BIM技術(shù)在裝配式建筑施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
——以柳州某裝配式項(xiàng)目為例*

李洪 周尚奭 何煜

(1.廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.廣西科技大學(xué)BIM研究中心，廣西 柳州 545006；3.廣西建工集團(tuán)第三建筑工程有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545002)

0 引言

裝配式建筑符合建筑工程全過程綠色建造的國家政策要求，有利于促進(jìn)我國建筑業(yè)由傳統(tǒng)建造方式向工業(yè)化建造方式轉(zhuǎn)變，順應(yīng)我國建筑業(yè)未來發(fā)展趨勢。但是，由于我國裝配式建筑發(fā)展時(shí)間較短、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善、裝配化程度較低、構(gòu)件不齊全，其推廣過程面臨較大挑戰(zhàn)。

裝配式建筑施工組織設(shè)計(jì)能夠?yàn)楝F(xiàn)場施工提供有效指導(dǎo)。針對施工場地平面布置、施工技術(shù)方案編制、施工進(jìn)度和質(zhì)量管控等難點(diǎn)，通過利用BIM技術(shù)的集成化、可視化等特點(diǎn)模擬施工全過程，能夠有效解決上述難題[1]。利用BIM技術(shù)，一方面，能夠減少返工、節(jié)約成本；另一方面，能夠提升建筑企業(yè)管理水平，進(jìn)而提升建筑企業(yè)核心競爭力。

1 施工組織設(shè)計(jì)

施工組織設(shè)計(jì)貫穿施工全過程。施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)遵循布置合理、技術(shù)先進(jìn)、工藝齊全等原則。施工組織設(shè)計(jì)是施工技術(shù)與施工項(xiàng)目管理有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠保證施工活動(dòng)有序、高效、科學(xué)、合理地進(jìn)行[2]。相對于傳統(tǒng)建筑的施工組織設(shè)計(jì)，裝配式建筑的施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)注意施工場地布置，構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝，施工技術(shù)方案的編制等環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本等目標(biāo)。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 施工場地布置

裝配式建筑施工場地布置的重點(diǎn)在于構(gòu)件的吊裝，其中，塔吊的選擇尤為重要。首先，應(yīng)根據(jù)工程量確定塔吊的數(shù)量；其次，根據(jù)構(gòu)件吊裝的重量、堆放位置、塔吊的起重量等因素確定塔吊的工作半徑；最后，根據(jù)施工場地平面布置確定塔吊的型號。通常，塔吊型號決定了塔吊的工作半徑，利用三維模擬將構(gòu)件的堆放位置設(shè)置在塔吊的工作范圍內(nèi)，可以避免二次搬運(yùn)。由此可見，合理的場地布置可以降低工程成本、提高吊裝效率。

2.2 施工進(jìn)度管理

在裝配式建筑施工進(jìn)度管理中，首先，利用Revit軟件構(gòu)建工程、機(jī)電等模型和施工進(jìn)度計(jì)劃；其次，運(yùn)用Navisworks軟件進(jìn)行相應(yīng)的4D進(jìn)度模擬，動(dòng)態(tài)演示整體或局部的施工情況[3]；最后，按照項(xiàng)目進(jìn)度要求，合理安排人、材、機(jī)等資源。

2.3 施工質(zhì)量管理

2.3.1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程質(zhì)量管控

裝配式建筑對預(yù)制構(gòu)件的精度要求較高，而BIM三維模型可以實(shí)現(xiàn)參建方與生產(chǎn)廠家的實(shí)時(shí)對接。將BIM技術(shù)與RFID技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以直觀了解構(gòu)件信息，縮短生產(chǎn)工期。同時(shí)，利用BIM技術(shù)可視化、協(xié)同性等特點(diǎn)，便于參建方與廠家直接溝通，實(shí)時(shí)了解構(gòu)件生產(chǎn)情況和安裝情況。

2.3.2 構(gòu)件施工過程質(zhì)量控制

在裝配式建筑施工階段，通過BIM三維模型與實(shí)際施工情況進(jìn)行對比，對施工工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，可以利用BIM 5D手機(jī)軟件實(shí)時(shí)查閱質(zhì)量檢查記錄。一旦發(fā)生問題，能夠及時(shí)制定整改措施，并對問題進(jìn)行存檔。

2.4 施工成本管理

BIM三維模型包含CAD圖樣的尺寸、外形、材質(zhì)等信息，每個(gè)構(gòu)件都有相應(yīng)的明細(xì)表，包含材料的用量、數(shù)量、種類等信息，便于監(jiān)控項(xiàng)目成本。將三維模型與BIM 5D技術(shù)相結(jié)合，可以估算工程成本，有效整合資源，分析與調(diào)整成本偏差。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目概況及管理難點(diǎn)

3.1.1 項(xiàng)目概況

柳州某裝配式項(xiàng)目建筑面積約69 803.74m2，整體剪力墻結(jié)構(gòu)。其中，1#～4#樓：2層地下室為傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，住宅13層為裝配式建筑結(jié)構(gòu)；5#樓：1層地下室為傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，地上13層為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件包括剪力墻、疊合板、非承重混凝土外墻、凸窗、內(nèi)隔墻、樓梯。

3.1.2 管理難點(diǎn)

(1)施工場地狹小，現(xiàn)場布置難度較大。同時(shí)，預(yù)制構(gòu)件為一次性構(gòu)件，精度偏差過大將導(dǎo)致主體偏差過大，影響項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量。

(2)預(yù)制構(gòu)件重量大，吊運(yùn)和運(yùn)輸過程需要考慮的因素較多。同時(shí)，吊裝順序影響構(gòu)件進(jìn)場和安裝順序。例如，吊裝放線和標(biāo)高定位對預(yù)制構(gòu)件安裝影響較大，若定位不準(zhǔn)確，鋼筋會(huì)碰撞，無法正常安裝。此外，標(biāo)高過高或高低均會(huì)影響疊合板的吊裝。

(3)套筒注漿直接影響建筑整體受力程度。注漿不飽滿，則無法達(dá)到規(guī)范要求；套筒須提前預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)，否則無法觀察注漿飽滿程度。

(4)在施工過程中，項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本等各方面管理流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)量巨大，各環(huán)節(jié)信息的集成、整理和傳遞難度較大。

3.2 BIM技術(shù)在施工場地布置中的應(yīng)用

根據(jù)擬建建筑物的建造位置、施工場區(qū)實(shí)況、周圍交通路網(wǎng)情況和通行條件，基于工程安全施工的要求，在現(xiàn)場設(shè)置2個(gè)主出入口；各出入口處及主干道路進(jìn)行硬化路面處理，形成環(huán)形封閉的施工通道。

為了配合裝配式結(jié)構(gòu)施工，滿足最大起重量為4.5t左右的單個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝需求，該項(xiàng)目除5號樓，其余每棟樓均配備1臺塔吊，確保平均7～8天完成1層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工進(jìn)度。

利用BIM施工現(xiàn)場布置軟件對施工實(shí)景、預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)、場地道路、辦公區(qū)生活區(qū)等場地區(qū)域進(jìn)行模擬。將二維CAD圖樣導(dǎo)入BIM軟件，繪制板房、場地大門、臨時(shí)加工區(qū)等場地模型，保證施工場地空間規(guī)劃更加合理。

3.3 BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

3.3.1 吊裝進(jìn)度動(dòng)態(tài)管控

吊裝進(jìn)度管控主要是對計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的偏差進(jìn)行分析，并采取合理的糾偏措施。將Revit三維模型與時(shí)間參數(shù)整合成Navisworks 4D進(jìn)度管理模型。該模型不僅可以動(dòng)態(tài)反映工程進(jìn)度，而且便于管理人員和施工人員了解施工的關(guān)鍵工序和關(guān)鍵時(shí)間[4]。同時(shí)，可以通過4D模型分析進(jìn)度偏差，及時(shí)采取糾偏措施?；贜avisworks軟件的施工進(jìn)度模擬如圖1所示。

圖1 基于Navisworks軟件的施工進(jìn)度模擬(截圖)

當(dāng)項(xiàng)目施工吊裝發(fā)生問題時(shí)，可利用Navisworks軟件分析場地布置、吊裝方案及建筑施工信息，快速查找進(jìn)度滯后原因，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。例如，構(gòu)件生產(chǎn)商供應(yīng)不足時(shí)，應(yīng)督促生產(chǎn)商增加工人數(shù)量進(jìn)行趕工。

3.3.2 吊裝進(jìn)度信息傳遞流程

技術(shù)部負(fù)責(zé)將吊裝進(jìn)度計(jì)劃圖以.xsl格式上傳至BIM信息數(shù)據(jù)庫。BIM團(tuán)隊(duì)從數(shù)據(jù)庫中獲取各項(xiàng)施工進(jìn)度信息，將Revit三維模型及進(jìn)度計(jì)劃表導(dǎo)入Navisworks軟件形成4D進(jìn)度控制模型，以.nwd格式導(dǎo)入BIM信息數(shù)據(jù)庫。

施工管理人員可以實(shí)時(shí)對比實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度，導(dǎo)出進(jìn)度分析報(bào)告，分析進(jìn)度滯后的原因。施工進(jìn)度信息傳遞流程如圖2所示。

圖2 施工進(jìn)度信息傳遞流程

3.4 BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

3.4.1 實(shí)時(shí)控制施工進(jìn)度

在4D進(jìn)度模型中，施工方管理人員可以實(shí)時(shí)掌控施工進(jìn)度，把控關(guān)鍵工序完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，關(guān)注施工進(jìn)度的影響因素。一旦出現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行排查和改正[5]。

3.4.2 碰撞檢測

利用BIM軟件三維動(dòng)態(tài)模型對鋼筋碰撞等問題進(jìn)行檢測。對節(jié)點(diǎn)區(qū)域和構(gòu)件搭接復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行“檢測→修改→檢測”的重復(fù)碰撞過程，直到碰撞結(jié)果為零。

3.4.3 構(gòu)件生產(chǎn)精細(xì)化管理

預(yù)制構(gòu)件廠可以根據(jù)Revit三維模型中的構(gòu)件數(shù)據(jù)信息，制訂生產(chǎn)計(jì)劃及材料采購計(jì)劃，合理安排構(gòu)件生產(chǎn)流程，保證項(xiàng)目進(jìn)度。

3.5 BIM技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

3.5.1 施工質(zhì)量信息管理

施工質(zhì)量信息管理是施工質(zhì)量管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括采購計(jì)劃、過程控制、內(nèi)部質(zhì)量體系審核、質(zhì)量保障措施等方面。該項(xiàng)目建設(shè)周期較長、參建方眾多、影響因素復(fù)雜，質(zhì)量信息管理難度較大。

首先，通過BIM 5D手機(jī)軟件記錄和收集現(xiàn)場問題，并反饋至BIM信息數(shù)據(jù)庫；其次，對質(zhì)量信息進(jìn)行對比分析，查找質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，并生成質(zhì)量整改單；最后，將質(zhì)量報(bào)告單和整改單下發(fā)至質(zhì)量管理人員，落實(shí)整改。BIM 5D手機(jī)端質(zhì)量信息登記界面如圖3所示。

圖3 BIM 5D手機(jī)端質(zhì)量信息登記界面(截圖)

3.5.2 施工質(zhì)量信息傳遞流程

質(zhì)量部將現(xiàn)場質(zhì)量問題的相關(guān)信息和控制要點(diǎn)以.docx格式導(dǎo)入BIM信息數(shù)據(jù)庫。BIM團(tuán)隊(duì)成員通過Navisworks軟件結(jié)合時(shí)間及質(zhì)量控制點(diǎn)繪制5D施工質(zhì)量最優(yōu)模型，以.nwd格式導(dǎo)入BIM信息數(shù)據(jù)庫，對質(zhì)量問題進(jìn)行分析、解決、總結(jié)、記錄，并上傳至數(shù)據(jù)庫。

質(zhì)量部及其他管理人員對施工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)制定整改措施，防止類似問題再次發(fā)生。施工質(zhì)量信息傳遞流程如圖4所示。

圖4 施工質(zhì)量信息傳遞流程

3.6 BIM技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

3.6.1 提高施工質(zhì)量管理效率

利用三維模型將工程信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息模型，可以提高施工質(zhì)量管理效率。三維模型包含項(xiàng)目建設(shè)的所有數(shù)據(jù)，提升了構(gòu)件生產(chǎn)的精細(xì)化水平，提高了工程質(zhì)量管理效率。

3.6.2 控制施工質(zhì)量

通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程模擬，將時(shí)間信息和三維模型相結(jié)合，形成4D施工模型。通過4D模型與施工實(shí)際進(jìn)行對比，對施工質(zhì)量進(jìn)行跟蹤和監(jiān)督，分析偏差產(chǎn)生的原因并采取應(yīng)對措施，以保證工程質(zhì)量[6]。

3.6.3 質(zhì)量責(zé)任追溯

通過BIM技術(shù)記錄各環(huán)節(jié)質(zhì)量問題，便于追溯責(zé)任人，提高工程質(zhì)量管理效率。

3.7 BIM技術(shù)在施工成本管理中的應(yīng)用

3.7.1 施工成本預(yù)測

將BIM三維模型與工程造價(jià)相關(guān)聯(lián)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測施工成本。同時(shí)，基于BIM 5D成本優(yōu)化模型進(jìn)行模擬化和精細(xì)化協(xié)同管控，實(shí)現(xiàn)施工效益最大化。

基于BIM技術(shù)，利用施工模型對項(xiàng)目工序進(jìn)行可視化模擬，便于管理人員預(yù)測工程吊裝中的資金、材料等成本，從而較為準(zhǔn)確地預(yù)測項(xiàng)目施工成本。同時(shí)，減少了施工變更，提升了項(xiàng)目管理水平。

3.7.2 成本偏差分析

將創(chuàng)建的BIM三維模型導(dǎo)入BIM 5D軟件。同時(shí)，導(dǎo)入該項(xiàng)目的施工階段劃分及預(yù)算清單，通過BIM技術(shù)對施工全過程進(jìn)行動(dòng)畫模擬，提前分析施工過程中可能存在的問題。

通過實(shí)時(shí)分析實(shí)際成本與目標(biāo)成本的偏差，制定合理的糾偏措施[7]。例如，該項(xiàng)目3#樓①區(qū)的預(yù)制疊合板工程量為26.2m3，按照2019年的疊合板單價(jià)，該項(xiàng)工程預(yù)算為38 477.32元。在實(shí)際施工中，通過BIM 5D軟件發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工程實(shí)際工程量為24.6m3，實(shí)際成本為36 127.56元。由此可知，該區(qū)域疊合板安裝施工成本降低，無須進(jìn)行偏差分析。

4 結(jié)語

裝配式建筑是我國建筑業(yè)未來發(fā)展趨勢，合理的施工組織設(shè)計(jì)能夠有效指導(dǎo)裝配式建筑施工現(xiàn)場管理。本文以柳州某裝配式項(xiàng)目為例，分析BIM技術(shù)在施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可為其他裝配式建筑進(jìn)度和質(zhì)量管理提供參考。

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，今后可將“BIM+”技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合，進(jìn)一步完善BIM技術(shù)在裝配式建筑施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。