合?？傊?，利用BIM技術(shù)可以有效模擬現(xiàn)場情況、施工方案，便于選擇最佳施工場地和施工方案、工序等。另外，還需要明確施工方案，需要在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程項目具體情況來設(shè)計、優(yōu)化確定施工方案，并利用BIM模型對方案的可行性、可靠性、完整性進行檢測，對比，便于發(fā)現(xiàn)各種問題，以此為設(shè)計圖紙?zhí)峁┙梃b。

3.2 BIM模型的碰撞檢查

在BIM模型下可以清晰的了解建筑信息，并有效發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中的各種問題，以此幫助工程單位進行碰撞檢查，確保建筑結(jié)構(gòu)體、構(gòu)建位置和空間的合理，裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢查主要是對各種預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場吊裝的過程中進行碰撞檢查。傳統(tǒng)的預(yù)制構(gòu)件檢查主要是對構(gòu)件進行重新設(shè)計、生產(chǎn)、加工，其會延長工期、增加成本，對此需要通過BIM模型來對預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆構(gòu)件進行碰撞檢查，具體包括預(yù)制板、預(yù)制梁、現(xiàn)澆梁、現(xiàn)澆柱等。其具體檢查如下所示：第一，預(yù)制板和現(xiàn)澆柱檢查，該檢查主要查看預(yù)制板和現(xiàn)澆柱的切角位置，檢查其是否有裂痕、缺陷、連接不良的情況，便于在后期施工安裝時可以確保構(gòu)件吊裝順利、安全，以此順利進行現(xiàn)澆柱鋼筋施工。第二，預(yù)制梁和現(xiàn)澆柱檢查，因為疊合梁需要通過吊裝放置在現(xiàn)澆柱上，對此需要嚴(yán)格控制疊合梁的尺寸，避免其影響現(xiàn)澆柱的縱向鋼筋搭接順序，如果尺寸不合格會導(dǎo)致施工工序的調(diào)整，施工工期的延長、施工成本的增加。第三，疊合梁和疊合板的檢查，疊合板也需要通過吊裝放置在疊合梁上，一般需要控制放置長度，避免其和疊合梁上的箍筋發(fā)生碰撞。且疊合板鋼筋和疊合梁箍筋也容易發(fā)生碰撞，因此需要進行檢查，確保后期施工順利進行。第四，疊合主次梁之間的碰撞檢查，疊合主次梁在進行開口設(shè)計時需要檢查是尺寸大小，以此確保兩者可以緊密銜接，如果尺寸不合格則會導(dǎo)致施工延期，并導(dǎo)致成本增加?？傊?，在以上碰撞檢查結(jié)束后需要得出碰撞報告，將其遞交給設(shè)計單位，便于修改、完善施工圖紙，以此縮短工期，降低成本，加快進度，優(yōu)化布置工藝[4]。

3.3 裝配式4D施工過程

第一，工程量計算。利用BIM技術(shù)可以對施工進度進行模擬，以此對施工中的各種PC構(gòu)件進行計算和匯總，并根據(jù)現(xiàn)場構(gòu)件的具體使用情況，對其生產(chǎn)和運輸、進場都可以有效指導(dǎo)和監(jiān)管，確保其和現(xiàn)場施工同步進行，以此滿足構(gòu)件的使用需求。且通過BIM技術(shù)也可以優(yōu)化進度計劃，便于反饋進度計劃情況，以此形成BIM4D管理模型，最終優(yōu)化管理，有效把控施工進度。

第二，PC構(gòu)件流程追蹤。在PC構(gòu)件施工中流程繁瑣，且因為PC構(gòu)件類型和規(guī)格的多樣會影響施工進度，容易因為某一個環(huán)節(jié)施工量的增加影響整個工期的順利進行，對此需要通過BIM技術(shù)構(gòu)件模型圖，以此對PC構(gòu)件施工的每一個環(huán)節(jié)進行追蹤，并要求相關(guān)責(zé)任記錄現(xiàn)場情況。且通過構(gòu)件計劃進度和實際進度的對比，以此有效判斷出工序的合理性，是否影響施工進度，其具體如下圖2所示。

圖2 預(yù)制裝配式PC構(gòu)件施工圖

第三，施工材料控制。工程單位還需要對施工材料進場進行管理，依據(jù)BIM模型，嚴(yán)格檢查材料數(shù)量、規(guī)格、質(zhì)量、型號等，把控材料質(zhì)量，便于后期順利開展施工。

3.4 優(yōu)化設(shè)計方案

第一，構(gòu)建模型模擬。裝配式結(jié)構(gòu)施工對施工方案要求高，對此需要利用BIM技術(shù)明確節(jié)點預(yù)留孔的位置，并有效控制設(shè)計誤差，以此確保施工方案合理、可靠，并將其作為裝配式施工質(zhì)量控制的要點。利用各種BIM軟件來創(chuàng)建建筑模型圖，將初步設(shè)計中的節(jié)點參數(shù)、預(yù)留孔等參數(shù)信息輸入其中，以此形成不同的構(gòu)件模型。啟動軟件后可以對整個構(gòu)件安裝過程先進行模擬，后判斷構(gòu)件之間的連接牢固性，如果存在誤差需要技術(shù)調(diào)整，并及時發(fā)現(xiàn)各種碰撞問題，以此確保設(shè)計方案符合設(shè)計預(yù)期目標(biāo)，最終確定最佳方案，提高方案的可靠性。

在方案優(yōu)化后可以明確工程外墻和剪力墻中各構(gòu)件的數(shù)量，其中外墻板數(shù)量和斜撐數(shù)量多，其次是樓梯和剪力墻，為了提高外墻之間連接的穩(wěn)定性需要適當(dāng)?shù)脑黾油鈮?gòu)件數(shù)量，并選擇最終的拼接方法[5]。

3.5 基于BIM技術(shù)的裝配式結(jié)構(gòu)施工成本管理

利用BIM技術(shù)可以生成工程量報表，便于人們統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該方法可以有效解決傳統(tǒng)管理模式的不足，更加精準(zhǔn)的管控現(xiàn)場的材料配置、人員配置、施工進行情況，最終幫助工程單位提高經(jīng)濟效益，其具體管理如下所示：第一，PC構(gòu)件的工程量對比。對某個建筑工程建筑面積、地基面積、樓板預(yù)制、主次梁預(yù)制、柱預(yù)制工程量進行統(tǒng)計，通過PC項目模型對部分構(gòu)件進行工程量匯總，將其和生產(chǎn)廠家的PC工程量進行對比，以此發(fā)現(xiàn)各種問題，最終針對性的解決和控制。第二，預(yù)算成本和實際成本的對比。主要對建筑工程項目的土建、鋼筋、PC構(gòu)件的工程量進行統(tǒng)計，通過BIM模型進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總鋼筋工程量多出很多，不符合預(yù)算目標(biāo)，高于預(yù)算成本，對此需要工程單位進行控制。

3.6 施工材料控制和流程控制

首先，施工單位可以利用BIM技術(shù)對建筑現(xiàn)場進行分析，把握工程預(yù)制構(gòu)件的需求數(shù)量和特點，根據(jù)具體情況制作和設(shè)計預(yù)制構(gòu)件，避免出現(xiàn)各種浪費情況，且還可以利用BIM模型圖對現(xiàn)場材料的施工情況進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)各種問題可以及時調(diào)整材料方案，以此保證整個施工過程可以順利完成，且在施工后期也可以通過BIM模型圖將預(yù)期設(shè)計和現(xiàn)場實際情況進行對比，最終分析模型的優(yōu)缺點，以此為后期施工提供指導(dǎo)。其次，工程單位還可以利用BIM技術(shù)對整個施工流程進行模擬控制，通過相關(guān)軟件對工程結(jié)構(gòu)模型、場地、項目計劃、施工流程進行優(yōu)化、調(diào)整。比如在構(gòu)件安裝中出現(xiàn)各種連接不到位的情況，技術(shù)人員可以查看模型參數(shù)是否正常，如果異常需要重新構(gòu)件模型，并調(diào)整和變動參數(shù)信息，以此確保和工程實際情況相符，最終從根本上提高工程施工質(zhì)量。

3.7 明確方法，優(yōu)化采購區(qū)域

將BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式結(jié)構(gòu)中可以對PC建筑設(shè)計、制作、安裝等各個施工環(huán)節(jié)進行精細控制，以此得出先進、可行的裝配式建筑BIM設(shè)計方法，該方法具體包括：根據(jù)建筑工程方案設(shè)計預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，并根據(jù)業(yè)主實際需求創(chuàng)建BIM模型圖，并分析模型功能、特點、參數(shù)等，以此根據(jù)其具體模塊，選擇相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)一定的組織關(guān)系來組合。后根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)備類型對其進行組織、設(shè)計，以此形成完整的結(jié)構(gòu)模型，最終確保整個施工方法專業(yè)、規(guī)范、嚴(yán)謹。此外，也可以在BIM平臺上對該模型進行碰撞檢查、施工模擬、施工組織、施工優(yōu)化。另外，在BIM模型下也可以幫助工程單位提高經(jīng)濟效益，形成完整的施工信息鏈，并幫助工程單位優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件采購區(qū)域[6]。

4 結(jié) 語

總之，將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式結(jié)構(gòu)施工中是裝配式結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向，其可以通過創(chuàng)建模型圖、數(shù)據(jù)庫，形成工程量清單表，并將各種工程項目裝配式預(yù)制構(gòu)件信息輸入其中，以此幫助工作人員更好的把握構(gòu)件的類型、特點、數(shù)量等。另外，通過BIM技術(shù)也可以優(yōu)化施工方案，加強現(xiàn)場管理，進行碰撞檢查、場地選擇，降低成本，并精準(zhǔn)控制節(jié)點誤差，最終從根本上提高施工質(zhì)量和效率。